cast含义

在计算机编程中，cast通常指的是类型转换（Type Casting），即将一个数据类型的值转换为另一个数据类型的值。类型转换可以是隐式的（由编译器自动完成）或显式的（由程序员手动完成）。

C++四种类型转换符各自应用场景（简略）

1. static_cast

用于基本数据类型之间的转换，如int转换为double，也可以用于类层次结构中的向上转换（子类转换为父类），但不能用于向下转换（父类转换为子类）。

2. dynamic_cast

用于类层次结构中的向下转换（父类转换为子类），但只能用于含有虚函数的类，且转换时会进行类型检查，如果转换失败则返回空指针。

3. reinterpret_cast

用于将一个指针转换为另一个类型的指针，或将一个整数转换为指针类型，但不进行类型检查，慎用。

4. const_cast

用于去除指针或引用类型的const属性，使其可以修改被指向的对象，但不能用于去除非const类型的const属性。

C++四种类型转换符详解

1. c风格强制转换

int a=1;
char b=(char)a;

这种转换适用于面向过程的没有类的概念的c语言的转换，然而这样的转换符也能不分青红皂白的应用于类和类的指针，没有安全检查。

2. const_cast（移除常量性）

const_cast是一种类型转换运算符，它可以用来移除常量性或者增加常量性。其主要功能是将const或volatile限定符从指针或引用类型中移除，或者将变量或表达式的常量性转换为非常量性。其语法如下：

const_cast<new_type>(expression)

其中，new_type是要转换成的类型，expression是要转换的表达式。

下面是一个简单的例子，演示了如何使用const_cast将常量指针转换为非常量指针：

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
using namespace std;

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    
    const int a = 10;
    cout << "&a = " << &a << endl; // 0x7fffffffdf24
    const int *ptr = &a;
    cout << "*ptr = " << *ptr << endl; // *ptr = 10
    cout << "ptr = " << ptr << endl;   // ptr = 0x7fffffffdf24
    // *ptr2 = 20;  //错误
    int *ptr2 = const_cast<int *>(ptr);
    cout << "ptr2 = " << ptr2 << endl; // ptr2 = 0x7fffffffdf24
    *ptr2 = 20;
    cout << "a = " << a << endl;         // a = 10
    cout << "*ptr = " << *ptr << endl;   // *ptr = 20
    cout << "*ptr2 = " << *ptr2 << endl; // *ptr2 = 20
    cout << "&a = " << &a << endl;       //&a = 0x7fffffffdf24
    cout << "ptr = " << ptr << endl;   // ptr = 0x7fffffffdf24
    cout << "ptr2 = " << ptr2 << endl; // ptr2 = 0x7fffffffdf24
    return 0;
}

（上面代码存在未定义行为，导致a的值没有改变）

在上面的代码中，我们首先定义了一个常量a，并将其地址赋值给了一个常量指针ptr。然后，我们使用const_cast将ptr转换为一个非常量指针ptr2，并通过ptr2修改了a的值。最后，我们输出了a和ptr2所指向的值，可以看到a的值没有改变，而ptr2所指向的值变成了20。

需要注意的是，使用const_cast进行类型转换时，必须保证原始指针或引用所指向的对象是非常量的，否则修改其值将会导致未定义的行为。

应用

const_cast的实际应用中，主要用于以下两种情况：

1. 去除const限定符

有时候我们需要修改一个被声明为const的变量，但是直接修改会导致编译错误。这时候可以使用const_cast去除const限定符，然后进行修改。例如：

const int a = 10;
int* p = const_cast<int*>(&a);
*p = 20; // 此时a的值变为20

需要注意的是，如果尝试修改一个本来就不可修改的变量，会导致未定义的行为。

2. 解决重载函数调用问题

在C++中，函数的重载是根据函数的参数类型和个数来区分的。如果一个函数有const和非const版本，那么在调用时可能会出现歧义。此时可以使用const_cast将const限定符去除，以明确调用哪个函数。例如：

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
using namespace std;

void func(char *str)
{
    
    cout << "func(char *str)" << endl;
}
void func(const char *str)
{
    
    cout << "func(const char *str)" << endl;
}

int main()
{
    
    const char *cstr = "hello";
    func(cstr);                     // 调用func(const char *str)
    func(const_cast<char *>(cstr)); // 调用func(char *str)
    return 0;
}

需要注意的是，这种做法可能会导致安全问题，因为去除const限定符后，可能会导致原本不应该被修改的变量被修改。因此，在使用const_cast时需要谨慎。

3. static_cast

C++中的static_cast是一种类型转换操作符，用于将一种数据类型转换为另一种数据类型。它可以用于以下几种类型转换：

1. 基本数据类型之间的转换，如int转换为double等。
2. 父类指针或引用转换为子类指针或引用。
3. void指针转换为任意类型的指针。
4. 任意类型的指针转换为void指针。

使用static_cast的语法如下：

static_cast<目标类型>(源类型);

应用

下面分别介绍一下static_cast的使用方法：

1. 基本数据类型之间的转换

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
using namespace std;

int main()
{
    
    int a = 10;
    double b = static_cast<double>(a);
    cout << "a = " << a << endl;   // a = 10
    cout << "b = " << b << endl;   // b = 10
    cout << "&a = " << &a << endl; //&a = 0x7fffffffdf2c
    cout << "&b = " << &b << endl; //&b = 0x7fffffffdf30
    return 0;
}

上述代码将整型变量a转换为双精度浮点型变量b。

2. 父类指针或引用转换为子类指针或引用

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
using namespace std;

class Base
{
    
public:
    virtual void func() {
    }
};

class Derived : public Base
{
    
public:
    void func() override {
    }
};

int main()
{
    
    Base *base_ptr = new Derived;
    Derived *derived_ptr = static_cast<Derived *>(base_ptr);
    return 0;
}

上述代码将基类指针base_ptr转换为派生类指针derived_ptr。

需要注意的是，如果父类指针或引用指向的对象不是子类对象，使用static_cast进行转换会导致未定义行为。

3. void指针转换为任意类型的指针

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
using namespace std;

int main()
{
    
    int a = 10;
    void *void_ptr = &a;
    int *int_ptr = static_cast<int *>(void_ptr);
    cout << "*int_ptr = " << *int_ptr << endl; //*int_ptr = 10
    return 0;
}

上述代码将void指针void_ptr转换为整型指针int_ptr。

需要注意的是，如果void指针指向的对象类型与目标类型不匹配，使用static_cast进行转换会导致未定义行为。

4. 任意类型的指针转换为void指针

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
using namespace std;

int main()
{
    
    int a = 10;
    int *int_ptr = &a;
    cout << "int_ptr = " << int_ptr << endl;   // int_ptr = 0x7fffffffdf24
    cout << "&int_ptr = " << &int_ptr << endl; //&int_ptr = 0x7fffffffdf28
    void *void_ptr = static_cast<void *>(int_ptr);
    cout << "void_ptr = " << void_ptr << endl;                 // void_ptr = 0x7fffffffdf24
    cout << "&void_ptr = " << &void_ptr << endl;               //&void_ptr = 0x7fffffffdf30
    cout << "*(int *)void_ptr = " << *(int *)void_ptr << endl; //*void_ptr = 10
    return 0;
}

上述代码将整型指针int_ptr转换为void指针void_ptr。

需要注意的是，如果目标类型是void指针，使用static_cast进行转换不会导致未定义行为。

4. dynamic_cast

用法：dynamic_cast<type*>(expression)

• 专门用于将多态基类的指针或引用，强制转换为派生类的指针或引用，
• 主要用于执行安全的向下转型，可以将指向子类的父类指针转换为子类指针，但是要求父类有虚函数。
• 能够检查转换的安全性。对于不安全的指针转换，转换结果返回NULL
• 如果是引用类型转换失败则抛出bad_cast的异常

5. reinpreter_cast

用法：reinpreter_cast<type_id> (expression)
几乎什么都可以转，比如将int转指针，可能会出问题，尽量少用；

(1) type_id可以是指针，引用，算术类型，函数指针或者成员指针，
(2) 这个操作符可以在非相关的类型之间转换，
(3) 操作只是简单的从一个指针到别的指针的值的二进制拷贝，
(4) 在类型之间指向的内容不作任何类型的检查和转换。

参考文章：四种cast转换