今晚翻了一下 todo list，发现这个条目堆积在未完成列表的末尾，于是来学习一下 C++ 中的四种类型转化方式，而 C++ 的复习也告一段落。我知道我还差得很远，等某天 C++ 功底足够深厚，来写一下 C++ 的内存模型。

static_cast

static_cast 是一个 c++ 运算符，功能是把一个表达式转换为某种类型，依赖编译时得到的类型信息，没有运行时类型检查来保证转换的安全性，用于非多态类型的转换。所以为了安全起见，通常用于转换数值数据类型，如 int 到 double。

1 2	int a = 5, b = 2; double result = static_cast<double>(a) / b;

如果涉及到类层次的类型转换，父到子不安全（向下转换），子到父安全（向上转换，也是隐式转换）。由于不检查转换的安全性，因此向下转换为子类类型时，可能有基类不存在的成员变量和函数，会导致未定义行为，直接报错。

#include <iostream>

using namespace std;

class base{
public:
    int a = 10;
};

class child : public base {
public:
    void show() {
        cout << this->a << endl;
    }
};

int main() {

    child a;
    base b;

    auto c = static_cast<base>(a); // fine
    auto d = static_cast<child>(b); // fail

    return 0;
}

const_cast

const_cast 能给变量添加 const 特性或移除变量的 const 特性，其他的任何转换不能移除 const 修饰。因为可以直接将非 const 变量赋值给 const 变量，因此 const_cast 增加 const 修饰很少用到。此外，如果修饰的引用或指针指向的是 const 修饰的变量，将指针和引用修改为 non-const 会导致未定义行为；相反，如果修饰的变量不是 const，那么转换是安全的。

至于未定义行为是否能编译通过，取决于使用的编译器，不能一概而论。是 UB 不过这样写的话编译器不会报错，然后一般来说会产生指向一个局部变量的指针，所以也不会 Segmentation fault 。

但是如果是字符串常量，那实现上会存放在 rodata，运行时加载到了一个只读的页，如果 const_cast 掉 const 然后写入那么就会 Segmentation fault。

int a = 5; // NOTE: non-const object 
const int* pA = &a; // non-const to const
*pA = 10; // compiler error, pA is a pointer to const int  
int* pX = const_cast<int*>(pA); // cast away constness 
*pX = 10 // fine and a is now 10 

const int a = 5; // NOTE: const object 
const int* pA = &a; 
int* pX = const_cast<int*>(pA); // cast away constness  
*pX = 10 // Free ticket to a long journey of UNDEFINED BEHAVIOR

此外，const_cast 不能修改到其他的数据类型：

int* a = nullptr; 
const char* ptr = "Hello"; 
a = const_cast<int*>(ptr); // Fail 
a = reinterpret_cast<int*>(ptr); // Fail, reinterpret_cast can't cast away const qualifiers 
a = reinterpret_cast<int*>(const_cast<char*>(ptr)); // Fine, as long as you know why you are doing it

reinterpret_cast

这个是最危险的转换，如果使用这个转换，相当于告诉了编译器，我知道我在做什么。假如从 A 类型转换为 B 类型，那么就是基于 bit 模式，用 B 类型重新解释 A 类型之前指向的地址，由于是重新解释地址，因此这个转换不会编译为任何 CPU 指令。滥用 reinterpret_cast 运算符可能很容易带来风险，除非所需转换本身是低级别的，比如 int 到 double，否则建议使用其他强制转换运算符之一。

这个转换允许将任何指针转换为任何其他指针类型（如 char* 到 int* 或 One_class* 到 Unrelated_class* 之类的转换，但其本身并不安全），也允许将任何整数类型转换为任何指针类型以及反向转换。这些转换中唯一正确的是 reinterpret_cast 将变量转换为原类型, 会得到相同的值，但是如果中间变量所占内存小的话就不一定了。听着就危险，此外，reinterpret_cast 运算符不能丢掉 const 修饰。

class A { /* ... */ };  
class B { /* ... */ };  
A *a = new A{};  
B *b = reinterpret_cast<B*>(a);  // Fine 

const char* message = "hello";  
int* data = reinterpret_cast<int*>(message);  // can't remove const

dynamic_cast

这个和 RTTI 还有些关系，所以多说一些吧。这个转换应用于用于多态类型的转换，如果被转换的类型不具备多态性，那么向上转换可以在编译时期分析继承关系，确定类型，而且向下转换会直接报错：

class Base { }; 
class Derived : public Base { }; 
 
Base a, *ptr_a; 
Derived b, *ptr_b; 
 
ptr_a = dynamic_cast<Base *>(&b);  // Fine 
ptr_b = dynamic_cast<Derived *>(&a);  // Fail

假设此时基类具备了多态性，那么这个转换能够去检验具有继承关系的父子类型的指针、引用的转换是否安全。那么可以将一个指针类型或引用转换为其他多态类型，也可以用来向下转换。由于只适用于指针或引用，那么只能进行运行时类型检查，dynamic_cast 将寻找所需的对象并在可能的情况下返回它，对不明确的指针的转换将失败（返回 nullptr），但不引发异常。来看个例子：

第二个转换失败，因为子类不具有多态性，

class Base { virtual void dummy() {} }; // polymorphic class 
class Derived : public Base { int a; }; // so is this 

Base *ptr_a = new Derived{}; 
Base *ptr_b = new Base{}; 
 
Derived *ptr_c = nullptr; 
Derived *ptr_d = nullptr; 
 
ptr_c = dynamic_cast<Derived *>(ptr_a);  // Fine, 指向的和转换的一致
ptr_d = dynamic_cast<Derived *>(ptr_b);  // ptr_d will be NULL, 指向的和转换的不一致

dynamic_cast 在转换之前，就要确定基类究竟指向的是什么类型的对象。由于基类可能指向任何的自身类型对象、子类类型对象。所以，编译期基类指针是无法确定其指向的对象类型的，只能等到运行时。

typeid

除 dynamic_cast 外，也能通过 typeid 运算符使用运行时堕胎，获得变量的类型。此时，需要重点注意的是，typeid 可以在编译期将获得变量的类型，也可以在运行期获得变量的类型。

#include <iostream>
#include <typeinfo>

using namespace std;

int main() {

    int a = 10;
    cout << typeid(a).name() << endl;

    return 0;
}

而对于无法在编译时期确认的类型，只能等到运行时期。如下所示的程序：

class base{
public:
    virtual void show() {...}
};

class A: base {virtual void show() override}
class B: base {virtual void show() override}

但是重点是要把方法声明为虚方法:

如果一个方法不是虚方法，那么将根据引用类型或指针类型选择执行的方法，静态联编
如果一个方法是虚方法，将根据指针或引用指向对象的类型选择执行的方法，动态联编

Just for Life.

C++ 中的类型转换

static_cast

const_cast

reinterpret_cast

dynamic_cast

typeid