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揭密

王朝vc·作者佚名  2006-05-23
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static_cast<揭密

作者:Sam NG

译者:小刀人

原文链接:What static_cast< is actually doing

本文讨论static_cast< 和 reinterpret_cast<。

介绍

大多程序员在学C++前都学过C,并且习惯于C风格(类型)转换。当写C++(程序)时,有时候我们在使用static_cast<和reinterpret_cast<时可能会有点模糊。在本文中,我将说明static_cast<实际上做了什么,并且指出一些将会导致错误的情况。

泛型(Generic Types)

float f = 12.3;

float* pf = &f;

// static cast<

// 成功编译, n = 12

int n = static_cast<int(f);

// 错误,指向的类型是无关的(译注:即指针变量pf是float类型,现在要被转换为int类型)

//int* pn = static_cast<int*(pf);

//成功编译

void* pv = static_cast<void*(pf);

//成功编译, 但是 *pn2是无意义的内存(rubbish)

int* pn2 = static_cast<int*(pv);

// reinterpret_cast<

//错误,编译器知道你应该调用static_cast<

//int i = reinterpret_cast<int(f);

//成功编译, 但是 *pn 实际上是无意义的内存,和 *pn2一样

int* pi = reinterpret_cast<int*(pf);

简而言之,static_cast< 将尝试转换,举例来说,如float-到-integer,而reinterpret_cast<简单改变编译器的意图重新考虑那个对象作为另一类型。

指针类型(Pointer Types)

指针转换有点复杂,我们将在本文的剩余部分使用下面的类:

class CBaseX

{

public:

int x;

CBaseX() { x = 10; }

void foo() { printf("CBaseX::foo() x=%d\n", x); }

};

class CBaseY

{

public:

int y;

int* py;

CBaseY() { y = 20; py = &y; }

void bar() { printf("CBaseY::bar() y=%d, *py=%d\n", y, *py);

}

};

class CDerived : public CBaseX, public CBaseY

{

public:

int z;

};

情况1:两个无关的类之间的转换

// Convert between CBaseX* and CBaseY*

// CBaseX* 和 CBaseY*之间的转换

CBaseX* pX = new CBaseX();

// Error, types pointed to are unrelated

// 错误, 类型指向是无关的

// CBaseY* pY1 = static_cast<CBaseY*(pX);

// Compile OK, but pY2 is not CBaseX

// 成功编译, 但是 pY2 不是CBaseX

CBaseY* pY2 = reinterpret_cast<CBaseY*(pX);

// System crash!!

// 系统崩溃!!

// pY2-bar();

正如我们在泛型例子中所认识到的,如果你尝试转换一个对象到另一个无关的类static_cast<将失败,而reinterpret_cast<就总是成功“欺骗”编译器:那个对象就是那个无关类。

情况2:转换到相关的类

1. CDerived* pD = new CDerived();

2. printf("CDerived* pD = %x\n", (int)pD);

3.

4. // static_cast< CDerived* - CBaseY* - CDerived*

//成功编译,隐式static_cast<转换

5. CBaseY* pY1 = pD;

6. printf("CBaseY* pY1 = %x\n", (int)pY1);

// 成功编译, 现在 pD1 = pD

7. CDerived* pD1 = static_cast<CDerived*(pY1);

8. printf("CDerived* pD1 = %x\n", (int)pD1);

9.

10. // reinterpret_cast

// 成功编译, 但是 pY2 不是 CBaseY*

11. CBaseY* pY2 = reinterpret_cast<CBaseY*(pD);

12. printf("CBaseY* pY2 = %x\n", (int)pY2);

13.

14. // 无关的 static_cast<

15. CBaseY* pY3 = new CBaseY();

16. printf("CBaseY* pY3 = %x\n", (int)pY3);

// 成功编译,尽管 pY3 只是一个 "新 CBaseY()"

17. CDerived* pD3 = static_cast<CDerived*(pY3);

18. printf("CDerived* pD3 = %x\n", (int)pD3);

---------------------- 输出 ---------------------------

CDerived* pD = 392fb8

CBaseY* pY1 = 392fbc

CDerived* pD1 = 392fb8

CBaseY* pY2 = 392fb8

CBaseY* pY3 = 390ff0

CDerived* pD3 = 390fec

注意:在将CDerived*用隐式 static_cast<转换到CBaseY*(第5行)时,结果是(指向)CDerived*(的指针向后)

偏移了4(个字节)(译注:4为int类型在内存中所占字节数)。为了知道static_cast< 实际如何,我们不得不要来看一下CDerived的内存布局。

CDerived的内存布局(Memory Layout)

如图所示,CDerived的内存布局包括两个对象,CBaseX 和 CBaseY,编译器也知道这一点。因此,当你将CDerived* 转换到

CBaseY*时,它给指针添加4个字节,同时当你将CBaseY*转换到CDerived*时,它给指针减去4。然而,甚至它即便不是一个CDerived你也可以这样做。

当然,这个问题只在如果你做了多继承时发生。在你将CDerived转换 到 CBaseX时static_cast< 和 reinterpret_cast<是没有区别的。

情况3:void*之间的向前和向后转换

因为任何指针可以被转换到void*,而void*可以被向后转换到任何指针(对于static_cast< 和 reinterpret_cast<转换都可以这样做),如果没有小心处理的话错误可能发生。

CDerived* pD = new CDerived();

printf("CDerived* pD = %x\n", (int)pD);

CBaseY* pY = pD; // 成功编译, pY = pD + 4

printf("CBaseY* pY = %x\n", (int)pY);

void* pV1 = pY; //成功编译, pV1 = pY

printf("void* pV1 = %x\n", (int)pV1);

// pD2 = pY, 但是我们预期 pD2 = pY - 4

CDerived* pD2 = static_cast<CDerived*(pV1);

printf("CDerived* pD2 = %x\n", (int)pD2);

// 系统崩溃

// pD2-bar();

---------------------- 输出 ---------------------------

CDerived* pD = 392fb8

CBaseY* pY = 392fbc

void* pV1 = 392fbc

CDerived* pD2 = 392fbc

一旦我们已经转换指针为void*,我们就不能轻易将其转换回原类。在上面的例子中,从一个void* 返回CDerived*的唯一方法是将其转换为CBaseY*然后再转换为CDerived*。

但是如果我们不能确定它是CBaseY* 还是 CDerived*,这时我们不得不用dynamic_cast< 或typeid[2]。

注释:

1. dynamic_cast<,从另一方面来说,可以防止一个泛型CBaseY* 被转换到CDerived*。

2. dynamic_cast<需要类成为多态,即包括“虚”函数,并因此而不能成为void*。

参考:

1. [MSDN] C++ Language Reference -- Casting

2. Nishant Sivakumar, Casting Basics - Use C++ casts in your VC++.NET programs

3. Juan Soulie, C++ Language Tutorial: Type Casting

推荐链接:如何在运行时确定对象类型(RTTI)

 
 
 
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