c++学习笔记(6)-类型转换

1、概念

C++类型转换是将一种数据类型转换为另一种数据类型的过程。

2、分类

C++中的类型转换可以从3个角度来划分：

• 根据类型转换是由程序员显式指定，还是由编译器自动完成，分为显式类型转换和隐式类型转换；
• 根据参与类型转换的变量类型，分为标准类型转换和用户定义类型转换；
• 根据类型转换的运算规则，分为按照存储值转换和按照数值转换。

2.1、显式和隐式类型转换

下面是显式类型转换和隐式类型转换的例子：
1、显式类型转换，在下面的代码中，变量b是double类型，使用显式类型转换将其转换为int类型，并将结果赋值给变量c。

 // 将double类型的变量b转换为int类型
double b = 3.14; 
int c = (int)b;

2、隐式类型转换，在下面的代码中，变量a是int类型，变量b是double类型，当它们参与除法运算时，系统会自动将变量a转换成double类型，使得运算结果也是double类型。这就是隐式类型转换。

// 变量a会被隐式转换为double类型，然后进行除法运算
int a = 5;
double b = 3.14; 
double c = a / b; 

2.2、标准类型转换和用户定义类型转换

标准类型转换指C++ 基本类型之间的转换，可以概括为以下几类：

• 数值、字符、bool、枚举类型之间的转换；
• 指针类型之间、引用类型之间的转换；
• 限定符的添加和删除：比如const，volatile。

用户定义类型转换指类类型与基本类型、或者类类型之间的转换。用户定义类型转换，需要程序员实现以下两种成员函数：

• 转换构造函数：定义在类中的一种特殊的构造函数，它可以将其它类型转换为该类的一个对象。
• 类类型转换操作符：定义在类中的一种特殊的成员函数，它可以将一个对象转换为另一个基本类型。

举个例子：

//重载int运算符，把Object转化为int类型
class Object{
public:
    //转换构造函数
    Object(int num)：m_number(num){}
    //类类型转换操作符:定义int运算符
    operator int(){return number;}
private:
    int m_number;
};

int main() {
    int number = 2;
    Object obj = number;//把int类型转换为Object类型
    int newNumber = (int)obj;//把Object类型转换为int类型
    return 0;
}

2.3、按照存储值转换和按照数值转换

按照存储值转换通常是指在某些情况下进行数据类型的强制转换，这种转换是按照字符在计算机中存放的二进制值进行转换的，包括：int、short、char、bool、void、指针类型、signed和unsigned类型之间的转换。
按照数值转换通常是针对数值类型进行的，这种转换是按照数值大小进行等值转换，包括：浮点数类型和非浮点数类型之间的转换，比如double和int之间的转换。

3、指针类型转换

C++提供了4种运算符，用于指针（引用）类型转换，4种运算符号的区别如下：

虽然说上述运算符号还可用于把指针类型转换为非指针类型，但应用场景少，不考虑。

3.1、reinterpret_cast

reinterpret_cast用于任意指针（引用）类型之间的转换。转换运算过程中，只是简单地把源变量的二进制值拷贝到新的类型变量中，不作任何类型检查。例如，对于以下代码：

int main() {
    int* p1 = new int(10);
    char* p2 = reinterpret_cast<char*>(p1);
    std::cout << *p1 << std::endl;  // 输出10
    std::cout << *p2 << std::endl;  // 输出未定义的值
    return 0;
}

在这个例子中，将一个int类型的指针p1转换为了char类型的指针p2，虽然可以取得p2所指向的地址，但是由于reinterpret_cast忽略了指针类型所指向的对象类型，因此输出的值是未定义的。因此，在使用reinterpret_cast时，需要非常小心和谨慎。

3.2、static_cast

static_cast用于子类指针（引用）和父类指针（引用）之间的相互转换，在编译期执行类型检查。在C++中，使用static_cast将基类指针转换为子类指针是一种常见的操作，但是在实际使用时，可能会出现以下错误，假设我们有如下的类层次结构：

class Base {
public:
    virtual ~Base() {}
};

class Derived : public Base {
public:
    int data;
};

我们创建一个Base类的指针，并将其指向基类对象：

Base* basePtr = new Base;

此时，如果试图使用static_cast将basePtr指针转换为Derived指针类型，会导致编译时不会发现错误，但是在运行时则会产生未定义行为，例如：

Derived* derivedPtr = static_cast<Derived*>(basePtr);
int data = derivedPtr->data;

这是因为类型转换时，将一个指向基类对象的指针转换为子类指针，但由于子类对象不存在，所以在使用子指针访问子类成员时会发生未定义行为。

3.3、dynamic_cast

dynamic_cast用于子类指针（引用）和父类指针（引用）之间的相互转换，在运行时进行类型检查。当用户试图使用dynamic_cast将基指针转换为子类指针类型，如果子类对象不存在，那么会返回nullptr。
使用dynamic_cast进行类型转换，并检查返回的指针是否为nullptr，就可以解决上述例子中static_cast引起的错误：

Derived* derivedPtr = dynamic_cast<Derived*>(basePtr);
if (derivedPtr) {
    int data = derivedPtr->data;
} else {
    std::cout << "转换失败" << std::endl;
}

3.4、const_cast

const_cast是C++中用于取消指针或引用对象的const限定符的一种操作符，它用于将const类型转换为非const类型。const_cast的学习难点在于理解它的使用场景，如果我们要把const类型转换为非const类型，为什么不一开始就把类型声明为const类型呢？这是因为const类型数据可能是第三方库定义的，当我们希望在不修改第三方库的源码的情况下，修改const数据，需要用到该运算符。

4、总结

类型转换在程序中具有重要的作用和意义，但在使用过程中需要注意类型转换的安全性，主要有以下两个方面：

• 类型转换合法性。在进行类型转换时，需要保证转换的数据类型是合法的，例如不要把指针类型转换为字符类型，没有任何意义。
• 精度损失和溢出问题。在进行类型转换时，需要考虑数据类型的精度，在某些情况下，类型转换可能会导致精度损失，例如将浮点数转换为整数时，小数部分会被截断，可能会导致精度丢失。另外，在一些情况下，类型转换也可能会导致数据溢出，例如将一个很大的整数转换为一个较小的整数类型，将导致数据溢出。