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static_cast<>揭密  

2011-08-06 10:52:45|  分类: 编程语言(主要是 |  标签: |举报 |字号 订阅

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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)

static_cast_layout.gif

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*。
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