static_cast 和 reinterpret_cast的区别以及dynamic_cast

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

// 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

摘自：http://blog.csdn.net/jiangdf/archive/2009/05/21/4205481.aspx

dynamic_cast

// Convert between CBaseX* and CBaseY*

作为四个内部类型转换操作符之一的dynamic_cast和传统的C风格的强制类型转换有着巨大的差别。除了 dynamic_cast以外的转换，其行为的都是在编译期就得以确定的，转换是否成功，并不依赖被转换的对象。而dynamic_cast则不然。在这 里，不再讨论其他三种转换和C风格的转换。
首先，dynamic_cast依赖于RTTI信息，其次，在转换时，dynamic_cast会检查转换的source对象是否真的可以转换成target类型，这种检查不是语法上的，而是真实情况的检查。
先 看RTTI相关部分，通常，许多编译器都是通过vtable找到对象的RTTI信息的，这也就意味着，如果基类没有虚方法，也就无法判断一个基类指针变量 所指对象的真实类型, 这时候，dynamic_cast只能用来做安全的转换,例如从派生类指针转换成基类指针.而这种转换其实并不需要dynamic_cast参与.
也就是说,dynamic_cast是根据RTTI记载的信息来判断类型转换是否合法的.

下面看一个例子:
struct B1{
virtual ~B1(){}
};
struct B2{
virtual ~B2(){}
};
struct D1 : B1, B2{};
int main()
{
D1 d;
B1* pb1 = &d;
B2* pb2 = dynamic_cast<B2*>(pb1);//L1
B2* pb22 = static_cast<B2*>(pb1); //L2
return 0;
}
上述定义中可以看到,B1和B2是不相关的类,从L1可以看到,dynamic_cast允许这种转换:只要B1存在多态方法.
L2将编译失败,static_cast并不允许两个完全不相干的类互相转换.

dynamic_cast的这种特性，在提取一个对象的某个接口的时候，非常有用，它很类似于实现了COM的QueryInterface的功能。

正好在网上看到一个讲解强制转型的文章： http://www.xker.com/article/articleview/2005-8-23/article_view_2732.htm 文中这样描述：
－－
dynamic_cast 主要用于执行“安全的向下转型（safe downcasting）”，也就是说，要确定一个对象是否是一个继承体系中的一个特定类型。
－－－这个描述是不完整的，dynamic_cast 固然可以实现完全的向下转型，也可以实现更为强大的QueryInterface的功能。