dynamic_cast 关键字

发布时间：2023-06-12 13:22:58 所属栏目：语言来源：

导读：dynamic_cast 用于在类的继承层次之间进行类型转换，它既允许向上转型（Upcasting），也允许向下转型（Downcasting）。向上转型是无条件的，不会进行任何检测，所以都能成功；向下转型的前提必须是安全的，要借助 RT

dynamic_cast 用于在类的继承层次之间进行类型转换，它既允许向上转型（Upcasting），也允许向下转型（Downcasting）。向上转型是无条件的，不会进行任何检测，所以都能成功；向下转型的前提必须是安全的，要借助 RTTI 进行检测，所有只有一部分能成功。

dynamic_cast 与 static_cast 是相对的，dynamic_cast 是“动态转换”的意思，static_cast 是“静态转换”的意思。dynamic_cast 会在程序运行期间借助 RTTI 进行类型转换，这就要求基类必须包含虚函数；static_cast 在编译期间完成类型转换，能够更加及时地发现错误。

dynamic_cast 的语法格式为：
dynamic_cast <newType> (expression)

newType 和 expression 必须同时是指针类型或者引用类型。换句话说，dynamic_cast 只能转换指针类型和引用类型，其它类型（int、double、数组、类、结构体等）都不行。

对于指针，如果转换失败将返回 NULL；对于引用，如果转换失败将抛出std::bad_cast异常。

1) 向上转型（Upcasting）
向上转型时，只要待转换的两个类型之间存在继承关系，并且基类包含了虚函数（这些信息在编译期间就能确定），就一定能转换成功。因为向上转型始终是安全的，所以 dynamic_cast 不会进行任何运行期间的检查，这个时候的 dynamic_cast 和 static_cast 就没有什么区别了。

「向上转型时不执行运行期检测」虽然提高了效率，但也留下了安全隐患，请看下面的代码：
#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;
class Base{
public:
Base(int a = 0): m_a(a){ }
int get_a() const{ return m_a; }
virtual void func() const { }
protected:
int m_a;
};
class Derived: public Base{
public:
Derived(int a = 0, int b = 0): Base(a), m_b(b){ }
int get_b() const { return m_b; }
private:
int m_b;
};
int main(){
//情况①
Derived *pd1 = new Derived(35, 78);
Base *pb1 = dynamic_cast<Derived*>(pd1);
cout<<"pd1 = "<<pd1<<", pb1 = "<<pb1<<endl;
cout<<pb1->get_a()<<endl;
pb1->func();
//情况②
int n = 100;
Derived *pd2 = reinterpret_cast<Derived*>(&n);
Base *pb2 = dynamic_cast<Base*>(pd2);
cout<<"pd2 = "<<pd2<<", pb2 = "<<pb2<<endl;
cout<<pb2->get_a()<<endl; //输出一个垃圾值
pb2->func(); //内存错误
return 0;
}
情况①是正确的，没有任何问题。对于情况②，pd 指向的是整型变量 n，并没有指向一个 Derived 类的对象，在使用 dynamic_cast 进行类型转换时也没有检查这一点，而是将 pd 的值直接赋给了 pb（这里并不需要调整偏移量），最终导致 pb 也指向了 n。因为 pb 指向的不是一个对象，所以get_a()得不到 m_a 的值（实际上得到的是一个垃圾值），pb2->func()也得不到 func() 函数的正确地址。
pb2->func()得不到 func() 的正确地址的原因在于，pb2 指向的是一个假的“对象”，它没有虚函数表，也没有虚函数表指针，而 func() 是虚函数，必须到虚函数表中才能找到它的地址。

2) 向下转型（Downcasting）
向下转型是有风险的，dynamic_cast 会借助 RTTI 信息进行检测，确定安全的才能转换成功，否则就转换失败。那么，哪些向下转型是安全地呢，哪些又是不安全的呢？下面我们通过一个例子来演示：
#include <iostream>
using namespace std;
class A{
public:
virtual void func() const { cout<<"Class A"<<endl; }
private:
int m_a;
};
class B: public A{
public:
virtual void func() const { cout<<"Class B"<<endl; }
private:
int m_b;
};
class C: public B{
public:
virtual void func() const { cout<<"Class C"<<endl; }
private:
int m_c;
};
class D: public C{
public:
virtual void func() const { cout<<"Class D"<<endl; }
private:
int m_d;
};
int main(){
A *pa = new A();
B *pb;
C *pc;

//情况①
pb = dynamic_cast<B*>(pa); //向下转型失败
if(pb == NULL){
cout<<"Downcasting failed: A* to B*"<<endl;
}else{
cout<<"Downcasting successfully: A* to B*"<<endl;
pb -> func();
}
pc = dynamic_cast<C*>(pa); //向下转型失败
if(pc == NULL){
cout<<"Downcasting failed: A* to C*"<<endl;
}else{
cout<<"Downcasting successfully: A* to C*"<<endl;
pc -> func();
}

cout<<"-------------------------"<<endl;

//情况②
pa = new D(); //向上转型都是允许的
pb = dynamic_cast<B*>(pa); //向下转型成功
if(pb == NULL){
cout<<"Downcasting failed: A* to B*"<<endl;
}else{
cout<<"Downcasting successfully: A* to B*"<<endl;
pb -> func();
}
pc = dynamic_cast<C*>(pa); //向下转型成功
if(pc == NULL){
cout<<"Downcasting failed: A* to C*"<<endl;
}else{
cout<<"Downcasting successfully: A* to C*"<<endl;
pc -> func();
}

return 0;
}
运行结果：
Downcasting failed: A* to B*
Downcasting failed: A* to C*
-------------------------
Downcasting successfully: A* to B*
Class D
Downcasting successfully: A* to C*
Class D

这段代码中类的继承顺序为：A --> B --> C --> D。pa 是A*类型的指针，当 pa 指向 A 类型的对象时，向下转型失败，pa 不能转换为B*或C*类型。当 pa 指向 D 类型的对象

当使用 dynamic_cast 对指针进行类型转换时，程序会先找到该指针指向的对象，再根据对象找到当前类（指针指向的对象所属的类）的类型信息，并从此节点开始沿着继承链向上遍历，如果找到了要转化的目标类型，那么说明这种转换是安全的，就能够转换成功，如果没有找到要转换的目标类型，那么说明这种转换存在较大的风险，就不能转换。

pa 指向 A 类对象，根据该对象找到的就是 A 的类型信息，当程序从这个节点开始向上遍历时，发现 A 的上方没有要转换的 B 类型或 C 类型（实际上 A 的上方没有任何类型了），所以就转换败了。对于情况②，pa 指向 D 类对象，根据该对象找到的就是 D 的类型信息，程序从这个节点向上遍历的过程中，发现了 C 类型和 B 类型，所以就转换成功了。

从表面上看起来 dynamic_cast 确实能够向下转型，本例也很好地证明了这一点：B 和 C 都是 A 的派生类，我们成功地将 pa 从 A 类型指针转换成了 B 和 C 类型指针。但是从本质上讲，dynamic_cast 还是只允许向上转型，因为它只会向上遍历继承链。造成这种假象的根本原因在于，派生类对象可以用任何一个基类的指针指向它，这样做始终是安全的。本例中的情况②，pa 指向的对象是 D 类型的，pa、pb、pc 都是 D 的基类的指针，所以它们都可以指向 D 类型的对象，dynamic_cast 只是让不同的基类指针指向同一个派生类对象罢了。

（编辑：汽车网）

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