C++ 强制类型转换

C++ 四大强制类型转换

static_cast

编译期类型检查，适合“已知关系”的转换

error C2440: “static_cast”: 无法从“B *”转换为“A *”, 需要存在寄存关系

class A {};
class B {};
int main()
{B b;A* a = static_cast<A*>(&b);
}

reinterpret_cast

完全底层强转，仅改变解释方式，不改地址内容
不能用于普通类型转换，例如：int → float (float、int底层内存解析不一样)

const_cast

去除 const，解除只读属性

dynamic_cast

支持多态转换，需有虚函数,需要RTTI（运行阶段类型识别）
dynamic_cast运算符将使用一个指向基类的指针来生成一个指向派生类的指针；否则，该运算符返回0（空指针）；

典型实现步骤
当执行 dynamic_cast<DestType*>(srcPtr) 时，编译器生成的底层代码大致会做以下操作：

• (1) 检查空指针
  如果 srcPtr 是 nullptr，直接返回 nullptr。
• (2) 检查静态类型兼容性
  如果 DestType 和 srcPtr 的静态类型（编译时类型）无关（非继承关系），直接返回 nullptr。
• (3) 查询 RTTI
  通过 srcPtr 对象的虚函数表（vtable）找到其 RTTI 信息（通常是 type_info 结构体），获取实际对象的动态类型。
• (4) 遍历继承树
  向下转型（Downcast）：检查 DestType 是否是实际对象的基类或派生类。如果是派生类，计算指针偏移量并调整。
  侧向转型（Crosscast）：在多重继承中，可能需要调整指针指向目标类的子对象。
• (5) 返回结果
  如果类型兼容，返回调整后的指针。否则，返回 nullptr。

class B1 {
public:virtual void f1() {}int b1_data;
};class B2 {
public:virtual void f2() {}int b2_data;
};class D : public B1, public B2 {
public:virtual void f1() override {} // 覆盖 B1::f1virtual void fd() {}          // D 的新虚函数int d_data;
};
int main()
{B2* d = new B2();B1* pb2 = dynamic_cast<B1*>(d);D* pb2s = static_cast<D*>(d);
}

pb2 不能转换成功，创建的B2类型不能转成B1类型
pb2s 能转换成功，但是运行的时候会产线未定义行为，因为分内存的时候只是分配了B2的内存大小，但是强制转成D，变成使用了D的内存大小，可能会访问非法内存

下图:
pb2s直接按编译向前减了8个字节(static_cast编译器的时候就进行转换了)

问题

为什么 static_cast 能正确处理多继承向上转型？

(1) 编译器已知继承关系
在编译时，编译器 完全知道 Derived 的继承结构（包括基类的顺序和偏移量）。
static_cast 直接根据继承关系计算指针调整，无需运行时信息。

(2) 指针调整是确定的
在多继承中，基类子对象的偏移量是编译期常量。例如：
Base1 的偏移量 = 0（首个子对象）。
Base2 的偏移量 = sizeof(Base1)。
static_cast 会根据目标基类类型，自动计算正确的偏移量。

(3) 不涉及运行时类型检查
static_cast 不依赖 RTTI（Run-Time Type Information），完全在编译期完成转换。
因此，即使没有虚函数（无虚表），static_cast 也能正确工作。

对比 dynamic_cast

dynamic_cast 也能向上转型，但它是为 向下转型（Downcasting） 设计的，向上转型时会退化为 static_cast：
dynamic_cast 的向上转型没有额外作用，反而可能误导代码读者（让人误以为需要运行时检查）。
static_cast 更清晰、更高效。

Base1* pb1 = dynamic_cast<Base1*>(&d); // 等价于 static_cast

为什么 static_cast 不能安全用于向下转型？

虽然 static_cast 能正确处理向上转型，但 向下转型（Downcasting） 时存在风险：
static_cast 不会检查 pb2 是否真的指向 Derived 对象，直接按继承关系调整指针，可能导致非法内存访问。此时必须用 dynamic_cast：

Base2* pb2 = new Base2;  // 纯 Base2 对象
Derived* pd = static_cast<Derived*>(pb2); // 危险！