C++四种类型转换

C++ 提供了四种显式类型转换操作符（static_cast、dynamic_cast、const_cast、reinterpret_cast），用于不同场景下的类型转换。以下是它们的基本定义及常见面试问题总结：

一、四种类型转换的基本定义

1. static_cast（静态转换）

• 功能：最常用的转换方式，用于编译器可在编译期确定的、“合理” 的类型转换。
• 适用场景：
  • 基本数据类型转换（如 int ↔ float、char ↔ int）。
  • 指针 / 引用的上行转换（派生类 → 基类，安全）。
  • 空指针转换（void* ↔ 其他类型指针）。
  • 显式调用单参数构造函数或运算符重载（如 int → 自定义类对象）。
• 示例：

  int a = 10;
  double b = static_cast<double>(a); // 基本类型转换class Base {};
  class Derived : public Base {};
  Derived d;
  Base* b_ptr = static_cast<Base*>(&d); // 派生类→基类（上行转换）
  

• 特点：编译期检查，不运行时检查；不能用于无关类型转换（如 int* ↔ double*）或去除 const 属性。

2. dynamic_cast（动态转换）

• 功能：主要用于类层次结构中的指针 / 引用转换，支持下行转换（基类 → 派生类），且会进行运行时类型检查。
• 适用场景：
  • 下行转换（基类指针 / 引用 → 派生类指针 / 引用），需配合多态（基类必须有虚函数）。
  • 交叉转换（同一基类的不同派生类之间转换，结果为 nullptr 或抛出异常）。
• 示例：

  class Base { virtual void f() {} }; // 必须有虚函数
  class Derived : public Base {};Base* b = new Derived;
  Derived* d = dynamic_cast<Derived*>(b); // 下行转换，成功（d非空）Base* b2 = new Base;
  Derived* d2 = dynamic_cast<Derived*>(b2); // 下行转换，失败（d2为空）
  

• 特点：
  • 运行时检查，依赖 RTTI（运行时类型信息），有一定性能开销。
  • 转换指针失败返回 nullptr，转换引用失败抛出 std::bad_cast 异常。
  • 基类必须包含虚函数，否则编译报错。

3. const_cast（常量转换）

• 功能：唯一能修改表达式 const 或 volatile 属性的转换操作符。
• 适用场景：
  • 去除指针 / 引用的 const 限制（const T* → T*，const T& → T&）。
  • 给指针 / 引用添加 const 限制（T* → const T*）。
• 示例：

  const int* a = new int(10);
  int* b = const_cast<int*>(a); // 去除const
  *b = 20; // 未定义行为（若原对象本身是const，修改会导致错误）int c = 30;
  const int* d = const_cast<const int*>(&c); // 添加const
  

• 注意：
  • 只能用于指针或引用，不能直接转换对象（如 const int a → int b 不允许）。
  • 若原对象本身是 const（如 const int x = 5），通过 const_cast 去除 const 后修改，会导致未定义行为。

4. reinterpret_cast（重新解释转换）

• 功能：最 “暴力” 的转换，直接对二进制位进行重新解释，不进行类型检查。
• 适用场景：
  • 无关指针类型之间的转换（如 int* ↔ double*、指针 ↔ 整数）。
  • 函数指针类型转换（风险极高）。
• 示例：

  int a = 0x12345678;
  int* p = &a;
  long long addr = reinterpret_cast<long long>(p); // 指针→整数double* d_ptr = reinterpret_cast<double*>(p); // int*→double*（危险）
  

• 特点：
  • 编译期完成，不做任何类型检查，完全依赖程序员保证安全性。
  • 平台相关性强（不同架构的二进制表示可能不同），移植性差。
  • 尽量避免使用，仅在底层操作（如内存地址解析）中必要时使用。

二、面试高频考点

1. 四种转换的区别与适用场景

• 核心区分：

  • static_cast：编译期安全转换，用于相关类型（如数值、继承关系）。
  • dynamic_cast：运行时检查，用于多态类的下行转换，依赖虚函数。
  • const_cast：仅修改 const 属性，不改变类型。
  • reinterpret_cast：二进制位重解释，用于无关类型，风险最高。

• 典型问题：
  如何将基类指针转换为派生类指针？为什么 static_cast 不安全而 dynamic_cast 安全？
  → 可用 static_cast 或 dynamic_cast。static_cast 仅编译期检查，若基类指针实际指向基类对象，转换后使用会导致未定义行为；dynamic_cast 运行时检查，失败返回 nullptr，更安全（但需基类有虚函数）。

2. dynamic_cast 的实现原理与限制

• 原理：依赖 RTTI，编译器会为包含虚函数的类生成类型信息（type_info），dynamic_cast 运行时通过查询类型信息判断转换是否合法。
• 限制：
  • 只能用于指针或引用，不能转换对象。
  • 基类必须有虚函数（否则无法生成 RTTI）。
  • 运行时开销较大（相比 static_cast）。

3. const_cast 的风险

• 若原对象是 const 类型（如 const int x = 5），通过 const_cast 去除 const 后修改，会导致未定义行为（可能崩溃或结果异常）。
• 仅当原对象本身非 const 时（如 int x = 5; const int* p = &x），const_cast 去除 const 后修改才安全。

4. 何时不能用 static_cast 而必须用其他转换？

• 去除 const 时：必须用 const_cast。
• 多态类下行转换且需安全检查时：必须用 dynamic_cast。
• 无关类型指针转换（如 int* → void* 以外的类型）：需用 reinterpret_cast。

5. reinterpret_cast 的危险场景

• 示例：将 int* 转换为 double* 后访问，可能因数据对齐或类型解析错误导致程序崩溃。
• 函数指针转换：若转换后函数签名不匹配，调用时会导致栈破坏。

6. 隐式转换与显式转换的选择

• 隐式转换可能导致意外错误（如 int 隐式转换为 float 丢失精度），显式转换（如 static_cast）更清晰，便于代码维护。
• 为什么 C++ 引入四种显式转换，而不推荐 C 风格的强制转换（如 (int)a）？
  → C 风格转换模糊（可能是任意一种转换），可读性差；C++ 显式转换语义明确，编译器能提供更严格的检查，减少错误。

三、总结

四种类型转换各有明确用途，面试中需重点掌握它们的适用场景、区别及风险。核心原则：优先使用语义明确的显式转换，避免滥用 reinterpret_cast，合理利用 dynamic_cast 的安全性，谨慎使用 const_cast 处理 const 属性。