C++ 强制类型转换对比

C++ 强制类型转换对比

在 C++ 中，有 4 种强制类型转换方式，每种适用于不同的场景：

转换方式	语法	适用场景	安全性	编译检查
static_cast	static_cast<新类型>(表达式)	基本类型转换、父子类指针转换（非多态）	⚠️ 部分安全（不检查动态类型）	编译时检查
dynamic_cast	dynamic_cast<新类型>(表达式)	多态类型向下转换（运行时检查）	✅ 最安全（失败返回 nullptr）	运行时检查
const_cast	const_cast<新类型>(表达式)	移除 const/volatile 属性	❌ 不安全（可能 UB）	编译时检查
reinterpret_cast	reinterpret_cast<新类型>(表达式)	任意指针/整数转换（低层操作）	❌ 极不安全	编译时检查

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1. static_cast（静态转换）

用途：

• 基本数据类型转换（int → double，float → int）
• 父类指针/引用 → 子类指针/引用（无多态时）
• 子类指针/引用 → 父类指针/引用（安全）
• void* ↔ 具体类型指针

示例：

int a = 10;
double b = static_cast<double>(a);  // int → doubleBase* base = new Derived();
Derived* derived = static_cast<Derived*>(base);  // 无多态时强制转换

特点：

• 编译时完成，无运行时开销
• 不检查动态类型（多态时可能不安全）

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2. dynamic_cast（动态转换）

用途：

• 多态类型的向下转换（父类 → 子类）
• 转换失败时返回 nullptr（指针）或抛出异常（引用）

示例：

class Base { virtual void foo() {} };  // 必须有多态（虚函数）
class Derived : public Base {};Base* base = new Derived();
Derived* derived = dynamic_cast<Derived*>(base);  // 成功Base* invalid = new Base();
Derived* fail = dynamic_cast<Derived*>(invalid);  // 返回 nullptr

特点：

• 运行时检查类型，安全但性能较低
• 仅适用于多态类型（类有虚函数）

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3. const_cast（常量转换）

用途：

• 移除或添加 const/volatile 属性
• 不修改底层数据，仅改变编译器解释

示例：

const int a = 10;
int* b = const_cast<int*>(&a);  // 去 const
*b = 20;  // 未定义行为（UB）！原对象是 constconst std::string& s = "hello";
std::string& mutable_s = const_cast<std::string&>(s);  // 危险！

特点：

• ❌ 修改原 const 对象会导致未定义行为（UB）
• 合法用途：调用旧式 API（如 strchr）

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4. reinterpret_cast（重解释转换）

用途：

• 任意指针/整数之间的低层转换
• 例如：指针 → 整数、float → 二进制表示

示例：

int* p = new int(42);
uintptr_t addr = reinterpret_cast<uintptr_t>(p);  // 指针 → 整数float f = 3.14f;
int bits = reinterpret_cast<int&>(f);  // 解释浮点为整数

特点：

• ❌ 极度不安全，完全绕过类型系统
• 仅用于特定场景（如序列化、硬件访问）

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对比总结

场景	推荐转换	替代方案
基本类型转换	static_cast	C 风格转换
多态类向下转换	dynamic_cast	typeid + static_cast（不安全）
移除 const	const_cast	重构代码避免
低层二进制操作	reinterpret_cast	memcpy（更安全）

黄金准则：

1. 优先用 static_cast 和 dynamic_cast
2. 避免 const_cast 和 reinterpret_cast（除非必须）
3. 永远不要用 C 风格转换（如 (int)ptr），它混合了所有强制转换的风险！