標題 Re: [問題] static.const.reinterpret_cast和c-sty …
時間 Sun Mar 12 23:26:23 2006
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Sorry, 有很多地方錯誤，不得不指出來。
熱心回答問題是好的，但是最好對內容有一定的把握，以免誤導。
這一篇介紹 C++ 的四個關鍵字： static_cast, const_cast, reinterpret_cast,
以及 dynamic_cast 的意義用法。
學習任何編程語言，只單純學習語法是不夠的，要適當的運用某種語言機制，最好
要先知道該機制存在的目的，和什麼狀況下會需要用到它，否則還不如不要使用。
※ 引述《godfat (godfat 真常)》之銘言：
: 靜態轉型，簡單地說就是強制轉型，
: 只是不合理的轉型 compiler 會告訴你不能這樣轉
: 例如兩個毫無關聯的物件
: class A{};
: class B{};
: A a;
: static_cast<B>(a); // error
static_cast 用於「相關型別」之間的轉換，其目的是讓編譯器知道，
程序員是「有意識」的進行轉換動作，並非不小心打錯。例如：
float f = 123.456f;
int i = f; // 把 float 轉為 int，編譯器一般會給警告
int v = static_cast<int>(f); // 用 static_cast 通知編譯器，設計意途確實如此
此外 static_cast 也可用於繼承體系內的 downcast，例如：
struct B { void f(); };
struct D : B { void g(); } d;
B &b = d;
...
b.f(); // ok
b.g(); // 錯誤，b 是 reference to B 物件
static_cast<D&>(b).g(); // ok, 因為程序員知道 b 確實是參照某個 D 物件
: : const_cast
: 單純去掉物件的常數性 和/或 volatile 性
這裏是對的。
: int const i = 10;
: i = 5; // error
: const_cast<int&>(i) = 5; // ok
: （這邊我不太確定是不是這樣寫，很少用）
: （總之觀念是這樣）
舉例有誤。
const_cast 只是把常數性去掉，目的是方便設計，但是企圖通過 const_cast
修改一個 const 物件，其結果未定義（視實作環境是否對該 const 物件採取
保護措施）。
至於 const_cast 使用的時機，通常是為了在不修改既有模組（例如沒有 source
code 的程式庫）的情況下，解決兩個模組之間 const-correctness 不相容的問題
（通常是不能改的那個模組，其設計不夠周延）。例如：
struct C { void f(); }; // 假設 C 是一個既存的模組（不能修改）
void foo(C const &c) // foo 是自行設計的模組，c 物件只作為輸入，不會被更動
{
...
c.f(); // 由於 c 是 referece to const C 物件，但 C::f 並未被設計為
// const，因此這樣寫是不成立的。（編譯器會給錯誤或至少警告）
const_cast<C&>(c).f(); // ok, 用 const_cast 去掉 c 的常數性
}
: : reinterpret_cast
: 強迫 compiler 把輸入型別視為欲轉換的型別
: 這個不太好解釋…總之就是暴力轉型就對了 XD
: 直接把該記憶體位置的資料視為欲轉換的型別來看待
reinterpret_cast 幾乎等於暴力轉型（指 C-style 轉型），但不能去掉物件
的常數性（也就是還不夠暴力）。它用來處理任意型別之間的轉換，通常是為
了爭取運算或儲存空間的效率時，所採取的低階操作。例如：
int IP_Addr = 0;
char *p = reinterpret_cast<char*>(&IP_Addr); // 轉型為 char *，以便於
// 以 Byte 為單位來處理
p[0] = 192;
p[1] = 168;
p[2] = 0;
p[3] = 1;
傳統的 C-style 轉型相當於 static_cast, const_cast, reinterpret_cast
三合一（也就是暴力加三級）。
: 你漏了 dynamic_cast<>
: 這跟 static_cast<> 有些類似
dynamic_cast 和 static_cast 無關。
: dynamic_cast<> 只能對於具有多形性型別轉型，
: 也就是他至少得要有一個 virtual function
這裏是對的。dynamic_cast 是 RTTI 的一部份，它用來檢測一個多型基底
類別的 pointer 或 reference 所參照物件的實際型別。例如：
struct B1 { virtual void f() = 0; };
struct D1 { void f(); };
struct X : D1
{
void f();
void g();
};
void foo(B1 *b1) // foo 模組並不知道 b1 所參照物件的實際型別
{
if (dynamic_cast<D1*>(b1)) // 如果 b1 參照的是 D1 物件
{
b1->f();
}
else if (D1 *d1 = dynamic_cast<X*>(b1)) // 如果 b1 參照的是 X 物件
{
d1->g();
}
else
{
...
}
}
此例中，dynamic_cast 的用法也是所謂的 downcast，但和 static_cast
不同的是，前者用於偵測未知多型物件的實際型別，而後者用於對已知物件
（可以是多型物件或普通物件）的轉型。
可以看出，B1, D1, X 的繼承體系設計並不是很理想，因為在這種情況下，應該
直接利用 virtual function 的動態多型機制，而非依賴 dynamic_cast 偵測物
件的型別。例如：
struct B2
{
virtual void f() = 0;
virtual void g() = 0;
};
struct D2 : B2
{
void f();
void g();
} d2;
struct Y : D2
{
void f();
void g();
} y;
void foo()
{
B2 *b2 = &d2; // b2 參照 D2 物件
b2->g(); // 實際上會執行 D2::g，不必依賴 dynamic_cast
b2 = &y; // 換一下，改參照 Y 物件
b2->g(); // 實際上會執行 Y::g
}
顯然，B2, D2, Y 的設計比較合理。事實上，如果所有的模組都是自行設計，
dynamic_cast 是多餘的。但它之所以存在，其目的就是為了解決「既存模組
」不能修改的問題。（最常見的例子，就是缺乏源代碼的程式庫）
前面的例子中，如果 B1, D1 兩模組不能修改，為了新擴充 X 模組，又要和
舊模組相容，dynamic_cast 在此情況下就能派上用場（反過來說，如果沒有
dynamic_cast，問題就會變得很麻煩，而且各種替代方案都不太安全）；但
如果完全是可自行控制的設計，就應該儘量遵循 B2, D2, Y 的方式來組織。
以上是 dynamic_cast 的功能中，downcast 的部份。另外，由於 C++ 支援
多重繼承的機制，dynamic_cast 亦可用於 crosscast（橫向轉型），例如：
struct Z : B1, B2 // 多重繼承
{
void f();
void g();
} z;
void foo()
{
B1 *b1 = &z;
B2 *b2 = dynamic_cast<B2*>(b1); // crosscast
}
這個例子可以用來說明，dynamic_cast 實際上的動作是「型別檢測」，而非
僅僅是「轉型」，後者只是它輸出的結果。此例中，b1 表面上是 (B1 *)，但
它實際上參照的是 Z 物件，因此 dynamic_cast 偵測的結果，就是它可以順
利轉為 (B2 *) 。
: struct Base{virtual ~Base(){}};
: struct Derived: public Base{};
: Base pb = new Derived;
: Derived pd = dynamic_cast<Derived*>(pb);
: 如果 pb 真的是指向 Derived, 則 dynamic_cast<> 傳回 pb 的地址
: 否的話，pd 為 NULL
: boost 有提供 polymorphic_cast<>, 用處同 dynamic_cast<>
: 差別在於錯誤時不是傳回 NULL, 而是丟出 std::bad_cast
: polymorphic_downcast<> 則是專門用來在已知必然成功的 downcast
: 這種時候內建的 static_cast<> 和 dynamic_cast<> 其實都可以用，
: 只是 static_cast<> 沒有錯誤檢查，dynamic_cast<> 效率太差
: polymorphic_downcast<> 則使用 assert(); 來檢查是否成功
: http://www.boost.org/libs/conversion/cast.htm
: : c-style cast
: 等同於上面全部...
: 在 C++ 中替他們分類，避免造成混淆
: 不過對初學者來說的話這麼多才是混淆吧，我猜 :p
(下略)
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推 godfat:感謝指導，雖然我覺得跟我講的沒啥衝突 XD 大概是太隨便了 03/13 01:44
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推 abovelight:推一個~了解更深入了 03/14 18:16
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