C++ 四种类型转换详解：static_cast、reinterpret_cast、const_cast、dynamic_cast

2. 强制类型转换

C 风格强制转换 (type) 允许将指针与整数等近似关系类型进行转换，但缺乏类型安全性检查。

int main() {
    int a = 0;
    int* pa = nullptr;
    // 指针本质是地址编号，可与整形进行近似转换
    pa = (int*)a;
    return 0;
}

然而，毫无关系的类型（如 string 与 vector）无法通过强制转换互通。

3. const 常变量的处理

const 修饰的变量具有不可变性。虽然可以通过指针解引用尝试修改其值，但这属于未定义行为，且编译器可能会优化读取逻辑（例如直接从寄存器取初始值），导致实际内存修改后打印结果仍为旧值。

int main() {
    const int c = 0;
    // 不安全：试图修改 const 对象
    int* pc = (int*)&c;
    (*pc)++;
    cout << c << endl;   // 可能输出 0
    cout << *pc << endl; // 可能输出 1
    return 0;
}

若需强制编译器每次从内存读取值，可结合 volatile 使用。

int main() {
    volatile const int c = 0;
    int* pc = (int*)&c;
    (*pc)++;
    cout << c << endl;   // 此时可能输出 1
    cout << *pc << endl; // 输出 1
    return 0;
}

注意： C 语言转换存在精度丢失风险。例如 size_t 是无符号类型，若误用 while(n >= 0) 判断无符号数递减，会导致死循环。

二、C++ 的四种类型转换

C++ 为了弥补 C 风格转换的不足，提供了四种显式转换运算符，每种都有特定的适用场景。

1. static_cast

用于相关类型间的静态转换，等价于编译器执行的隐式转换，但更加明确。适用于数值类型转换、基类与派生类之间的向上转换等。

int main() {
    int a = 0;
    double b = static_cast<double>(a);
    return 0;
}

2. reinterpret_cast

用于底层比特位的重新解释，通常用于将一种指针类型强制转换为另一种指针类型。它不进行类型检查，风险较高，仅适用于近似关系的类型。

int main() {
    int a = 0;
    int* pa = reinterpret_cast<int*>(a);
    return 0;
}

注意： reinterpret_cast 不能用于去除 const 属性，也不能用于无关类型的转换。

3. const_cast

专门用于移除或添加 const 属性。这是唯一能修改 const 对象属性的转换方式，但必须确保原对象本身不是真正的常量，否则行为未定义。

int main() {
    const int a = 0;
    int* pa = const_cast<int*>(&a); // 移除 const
    return 0;
}

4. dynamic_cast

用于运行时类型检查，主要应用于多态体系下的向下转换（基类指针转子类指针）。要求基类至少包含一个虚函数。

• 向上转换（子类转基类）：安全，无需转换。
• 向下转换（基类转子类）：若对象实际类型不匹配，返回 nullptr（指针）或抛出异常（引用）。

class A {
public:
    virtual void f() {}
};

class B : public A {};

void fun(A* a) {
    B* b = dynamic_cast<B*>(a);
    if (b == nullptr) {
        cout << "转换失败" << endl;
    } else {
        cout << "转换成功" << endl;
    }
}

int main() {
    A a;
    fun(&a); // 输出：转换失败
    return 0;
}

原理： dynamic_cast 利用 RTTI（运行时类型信息）检查对象的虚函数表标记，确认目标类型是否匹配。

三、RTTI 简介

RTTI（Run-time Type Identification）即运行时类型识别，C++ 通过以下方式支持：

1. typeid：获取变量的实际类型信息。
2. decltype：推导表达式的类型。
3. dynamic_cast：基于 RTTI 进行安全的类型转换。

总结

C++ 的类型转换机制比 C 语言更为严谨。static_cast 处理常规转换，reinterpret_cast 处理底层重解释，const_cast 处理常量属性，而 dynamic_cast 则负责多态下的安全校验。理解这些转换的本质与限制，能有效避免未定义行为，提升代码健壮性。