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一个VC编译错误引发的对显示类型转换的思考（static_cast、dynamic_cast和const_cast）

一、问题提出

今天在研究effective c++中碰到的copy构造函数的时候，运行了下面这个程序，编译出现了错误：

#include<iostream>

using namespace std;

class point 
{ 
private: 
	int m_x,m_y; 
public: 
	point() 
	{ 
		m_x = 0; 
		m_y = 0; 
	} 
	point(int x, int y) 
	{ 
		m_x = x; 
		m_y = y; 
	} 
	point(const point& p)
	{
		m_x = p.m_x;
		m_y = p.m_y;
		cout<<"copy constructor is called!"<<endl;
	}
	
	static point reverse(const point& p)
	{
		point p1;
		p1.m_x = p.getY();
		p1.m_y = p.getX();

		return p1;
	}
	int getX()
	{ 
		return m_x; 
	} 
	int getY()
	{ 
		return m_y; 
	}
	void print()
	{
		cout<<m_x<<" "<<m_y<<endl;
	}
}; 

int main()
{
	point p(1, 2);	
	point p1(p);  //initialize p1 with p
	point p2 = point::reverse(p1);	
	p2.print();
	return 0;
}

错误信息为：

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Compiling...
item3.cpp
D:\Project\EffctiveCProj1\item3.cpp(32) : error C2662: 'getY' : cannot convert 'this' pointer from 'const class point' to 'class point &'
Conversion loses qualifiers
D:\Project\EffctiveCProj1\item3.cpp(33) : error C2662: 'getX' : cannot convert 'this' pointer from 'const class point' to 'class point &'
Conversion loses qualifiers
Error executing cl.exe.

二、问题分析

分析了一下错误提示，发现是不能将类型从const class point转为class point &，定位到代码，原来出现在line21和line22 getY()和getX()调用这里：

p1.m_x = p.getY();
p1.m_y = p.getX();

p是一个const point&类型，而getY()和getX()都是非const类型，按照C++的规定，const常量无法调用非const函数，只可以调用const函数，因为const常量对象的数据成员是不允许改变的，非const函数就有可能改变数据成员，因此不允许调用！

三、问题解决

既然明白了这点，就很好修改了，两种方式：

A、将getX()和getY()改成const函数（简单）

const函数只需要在函数定义的地方的参数列表之后花括号之前加上const即可

B、将p转换为非const变量（稍微复杂）

在《effective c++》的“item 03:尽可能的使用const”一章中，作者介绍了如何将const类型转换为非const类型，即：采用static_cast或者const_cast.

按照plan A的修改：

#include<iostream>

using namespace std;

class point 
{ 
private: 
	int m_x,m_y; 
public: 
	point() 
	{ 
		m_x = 0; 
		m_y = 0; 
	} 
	point(int x, int y) 
	{ 
		m_x = x; 
		m_y = y; 
	} 
	point(const point& p)
	{
		m_x = p.m_x;
		m_y = p.m_y;
		cout<<"copy constructor is called!"<<endl;
	}
	
	static point reverse(const point& p)
	{
		point p1;
		p1.m_x = p.getY();
		p1.m_y = p.getX();

		return p1;
	}
	int getX() const  //const函数
	{ 
		return m_x; 
	} 
	int getY() const //const函数
	{ 
		return m_y; 
	}
	void print()
	{
		cout<<m_x<<" "<<m_y<<endl;
	}
}; 

int main()
{
	point p(1, 2);	
	point p1(p);  //initialize p1 with p
	point p2 = point::reverse(p1);	
	p2.print();
	return 0;
}

bingo，编译通过！

按照plan B的修改：

#include<iostream>

using namespace std;

class point 
{ 
private: 
	int m_x,m_y; 
public: 
	point() 
	{ 
		m_x = 0; 
		m_y = 0; 
	} 
	point(int x, int y) 
	{ 
		m_x = x; 
		m_y = y; 
	} 
	point(const point& p)
	{
		m_x = p.m_x;
		m_y = p.m_y;
		cout<<"copy constructor is called!"<<endl;
	}
	
	static point reverse(const point& p)
	{
		point p1;
		p1.m_x = static_cast<point>(p).getY();  //将const point类型显示转换为point类型
		p1.m_y = static_cast<point>(p).getX();  //将const point类型显示转换为point类型
		return p1;
	}
	int getX()
	{ 
		return m_x; 
	} 
	int getY()
	{ 
		return m_y; 
	}
	void print()
	{
		cout<<m_x<<" "<<m_y<<endl;
	}
}; 

int main()
{
	point p(1, 2);	
	point p1(p);  //initialize p1 with p
	point p2 = point::reverse(p1);	
	p2.print();
	return 0;
}

同样编译通过了！

对于plan B，同样可以采用const_cast进行类型转换：

// CastExample.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include<iostream>

using namespace std;

class point 
{ 
private: 
	int m_x,m_y; 
public: 
	point() 
	{ 
		m_x = 0; 
		m_y = 0; 
	} 
	point(int x, int y) 
	{ 
		m_x = x; 
		m_y = y; 
	} 
	point(const point& p)
	{
		m_x = p.m_x;
		m_y = p.m_y;
		cout<<"copy constructor is called!"<<endl;
	}

	static point reverse(const point& p)
	{
		point p1;
		p1.m_x = const_cast<point&>(p).getY();  //将const point类型显示转换为point类型
		p1.m_y = const_cast<point&>(p).getX();  //将const point类型显示转换为point类型
		return p1;
	}
	int getX()
	{ 
		return m_x; 
	} 
	int getY()
	{ 
		return m_y; 
	}
	void print()
	{
		cout<<m_x<<" "<<m_y<<endl;
	}
}; 

int main()
{
	point p(1, 2);	
	point p1(p);  //initialize p1 with p
	point p2 = point::reverse(p1);	
	p2.print();
	return 0;
}

注意：在使用const_cast进行转换的时候，尖括号中的参数必须是引用类型，即：const_cast<point&>(p).getY()

四、进一步探讨（关于C++类型转换）

C++类型转换分为：隐式类型转换和显式类型转换

1.隐式类型转换

又称为“标准转换”或者“自动类型转换”，由编译系统自动完成，对程序员透明。包括以下几种情况：

1) 算术转换(Arithmetic conversion) : 在混合类型的算术表达式中, 最宽的数据类型成为目标转换类型。

int ival = 3;
double dval = 3.14159;
ival + dval;//ival被提升为double类型，结果是个double类型

2)一种类型表达式赋值给另一种类型的对象：目标类型是被赋值对象的类型

int *pi = 0; // 0被转化为int *类型
ival = dval; // double->int

例外：void指针赋值给其他指定类型指针时，不存在标准转换，编译出错

3)将一个表达式作为实参传递给函数调用，此时形参和实参类型不一致：目标转换类型为形参的类型

extern double sqrt(double);
cout << "The square root of 2 is " << sqrt(2) << endl;//2被提升为double类型：2.0

4)从一个函数返回一个表达式，表达式类型与返回类型不一致：目标转换类型为函数的返回类型

double difference(int ival1, int ival2)
{
return ival1 - ival2; //返回值被提升为double类型
}

2.显式类型转换

又称“强制类型转换”(cast)，由程序员完成。
C++标准定义了四个类型转换符：reinterpret_cast, static_cast, dynamic_cast 和 const_cast，目的在于控制类(class)之间的类型转换。

（1）static_cast

用法：static_cast <type-id> ( expression )
说明：该运算符把expression转换为type-id类型，但没有运行时类型检查来保证转换的安全性。做这些转换前，你必须确定要转换的数据确实是目标类型的数据，因为static_cast不做运行时的类型检查以保证转换的安全性。也因此，static_cast不如dynamic_cast安全。对含有二义性的指针，dynamic_cast会转换失败，而static_cast却直接且粗暴地进行转换。这是非常危险的。
使用场景：
a、用于类层次结构中基类和子类之间指针或引用的转换。
进行上行转换（把子类的指针或引用转换成基类表示）是安全的；
进行下行转换（把基类指针或引用转换成子类指针或引用）时，由于没有动态类型检查，所以是不安全的。
b、用于基本数据类型之间的转换，如把int转换成char，把int转换成enum。这种转换的安全性也要开发人员来保证。

c、把void指针转换成目标类型的指针(不安全!!)

d、把任何类型的表达式转换成void类型。

注意：static_cast不能转换掉expression的const、volitale、或者__unaligned属性。

举例：

a、用于类层次结构中基类和子类之间指针或引用的转换。

// CastExample.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include<iostream>

using namespace std;

class Point 
{ 
protected: 
	int m_x,m_y; 
public: 
	Point() 
	{ 
		m_x = 0; 
		m_y = 0; 
	} 
	Point(int x, int y) 
	{ 
		m_x = x; 
		m_y = y; 
	} 
	void print()
	{
		cout<<m_x<<" "<<m_y<<endl;
	}
}; 

class Point3d : public Point
{
private:
	int m_z;
public:
	Point3d(int x, int y, int z):Point(x, y),m_z(z){}
	void print()
	{
		cout<<m_x<<" "<<m_y<<" "<<m_z<<endl;
	}
};

void f(Point* p1, Point3d* p2)
{
	Point* pa = static_cast<Point*>(p2);    //safe
	Point3d* pb = static_cast<Point3d*>(p1);//unsafe

	pa->print();
	pb->print();
}

int main()
{
	Point p(1, 2);
	Point3d p3d(1, 2, 3);
	f(&p, &p3d);

	return 0;
}

运行结果为：

虽然编译能够通过，但是运行出的结果很明显是不正确的！

Point* pa = static_cast<Point*>(p2); 是将子类类型对象转为父类类型对象，因为父类对象的数据成员子类都可以提供，所以没有问题。

Point3d* pb = static_cast<Point3d*>(p1); 是将父类类型对象转为子类类型对象，因为子类对象的数据成员包括了父类没有的数据成员，所以会造成子类某些数据成员无法赋值，出现“随机值”，出现了问题。

b、在两个类对象之间进行转换，比如把类型为A的对象a，转换为类型为B的对象。如下：

#include "stdafx.h"
#include<iostream>
#include<string>

using namespace std;

class Student 
{ 
public:
	string name;
	int age;
	string sno;
public:
	Student(string name = "", int age = 20, string sno = ""):name(name),age(age),sno(sno){}
	void print()
	{
		cout<<"name = "<<name<<" age = "<<age<<" sno = "<<sno<<endl;
	}
};

class Teacher
{
private:
	string name;
	int age;
	string tno;
public:
	Teacher(string name = "", int age = 20, string tno = ""):name(name),age(age),tno(tno){}
	Teacher(const Student& stu)
	{
		name = stu.name;
		age = stu.age;
		tno = stu.sno;
	}
	void print()
	{
		cout<<"name = "<<name<<" age = "<<age<<" tno = "<<tno<<endl;
	}
};

int main()
{
	Student stu("wanjun", 24, "12345");
	Teacher tea = static_cast<Teacher>(stu);
	tea.print();
}

如果让以上代码通过编译，那么Teacher类必须含有以Student类的对象（或对象的引用）为参数的构造函数。即：

	Teacher(const Student& stu)
	{
		name = stu.name;
		age = stu.age;
		tno = stu.sno;
	}

这实际上是把转换的工作交给构造函数去做了。

这是一个很重要的发现，我们来验证一下：

将例a中的代码修改一下，去掉所有的指针，直接使用对象

// CastExample.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include<iostream>

using namespace std;

class Point 
{ 
public: 
	int m_x,m_y; 
public: 
	Point() 
	{ 
		m_x = 0; 
		m_y = 0; 
	} 
	Point(int x, int y) 
	{ 
		m_x = x; 
		m_y = y; 
	} 
	void print()
	{
		cout<<m_x<<" "<<m_y<<endl;
	}
}; 

class Point3d : public Point
{
private:
	int m_z;
public:
	Point3d(int x, int y, int z):Point(x, y),m_z(z){}
	void print()
	{
		cout<<m_x<<" "<<m_y<<" "<<m_z<<endl;
	}
};

void f(Point p1, Point3d p2)
{
	Point pa = static_cast<Point>(p2);    
	Point3d pb = static_cast<Point3d>(p1); // 出现error

	pa.print();
	pb.print();
}

int main()
{
	Point p1(1, 2);
	Point3d p2(1, 2, 3);

	f(p1, p2);
	return 0;
}

不好意思，语法检查出错了：

Point3d pb = static_cast<Point3d>(p1); 这一行显示：error：不存在用户定义的从Point到Point3d的转换。意思很明显，缺少转换函数，也就是copy构造函数，我们给他加上：

// CastExample.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include<iostream>

using namespace std;

class Point 
{ 
public: 
	int m_x,m_y; 
public: 
	Point() 
	{ 
		m_x = 0; 
		m_y = 0; 
	} 
	Point(int x, int y) 
	{ 
		m_x = x; 
		m_y = y; 
	} 
	void print()
	{
		cout<<m_x<<" "<<m_y<<endl;
	}
}; 

class Point3d : public Point
{
private:
	int m_z;
public:
	Point3d(int x, int y, int z):Point(x, y),m_z(z){}

	Point3d(const Point& p) //copy 构造函数
	{
		m_x = p.m_x;
		m_y = p.m_y;
		m_z = p.m_x + p.m_y;
	}

	void print()
	{
		cout<<m_x<<" "<<m_y<<" "<<m_z<<endl;
	}
};

void f(Point p1, Point3d p2)
{
	Point pa = static_cast<Point>(p2);    
	Point3d pb = static_cast<Point3d>(p1);

	pa.print();  // 输出1、2
	pb.print();  // 输出1、2、3
}

int main()
{
	Point p1(1, 2);
	Point3d p2(1, 2, 3);

	f(p1, p2);
	return 0;
}

运行成功，而且结果没有出现例a中的“随机值”！

这充分证明了static_cast对类类型的转换是借助copy构造函数进行的，所以在进行转换的时候需要考虑：如果类默认的copy构造函数不能实现需要的功能，需要自定义copy构造函数，这样才可以避免unsafe的情况！

（2）dynamic_cast

用法：dynamic_cast <type-id> (expression)
说明：该运算符把expression转换成type-id类型的对象。

a、dynamic_cast只用于对象的指针和引用。如果type-id是类指针类型，那么expression也必须是一个指针，如果type-id是一个引用，那么expression也必须是一个引用。

b、检测在运行时进行。如果被转换的指针不是一个被请求的有效完整的对象指针，返回值为NULL.
使用场景：
a、dynamic_cast主要用于类层次间的上行转换和下行转换
在类层次间进行上行转换时，dynamic_cast和static_cast的效果是一样的；
在进行下行转换时，dynamic_cast具有类型检查的功能，比static_cast更安全。

b、用于类之间的交叉转换。

把上面的例a改为采用dynamic_cast 的方式，并做适当修改：

// CastExample.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include<iostream>

using namespace std;

class Point 
{ 
public: 
	int m_x,m_y; 
public: 
	virtual void foo(){};
	Point() 
	{ 
		m_x = 0; 
		m_y = 0; 
	} 
	Point(int x, int y) 
	{ 
		m_x = x; 
		m_y = y; 
	} 
	void print()
	{
		cout<<m_x<<" "<<m_y<<endl;
	}
}; 

class Point3d : public Point
{
private:
	int m_z;
public:
	Point3d(int x, int y, int z):Point(x, y),m_z(z){}

	void print()
	{
		cout<<m_x<<" "<<m_y<<" "<<m_z<<endl;
	}
	void foo()
	{

	}
};

void f(Point *p1, Point3d *p2)
{
	Point *pa = dynamic_cast<Point*>(p2);    
	Point3d *pb = dynamic_cast<Point3d*>(p1); // pb is null

	if (pa)
	{
		pa->print();
	}
	if (pb)
	{
		pb->print();
	}
}

int main()
{
	Point p1(1, 2);
	Point3d p2(1, 2, 3);

	f(&p1, &p2);
	return 0;
}

在上面的代码段中，将子类对象p2转为父类对象pa是安全的，而将父类对象p1转为子类对象pb也是安全的，因为pb将是一个空指针(即0，因为dynamic_cast失败)。
另外要注意：Base要有虚函数，否则会编译出错；static_cast则没有这个限制。

这是由于运行时类型检查需要运行时类型信息，而这个信息存储在类的虚函数表中，只有定义了虚函数的类才有虚函数表，没有定义虚函数的类是没有虚函数表的。

dynamic_cast支持交叉转换（cross cast）如下代码所示：

class Base
{
public:
    int m_iNum;
    virtual void f(){}
};



class Derived1 : public Base
{

};

class Derived2 : public Base
{

};

void foo()
{
    derived1 *pd1 = new Drived1;

    pd1->m_iNum = 100;

    Derived2 *pd2 = static_cast<Derived2 *>(pd1); //compile error

    Derived2 *pd2 = dynamic_cast<Derived2 *>(pd1); //pd2 is NULL

    delete pd1;
}

在函数foo中，使用static_cast进行转换是不被允许的，将在编译时出错；而使用 dynamic_cast的转换则是允许的，结果是空指针。

（3）const_cast

用法：const_cast<type_id>(expression)
说明：该运算符用来修改类型的const或volatile属性。除了const或volatile修饰之外，type_id和expression的类型是一样的。
使用场景：
a、常量指针被转化成非常量指针，并且仍然指向原来的对象；
b、常量引用被转换成非常量引用，并且仍然指向原来的对象；
c、常量对象被转换成非常量对象。
Voiatile和const类似。

// CastExample.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include<iostream>

using namespace std;

class point 
{ 
private: 
	int m_x,m_y; 
public: 
	point() 
	{ 
		m_x = 0; 
		m_y = 0; 
	} 
	point(int x, int y) 
	{ 
		m_x = x; 
		m_y = y; 
	} 
	point(const point& p)
	{
		m_x = p.m_x;
		m_y = p.m_y;
		cout<<"copy constructor is called!"<<endl;
	}
	
	static point reverse(const point& p)
	{
		point p1, p2;
		p2 = const_cast<point&>(p); //将const point类型显示转换为point类型
		p1.m_x = p2.getY(); 
		p1.m_y = p2.getX();  
		return p1;
	}
	int getX()
	{ 
		return m_x; 
	} 
	int getY()
	{ 
		return m_y; 
	}
	void print()
	{
		cout<<m_x<<" "<<m_y<<endl;
	}
}; 

int main()
{
	point p(1, 2);	
	point p1(p);  //initialize p1 with p
	point p2 = point::reverse(p1);	
	p2.print();
	return 0;
}

注意<>和（）中的类型一定要一致，都为引用或者都为指针或都为对象！

五、小结

C++的四种强制转型形式每一种适用于特定的目的：

　　·dynamic_cast 主要用于执行“安全的向下转型（safe downcasting）”，也就是说，要确定一个对象是否是一个继承体系中的一个特定类型。它是唯一不能用旧风格语法执行的强制转型，也是唯一可能有重大运行时代价的强制转型。

·static_cast 可以被用于强制隐型转换（例如，non-const 对象转型为 const 对象，int 转型为 double，等等），它还可以用于很多这样的转换的反向转换（例如，void* 指针转型为有类型指针，基类指针转型为派生类指针），但是它不能将一个 const 对象转型为 non-const 对象（只有 const_cast 能做到），它最接近于C-style的转换。

　　·const_cast 一般用于强制消除对象的常量性。它是唯一能做到这一点的 C++ 风格的强制转型。

　　·reinterpret_cast 是特意用于底层的强制转型，导致实现依赖（implementation-dependent）（就是说，不可移植）的结果，例如，将一个指针转型为一个整数。这样的强制转型在底层代码以外应该极为罕见。

(2013年11月14日 0:02）

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UVa 10125 Sumsets (折半枚举&二分查找) | oracle restart：语句重新执行

2013-11-13 16:31
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一、问题提出

二、问题分析

三、问题解决

四、进一步探讨（关于C++类型转换）

1.隐式类型转换

2.显式类型转换

（1）static_cast

（2）dynamic_cast

（3）const_cast

五、小结

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二、问题分析

三、问题解决

四、进一步探讨（关于C++类型转换）

1.隐式类型转换

2.显式类型转换

（1）static_cast

（2）dynamic_cast

（3）const_cast

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