Back to Basics Casting

• 语言: 英语
• 格式: .pdf
• 来源: github.com/CppCon

摘要

文档讨论了C++中的类型转换机制及其在不同场景下的应用。首先介绍了为什么需要使用类型转换，比如处理原始内存和继承关系，并强调了类型转换操作符的目标，包括可识别性、可搜索性和错误减少。文档详细说明了各类转换操作符，如static_cast、const_cast、dynamic_cast、reinterpret_cast和bit_cast，及其使用条件与限制。此外，文档还提供了具体示例，展示了如何在不同上下文中使用这些转换操作符，特别是bit_cast在C++20中的引入及其与其他转换方式的区别。

AI总结

### 总结

本文档围绕C++中的类型转换机制进行了详细探讨，重点介绍了不同类型的转换运算符及其用法、优点和限制。以下是核心内容的总结：

#### 类型转换的必要性
1. **操作原始内存**：类型转换用于处理内存布局和二进制数据。
2. **处理继承关系**：通过类型转换，可以在类层次结构中向上或向下转换类型。
3. **C++的静态类型系统**：类型转换允许开发者在某些情况下绕过类型系统的限制。

#### C++类型转换的设计目标
1. **区分任务**：通过不同的运算符区分不同的转换任务。
2. **易于识别和搜索**：使代码更易读和维护。
3. **完全替代C样式转换**：提供与C转换相同的功能。
4. **减少错误**：通过明确的语法减少意外的类型转换错误。
5. **降低转换的吸引力**：通过严格的语法规则，减少不必要的类型转换。

#### C++转换运算符
1. **`static_cast`**
- 用于编译时_known的类型转换。
- 常见用途包括指针转换、整型与_enum的转换，以及用户定义类型的转换。
- **示例**：

     int a = static_cast(5.5);

- 限制：不能用于多态类型的下转换。

2. **`dynamic_cast`**
- 用于运行时多态类型的下转换。
- 需要RTTI（运行时类型信息）支持。
- 返回`nullptr`（指针）或抛出`bad_cast`异常（引用）如果转换失败。
- **示例**：

     class A { virtual ~A() = default; };
     class B : public A { };
     A* pa = new B;
     B* pb = dynamic_cast(pa);

3. **`const_cast`**
- 用于移除`const`或`volatile`限定。
- 不影响对象的类型，只改变访问权限。
- **示例**：

     const int* p = new int(5);
     int* q = const_cast(p);

4. **`reinterpret_cast`**
- 用于底层二进制的重新解释。
- 尤其用于指针和引用之间的转换。
- **示例**：

     int* p = new int(5);
     double* q = reinterpret_cast(p);

#### `bit_cast`
- **功能**：将一个类型的位模式转换为另一个类型的位模式。
- **要求**：
- 两个类型的大小必须相同。
- 两个类型必须是平凡可复制的（trivially copyable）。
- **用法**：

  struct A { int x; int y; };
  struct B { double d; };
  A a;
  B b = std::bit_cast(a);
  float f = 7.05f;
  uint32_t ui = std::bit_cast(f);

#### C++20前的实现
- 在C++20之前，`bit_cast`功能可以通过`memcpy`实现：

  float f = 7.05f;
  uint32_t ui = 0;
  memcpy(&ui, &f, sizeof(f));

#### 总结
C++提供了多种类型转换机制，每种都有其特定的用途和限制。合理使用这些转换运算符可以在保证类型安全的同时，灵活地处理复杂的编程问题。