靜態類型轉換（static_cast）

• 概念
  • static_cast是C++中的一種類型轉換操作符，用于在編譯時進行類型轉換。它主要用于具有明確的、編譯器可以在編譯階段確定的類型轉換關系的情況。這種轉換通常在相關類型之間進行，例如基本數據類型之間的轉換，或者在類層次結構中的向上轉換（將派生類指針或引用轉換為基類指針或引用）。
• 例子
  • 基本數據類型轉換
    • 將int類型轉換為double類型：

      int numInt = 5;
      double numDouble = static_cast<double>(numInt);
      

    • 將double類型轉換為int類型（會截斷小數部分）：

      double numDouble = 3.14;
      int numInt = static_cast<int>(numDouble);
      

  • 類層次結構中的向上轉換
    • 假設有基類Base和派生類Derived：

      class Base {};
      class Derived : public Base {};
      Derived d;
      Base* b = static_cast<Base*>(&d);
      

• 特點
  • 編譯器在編譯時進行檢查，如果轉換不合法（例如轉換沒有意義或者不符合類型轉換規則），會產生編譯錯誤。
  • 對于基本數據類型，它執行的轉換類似于隱式類型轉換，但更加明確。對于類類型的轉換，它不會進行運行時的類型檢查，只是簡單地進行類型調整。

動態類型轉換（dynamic_cast）

• 概念
  • dynamic_cast也是C++中的一種類型轉換操作符，主要用于在類的層次結構中進行安全的向下轉換（將基類指針或引用轉換為派生類指針或引用）。與static_cast不同的是，dynamic_cast在運行時進行類型檢查，以確保轉換的安全性。
• 例子
  • 假設有基類Base（包含至少一個虛函數以支持運行時多態）和派生類Derived：

    class Base { virtual void f() {} };
    class Derived : public Base {};
    Base* b = new Derived();
    Derived* d = dynamic_cast<Derived*>(b);
    if (d!= nullptr) {
        // 轉換成功，可以安全使用d
    } else {
        // 轉換失敗
    }
    

    • 如果將基類指針實際指向的是基類對象而不是派生類對象，那么dynamic_cast會返回nullptr（對于指針類型）。如果是引用類型的轉換失敗，則會拋出std::bad_cast異常。例如：

      Base* b = new Base();
      Derived* d = dynamic_cast<Derived*>(b);
      if (d == nullptr) {
          std::cout << "Conversion failed." << std::endl;
      }
      

• 特點
  • 運行時類型檢查增加了程序的安全性，確保在轉換時對象的實際類型與轉換目標類型相匹配。
  • 由于需要在運行時進行類型檢查，會帶來一定的性能開銷。這種開銷主要是因為它需要在對象的虛函數表（vtable）中查找類型信息。

區別

• 檢查時間
  • static_cast在編譯時進行類型檢查，而dynamic_cast在運行時進行類型檢查。
• 安全性
  • static_cast在進行類層次結構的轉換時，不進行運行時的類型驗證，可能會導致不安全的轉換。例如，將一個基類指針錯誤地轉換為派生類指針，可能會在后續使用中引發未定義行為。dynamic_cast則通過運行時檢查確保轉換的安全性。
• 使用場景
  • static_cast適用于編譯器能夠在編譯階段確定轉換合法性的情況，如基本數據類型轉換和類層次結構中的向上轉換（這種轉換通常是安全的，因為派生類對象可以被看作是基類對象的一種特殊情況）。dynamic_cast主要用于在類層次結構中進行向下轉換，并且需要在運行時確保轉換的正確性。
• 性能
  • 由于dynamic_cast需要在運行時進行類型檢查，涉及到虛函數表的查詢等操作，所以會有一定的性能開銷。而static_cast在編譯時就完成了轉換操作，沒有運行時的額外開銷。