为啥 static_cast 需要指针或引用？

Posted 2023-02-16

【中文标题】为啥 static_cast 需要指针或引用？

【英文标题】：Why does static_cast require pointers or references?为什么 static_cast 需要指针或引用？

【发布时间】：2014-04-03 17:10:14

【问题描述】：

我最近遇到了一种情况，我必须使用 static_cast 将父类强制转换为子类，因为我知道对象实例就是那个子类。我是根据 if 条件知道这一点的。

类似这样的：

parent* foo;
child* bar;
if(foo is instance of child class)
   bar = static_cast<child*>(foo)

我的问题是： 为什么 static_cast 总是需要指针？当我尝试使用非指针变量时，这不起作用。 一个例外似乎是原始数据类型。

这是因为每个指针都可以转换为 void* 吗？这就是 static_cast 的工作原理吗？

编辑：我忘了提到它适用于参考。因此，目前提出的问题是错误的。将问题重新定义为“为什么 static_cast 需要指针或引用？”

【问题讨论】：

请举例说明当您“尝试使用非指针变量”时什么不起作用

通常，必须从父级转换为子级是一种代码味道。您可能需要重新考虑您的设计。看看你是否可以使用虚拟成员函数来完成同样的事情。

@Dima 通常代码已经存在多年，因此重新考虑设计需要重写数千行（如果不是数万行）代码。因此，重新思考通常不是一种选择。我遇到了这个确切的问题，即 K_U 的指针和引用可以很好地转换，但是转换非指针变量不会在无法重新考虑或重写的代码上编译。我希望 SO 上的某个人能为这个主题提供一些启示。

@K_U 看看***.com/questions/53294643/…。至少对我有帮助。

【参考方案1】：

为什么 static_cast 总是需要指针？

运算符static_cast 不需要指针，也不需要引用。

C++ 标准 n3337 § 5.2.9/4：

否则，表达式 e 可以显式转换为类型 T 如果声明，则使用 static_cast<T>(e) 形式的 static_cast T t(e);对于一些发明的临时变量t (8.5)，格式正确。 这种显式转换的效果与执行 声明和初始化，然后使用临时 作为转换结果的变量。表达式 e 用作 一个泛左值当且仅当初始化使用它作为泛左值。

parent* foo;
child* bar;
if(foo is instance of child class)
   bar = static_cast<child*>(foo)

当我尝试使用非指针变量时，这不起作用。

例如？你是怎么试过的？ 如果你的意思是

child c;
parent p = static_cast<parent>( c);

然后这称为切片，这意味着p只会从来自父类的c中获取那些数据（父类的对象如何也接收子部分，因为子类是派生父类的补充数据？）。

【讨论】：

不是您引用的static_cast 最有趣的用法，因为这里static_cast 不是实现该功能所必需的。当decltype(e) _(t); 是一个有效的表达式时，一个更有趣的用法是static_cast<T>(e)。

我最喜欢这个答案，因为它引用了标准。如果 OP 仔细阅读，那么他可能会弄清楚为什么他尝试使用静态强制转换失败。

嗨，我尝试了另一种方式...我试图从父实例为子实例分配一个值。

这是没有意义的，因为孩子是比父母“更大”的对象

【参考方案2】：

本质上static_cast<> 总是使用尖括号之间提供的类型创建新的东西。考虑：

class base  int x; ;
class derived: public base  int y; ;

现在下面的代码将无法编译：

base *b;
derived *d = &static_cast<derived>(*b);   // wrong

原因很简单：这段代码尝试创建derived 的新实例并将base 传递给它的构造函数。如果derived 有它的构造函数，它将编译。例如：

class derived: public base

  int y;
  derived(const base &)
;

但现在你有一个临时的，将被立即删除。

显然您不想在这里创建新的derived 实例，而是要访问您的基础所在的派生实例。在执行强制转换时，您需要创建一个引用或指向derived 的指针，而不是它的全新实例。以下将起作用：

derived d;
base *bp = &d;
base &br =  d;
derived &dr = static_cast<derived &>(br);
derived *dp = static_cast<derived *>(bp);

现在dr 和dp 都指向上面相同的d。

【讨论】：

将派生类的继承标记为公有，因为默认情况下是私有的，并且您呈现此代码的方式不起作用（派生类：public base int y; ;)。

【参考方案3】：

原因是：它不是，它可以是指针或引用。这与以下问题有关：

 struct Base
 

 ;


 struct Derived : public Base
 
   int A;
 ;

 //sizeof(Base)==0
 //sizeof(Derived)==4
 Base B;
 Derived X;
 X.A = 10;
 B=X;//what happens to Derived::A? There is no space to put it. This is called slicing.

基本上，您不能在不冒切片风险的情况下使用派生类创建基类的实例。但是引用/指针是另一回事。在这种情况下，您只是在解释指向的内存是如何被解释的。在这种情况下，静态强制转换实际上不执行任何操作！由于 C++ 类的布局方式（有意），从 Base 类继承的所有内容都具有相同的内存布局，从偏移量 0 到 sizeof(Base)。只有在那之后你才能添加派生的东西。

【讨论】：

另外，我要补充一点，每当你必须这样做时，你已经向自己指出了哪里有糟糕的设计！

【参考方案4】：

为什么 static_cast 总是需要指针？

嗯，并非总是如此。正如您所指出的，以下是可能的：

int i = static_cast<int>(3.14);

static_cast 也可以用于在引用之间进行转换，就像使用指针一样。

但是，您必须考虑以下几点：在两种类型之间进行转换时，您可能会丢失信息。假设你有一个类Animal 和另一个类Dog 恰好继承自它。这意味着什么？

Dog d;
Animal a = static_cast<Animal>(d);

您正在从Dog 创建一个Animal，但Dog 的特定信息将被丢弃。这称为切片。

指针之间的转换通常只涉及重新解释内存；底层对象保持不变。

【讨论】：

是的，也可以将 static_cast 与引用一起使用。谢谢。