C++ 静态类型转换和动态类型转换的区别

静态类型转换（static_cast）

• 概念
  • static_cast是C++中的一种类型转换操作符，用于在编译时进行类型转换。它主要用于具有明确的、编译器可以在编译阶段确定的类型转换关系的情况。这种转换通常在相关类型之间进行，例如基本数据类型之间的转换，或者在类层次结构中的向上转换（将派生类指针或引用转换为基类指针或引用）。
• 例子
  • 基本数据类型转换
    • 将int类型转换为double类型：

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

    • 将double类型转换为int类型（会截断小数部分）：

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

  • 类层次结构中的向上转换
    • 假设有基类Base和派生类Derived：

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

• 特点
  • 编译器在编译时进行检查，如果转换不合法（例如转换没有意义或者不符合类型转换规则），会产生编译错误。
  • 对于基本数据类型，它执行的转换类似于隐式类型转换，但更加明确。对于类类型的转换，它不会进行运行时的类型检查，只是简单地进行类型调整。

动态类型转换（dynamic_cast）

• 概念
  • dynamic_cast也是C++中的一种类型转换操作符，主要用于在类的层次结构中进行安全的向下转换（将基类指针或引用转换为派生类指针或引用）。与static_cast不同的是，dynamic_cast在运行时进行类型检查，以确保转换的安全性。
• 例子
  • 假设有基类Base（包含至少一个虚函数以支持运行时多态）和派生类Derived：

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

    • 如果将基类指针实际指向的是基类对象而不是派生类对象，那么dynamic_cast会返回nullptr（对于指针类型）。如果是引用类型的转换失败，则会抛出std::bad_cast异常。例如：

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

• 特点
  • 运行时类型检查增加了程序的安全性，确保在转换时对象的实际类型与转换目标类型相匹配。
  • 由于需要在运行时进行类型检查，会带来一定的性能开销。这种开销主要是因为它需要在对象的虚函数表（vtable）中查找类型信息。

区别

• 检查时间
  • static_cast在编译时进行类型检查，而dynamic_cast在运行时进行类型检查。
• 安全性
  • static_cast在进行类层次结构的转换时，不进行运行时的类型验证，可能会导致不安全的转换。例如，将一个基类指针错误地转换为派生类指针，可能会在后续使用中引发未定义行为。dynamic_cast则通过运行时检查确保转换的安全性。
• 使用场景
  • static_cast适用于编译器能够在编译阶段确定转换合法性的情况，如基本数据类型转换和类层次结构中的向上转换（这种转换通常是安全的，因为派生类对象可以被看作是基类对象的一种特殊情况）。dynamic_cast主要用于在类层次结构中进行向下转换，并且需要在运行时确保转换的正确性。
• 性能
  • 由于dynamic_cast需要在运行时进行类型检查，涉及到虚函数表的查询等操作，所以会有一定的性能开销。而static_cast在编译时就完成了转换操作，没有运行时的额外开销。