что такое static cast в c
Приведение типов. Наглядное отличие static_cast от dynamic_cast
Доброго времени суток. Очень много статей в интернете о разнице операторов приведения типов, но понимания в данной теме они мне не особо то и не добавили. Пришлось разбираться самому. Хочу поделиться с вами моим опытом на довольно наглядном примере.
Статья рассчитана на тех, кто хочет осознать приведение типов в С++.
Итак, пусть у нас есть такая иерархия наследования:
На картинке изображена иерархия наследования и расположение членов-данных наследников в памяти
Небольшое отступление: почему так важно преобразование типов? Говоря по рабоче-крестьянски, при присваивании объекту типа X объект типа Y, мы должны определить, какое значение будет иметь после присваивания объект типа X.
Начнем с использования static_cast:
Почему таков эффект при выводе значений указателей (значение указателя это адрес, по которому лежит переменная)? Дело в том, что static_cast производит сдвиг указателя.
Рассмотрим на примере:
1. Происходит преобразование типа из C* в D*. Результатом этого есть указатель типа D* (назовем его tempD), который указывает (внимание!) на ту часть в объекте класса C, которая унаследована от класса D. Значение самого pC не меняется!
2. Теперь присваиваем указателю pD значение указателя tempD (всё хорошо, типы одинаковы)
Разумный вопрос: а зачем собственно нужно сдвигать указатель? Говоря по простому, указатель класса D* руководствуется определением класса D. Если бы не произошло смещения, то меняя значения переменных через указатель D, мы бы меняли переменные объекта класса С, которые не относятся к переменным, унаследованным от класса D (если бы указатель pD имел то же значение, что и pC, то при обращении pD->f в действительности мы бы работали с переменной
а).
Промежуточный итог: static_cast при работе с иерархией классов определяет значения указателей так, чтобы обращение к переменным класса через указатель было корректным.
Поговорим о недостатках static_cast. Вернемся к той же иерархии наследования.
Рассмотрим такой код:
Почему pC->f имеет значение отличное от 0? Рассмотрим код по строчкам:
Теперь если мы хотим сделать запись в переменную g через указатель pB (ведь pB полностью уверен что указывает на объект типа B), мы на самом деле запишем данные в переменную f, унаследованную от класса D. Причем указатель pD будет интерпретировать информацию, записанную в переменную f, как float, что мы и видим при выводе через cout.
Как решить такую проблему?
Для этого следует использовать dynamic_cast, который проверяет не только валидность иерархии классов, но и тот факт, что указатель действительно указывает на объект того типа, к которому мы хотим привести.
Для того, чтобы такая проверка была возможна, следует добавить к классам виртуальность (dynamic_cast использует таблицы виртуальных функций, чтобы делать проверку).
Демонстрация решения проблемы, при той же иерархии классов:
Предлагаю запустить код и убедиться, что операция
не получится (потому что pA указывает на объект типа С, что и проверил dynamic_cast и вынес свой вердикт).
Ссылок никаких не привожу, источник — личный опыт.
Еще раз про приведение типов в языке С++ или расстановка всех точек над cast
Этот пост попытка кратко оформить все, что я читал или слышал из разных источников про операторы приведения типов в языке C++. Информация ориентирована в основном на тех, кто изучает C++ относительно недолго и, как мне кажется, должна помочь понять cпецифику применения данных операторов. Старожилы и гуру С++ возможно помогут дополнить или скорректировать описанную мной картину. Всех интересующихся приглашаю под кат.
Приведение типов в стиле языка C (C-style cast)
Приведение типов в стиле языка C может привести выражение любого типа к любому другому типу данных (исключение это приведение пользовательских типов по значению, если не определены правила их приведения, а также приведение вещественного типа к указателю или наоборот). К примеру, unsigned int может быть преобразован к указателю на double. Данный метод приведения типов может быть использован в языке C++. Однако, метод приведения типов в стиле языка C не делает проверки типов на совместимость, как это могут сделать static_cast и dynamic_cast на этапе компиляции и на этапе выполнения соответственно. При этом все, что умеют const_cast и reinterpret_cast данный метод приведения типов делать может.
Общий вид приведения:
, где new_type – новый тип, к которому приводим, а exp – выражение, которое приводится к новому типу.
Т.к. данный оператор не имеет зарезервированного ключевого слова (например, static_cast) найти все места приведения типов в тексте программы будет не очень удобно, если это потребуется.
const_cast
Оператор приведения const_cast удаляет или добавляет квалификаторы const и volatile с исходного типа данных (простые типы, пользовательские типы, указатели, ссылки). Например, был const int, а после преобразования стал int или наоборот. Квалификаторы const и volatile называют cv-квалификаторы (cv-qualifiers). Данные квалификаторы указываются перед именами типов. Как ни трудно догадаться квалификатор const задает константность, т.е. защищает переменную от изменения. Квалификатор volatile говорит о том, что значение переменной может меняться без явного выполнения присваивания. Это обеспечивает защиту от оптимизации компилятором операций с данной переменной.
Общий вид приведения:
Дополнительный пример от пользователя 5nw
reinterpret_cast
Оператор приведения reinterpret_cast используется для приведения несовместимых типов. Может приводить целое число к указателю, указатель к целому числу, указатель к указателю (это же касается и ссылок). Является функционально усеченным аналогом приведения типов в стиле языка С. Отличие состоит в том, что reinterpret_cast не может снимать квалификаторы const и volatile, а также не может делать небезопасное приведение типов не через указатели, а напрямую по значению. Например, переменную типа int к переменной типа double привести при помощи reinterpret_cast нельзя.
Общий вид приведения:
static_cast
Оператор приведения static_cast применяется для неполиморфного приведения типов на этапе компиляции программы. Отличие static_cast от приведения типов в стиле языка C состоит в том, что данный оператор приведения может отслеживать недопустимые преобразования, такие как приведение указателя к значению или наоборот (unsigned int к указателю на double не приведет), а также приведение указателей и ссылок разных типов считается корректным только, если это приведение вверх или вниз по одной иерархии наследования классов, либо это указатель на void. В случае фиксации отклонения от данных ограничений будет выдана ошибка при компиляции программы. При множественном наследовании static_cast может вернуть указатель не на исходный объект, а на его подобъект.
Общий вид приведения:
dynamic_cast
Оператор приведения dynamic_cast применяется для полиморфного приведения типов на этапе выполнения программы (класс считается полиморфным, если в нем есть хотя бы одна виртуальная функция). Если указатель, подлежащий приведению, ссылается на объект результирующего класса или объект класса производный от результирующего то приведение считается успешным. То же самое для ссылок. Если приведение невозможно, то на этапе выполнения программы будет возвращен NULL, если приводятся указатели. Если приведение производится над ссылками, то будет сгенерировано исключение std::bad_cast. Несмотря на то, что dynamic_cast предназначен для приведения полиморфных типов по иерархии наследования, он может быть использован и для обычных неполиморфных типов вверх по иерахии. В этом случае ошибка будет получена на этапе компиляции. Оператор приведения dynamic_cast приводить к указателю на void, но не может приводить указатель на void к другому типу. Способность dynamic_cast приводить полиморфные типы обеспечивается системой RTTI (Run-Time Type Identification), которая позволяет идентифицировать тип объекта в процессе выполнения программы. При множественном наследовании dynamic_cast может вернуть указатель не на исходный объект, а на его подобъект.
Приведение типов
Будучи на конференции Qt Developer Days 2010 я узнал, что одним из самых популярных вопросов на собеседовании в разные зарубежные компании, работающие с Qt библиотекой, является вопрос о различиях в способах приведения типов в C++. Поэтому здесь я рассмотрю основные различия между static_cast, dynamic_cast, const_cast, reinterpret_cast, C-style cast, qobject_cast и qvariant_cast
static_cast преобразует выражения одного статического типа в объекты и значения другого статического типа. Поддерживается преобразование численных типов, указателей и ссылок по иерархии наследования как вверх, так и вниз. Проверка производится на уровне компиляции, так что в случае ошибки сообщение будет получено в момент сборки приложения или библиотеки.
Используется для динамического приведения типов во время выполнения. В случае неправильного приведения типов для ссылок вызывается исключительная ситуация std::bad_cast, а для указателей будет возвращен 0. Использует систему RTTI (Runtime Type Information). Безопасное приведение типов по иерархии наследования, в том числе для виртуального наследования.
Пожалуй самое простое приведение типов. Снимает cv qualifiers — const и volatile, то есть константность и отказ от оптимизации компилятором переменной. Это преобразование проверяется на уровне компиляции и в случае ошибки приведения типов будет выдано сообщение.
Приведение типов без проверки. reinterpret_cast — непосредственное указание компилятору. Применяется только в случае полной уверенности программиста в собственных действиях. Не снимает константность и volatile. применяется для приведения указателя к указателю, указателя к целому и наоборот.
Си-шный метод приведения типов. Пожалуй самый нежелательный способ приведения типов. Страуструп пишет:
«Например, что это значит выражение — x = (T)y;. Мы не знаем. Это зависит от типа T, типов x и y. T может быть названием типа, typedef или может быть параметр template-а. Может быть, х и у являются скалярными переменными и Т представляет собой значение преобразования. Может быть, х объекта класса, производного от класса Y и Т — нисходящее преобразование. По этой причине программист может не знать, что он делает на самом деле.»
Вторая причина нежелательного использования приведения типов в C-style — трудоемкость процесса поиска мест приведения типов.
Приводит объект QObject* к типу TYPE если объект типа объекта TYPE или тип наследует от TYPE иначе возвращает 0. qobject_cast от 0 также дает 0. Необходимое условие. Класс должен наследовать от QObject и содержать в себе макрос Q_OBJECT. Функция ведет себя аналогично стандартному dynamic_cast, но при этом не использует RTTI. Вот как описана данная функция в Qt 4.7.0:
Итак, что тут происходит:
Во-первых если не определены QT_NO_MEMBER_TEMPLATES (определяется только в том случае, если используется версия Microsoft Visual Studio ниже 2002) и QT_NO_QOBJECT_CHECK (определяется в случае использования версии Microsoft Visual Studio ниже 2003), то происходит проверка наличия макроса Q_OBJECT в объявлении класса. И после этого выполняется непосредственно само преобразование — сначала получаем статический объект класса QMetaObject, который называется staticMetaObject, у которого вызывается метод cast, который возвращает const_cast переданного ему объекта, попутно проверяя наследуется ли данный объект от QObject. Далее полученному объекту делается static_cast и возвращается результат.
Приводит объект класса QVariant к нужному классу. Функция аналогична функции qVariantValue.
Рассмотрим, что происходит внутри:
В первой секции кода производится получение идентификатора класса через метасистему Qt. В том случае если класс не зарегистрирован через Q_DECLARE_METATYPE, компиляция кода с приведением к этому типу выдаст ошибку. Далее, если тип объекта, полученный от метасистемы совпадает с типом в значении QVariant, производится reinterpret_cast содержимого объекта, если идентификатор класса не является встроенным типом и его id не совпадает с заложенным в значении QVariant, то возвращается TYPE(). Для случаев, когда мы приводим к встроенному типу, вызывается функция qvariant_cast_helper, которая вызывает в свою очередь функцию convert, адрес которой хранится в структуре Handler. В ней уже осуществляется приведение способом подходящим для типа TYPE. Если конвертация не удалась возвращается объект TYPE()
UPD: Спасибо BaJlepa:
1. const_cast также умеет добавлять cv-квалификаторы
2. для преобразования указателей лучше использовать двойной static_cast через void* вместо reinterpret_cast, потому как такое преобразование позволяет быть уверенным в том, что только pointer-ы участвуют в приведении
Урок №56. Явное преобразование (приведение) типов данных
Обновл. 27 Окт 2021 |
Из предыдущего урока мы уже знаем, что компилятор в определенных случаях выполняет неявное преобразование типов данных. На этом уроке мы рассмотрим использование явной конвертации типов данных.
Зачем использовать явную конвертацию данных?
Когда вы хотите изменить один тип данных на другой, более крупный (по размеру/диапазону), то неявное преобразование является хорошим вариантом.
В случае, когда вы используете литералы (такие как 11 или 3 ), замена одного или обоих целочисленных литералов значением типа с плавающей точкой ( 11.0 или 3.0 ) приведет к конвертации обоих операндов в значения типа с плавающей точкой и выполнится деление типа с плавающей точкой.
Но что будет, если использовать переменные? Например:
Операторы явного преобразования типов данных
В языке C++ есть 5 видов операций явного преобразования типов:
конвертация C-style;
применение оператора static_cast;
применение оператора const_cast;
применение оператора dynamic_cast;
применение оператора reinterpret_cast.
На этом уроке мы рассмотрим конвертацию C-style и оператор static_cast. Оператор dynamic_cast мы будем рассматривать, когда дойдем до указателей и наследования. Применения операторов const_cast и reinterpret_cast следует избегать, так как они полезны только в редких случаях и могут создать немало проблем, если их использовать неправильно.
Правило: Избегайте использования операторов const_cast и reinterpret_cast, если у вас нет на это веских причин.
Конвертация C-style
В программе, приведенной выше, мы используем круглые скобки, чтобы сообщить компилятору о необходимости преобразования переменной i1 (типа int) в тип float. Поскольку переменная i1 станет типа float, то i2 также затем автоматически преобразуется в тип float, и выполнится деление типа с плавающей точкой!
Язык C++ также позволяет использовать этот оператор следующим образом:
Конвертация C-style не проверяется компилятором во время компиляции, поэтому она может быть неправильно использована, например, при конвертации типов const или изменении типов данных, без учета их диапазонов (что может привести к переполнению).
Следовательно, конвертацию C-style лучше не использовать.
Правило: Не используйте конвертацию C-style.
Оператор static_cast
В языке C++ есть еще один оператор явного преобразования типов данных — оператор static_cast. Ранее, на уроке о символьном типе данных char, мы уже использовали оператор static_cast для конвертации переменной типа char в тип int, выводя вместо символа целое число:
Оператор static_cast лучше всего использовать для конвертации одного фундаментального типа данных в другой:
Основным преимуществом оператора static_cast является проверка его выполнения компилятором во время компиляции, что усложняет возможность возникновения непреднамеренных проблем.
Использование операторов явного преобразования в неявном преобразовании
Если вы будете выполнять небезопасные неявные преобразования типов данных, то компилятор будет жаловаться. Например:
Конвертация переменной типа int (4 байта) в тип char (1 байт) потенциально опасна — компилятор выдаст предупреждение. Чтобы сообщить ему, что вы намеренно делаете что-то, что потенциально опасно (но хотите сделать это в любом случае), используйте оператор static_cast:
В следующем случае компилятор будет жаловаться, что конвертация из типа double в тип int может привести к потере данных:
Чтобы сообщить компилятору, что мы сознательно хотим сделать это:
Заключение
Преобразования типов данных следует избегать, если это вообще возможно, поскольку всякий раз, когда выполняется подобное изменение, есть вероятность возникновения непредвиденных проблем. Но очень часто случаются ситуации, когда этого не избежать. Поэтому в таких случаях лучше использовать оператор static_cast вместо конвертации C-style.
В чём разница между явным и неявным преобразованием типов данных?
Ответ
Неявное преобразование происходит, когда компилятор ожидает значение одного типа, но получает значение другого типа.
Явное преобразование происходит, когда программист использует оператор явного преобразования для конвертации значения из одного типа данных в другой.
Поделиться в социальных сетях:
Урок №55. Неявное преобразование типов данных
Комментариев: 14
Вот так нужно использовать конвертацию C-style
…
Правило: Не используйте конвертацию C-style.
)))))
Вон там лежит граната… Но ты её не трогай))
В VS 2019 static_cast == C-style. Компілятором не провіряється я пробував.
Решил просто попробовать, а оно работает.Код ниже выведет 8-битное число в двоичной системе. Не совсем понимаю, bitset о котором говорилось в уроке 46 — это тоже тип данных? Если же нет, то было бы интересно узнать как и почему это работает и что еще можно использовать с оператором static_cast.
Эдуард, это же аутентичная (для ПК) форма хранения данных!
прошло без всяких проблем.
Смотря что Вы подразумеваете под проблемой)
Если под проблемой Вы подразумеваете ошибку компиляции или рантайма, то да, код корректен и должен отработать, так что не удивительно, что оно «прошло без всяких проблем», однако, в действительности, проблема есть. Вам повезло со значениями и 90 делится на 3.6 без остатка, потому имеем 25, но подели Вы 90 на 3.7 (24.32…) или 3.5 (25.71…), или ещё на какое число, данный код выдаст Вам, для 3.7 (24), а для 3.5 (25), хотя остаток есть.
Во второй строке Вы неявно приводите i к типу double при делении, за счёт дробного знаменателя, получаете вещественный результат (по сути, временный rvalue объект, с типом double), который, затем, пытаетесь присвоить переменной, тип которой как был int, так и остался, а, значит, будет произведено приведение вещественного результата к типу int.
Если Вы так и хотели — работать с целочисленным значением, то всё хорошо, в противном же случае стоит сменить тип i, либо, если по какой то причине этого делать не хочется, создать буфер, который будет хранить вещественный результат.
Также, Вашу вторую строчку можно сократить до i /= 3.6;
пользоваться фокусом с числовыми литералами (11.0 / 3.0 или a / 2.0) также крайне не желательно. При некоторых настройках оптимизации такое деление все равно будет произведено в целых числах
В статье же все есть :)))
Часто пользуются фокусом для вещественного деления:
Deep C++. Operation: static_cast
Автор: Robert Schmidt
Microsoft Corporation
Перевод: Igor Sukharev
Источник: MSDN
Опубликовано: 30.09.2002
Исправлено: 13.03.2005
Версия текста: 1.0
Обзор
Как подсказывает название, static_cast преобразует выражения одного статического типа в объекты и значения другого статического типа. В соответствии со стандартом C++ (пункт 5.2.9/1-3):
В противном случае static_cast должен выполнить одно из преобразований, указанных ниже. Никаких других преобразований не должно производиться явно при использовании static_cast.»
Это означает, что static_cast допускается, если:
Примеры
Если даны объявления
то следующие два преобразования
Как уже упоминалось выше, этот пункт определяет ряд исключений из общего правила. Эти исключения допускают преобразования
даже если объекты получаемого типа не могут быть инициализированы значениями исходного типа.
В заключение, два выражения
Первое из них выполнится успешно, тогда как второе – нет. В обоих выражениях осуществляется попытка преобразовать указатель на переменную типа float в указатель на переменную типа int. Однако второе выражение также убирает спецификатор const, что не допускается стандартом. Второе преобразование можно осуществить более обычным способом
Неявное приведение типа
Пункт 5.2.9/1 допускает преобразование
также является допустимой – т.е. если прямая инициализация возможна без приведения типа. Следовательно, объявления
являются эквивалентными. Вам может показаться странным, что язык допускает такое избыточное приведение типа, т.к. оно ухудшает код без добавления какой-либо новой возможности.
Я же считаю полезным указывать все преобразования типов явным образом, даже когда это не необходимо. Преобразования типов опасны, вне зависимости от того, допускаются ли они неявно правилами языка, либо явно — операторами преобразования типа и конструкторами. Если вы будете прилежно выделять таким образом все преобразования типов, то сможете легче выявлять потенциальные источники проблем в дальнейшем.
Кто-то предлагал комитету стандартизации C++ добавить пятый оператор приведения типов ( implicit_cast ) для выделения преобразований, которые язык допускает и без этого. Комитет отклонил это предложение, возможно потому, что шаблон
Если вам не нравится писать static_cast там, где не требуется явного приведения типа, подумайте над добавлением implicit_cast в вашу библиотеку и используйте его там, где возможно.
Явное приведение типа
К типу void
В соответствии со стандартом, любой тип выражения может быть преобразован к типу void с cv- квалификацией.
Это правило допускает все следующие выражения:
Для начала рассмотрим шаблон
Если вы инстанциируете шаблон функцией
в результате будет создана специализация
Другой возможной мотивацией для static_cast служит явное игнорирование побочных эффектов выражения. Если вы вызываете функцию
без использования возвращаемого значения функции, то программисты, сопровождающие код в дальнейшем, будут гадать: собирались ли вы использовать возвращаемое значение, но случайно этого не сделали, или нет. Если же вы явно отбросите возвращаемое значение таким образом
то другие программисты смогут быть более уверенными в ваших намерениях.
Базовый тип к ссылке производного типа
Если даны следующие типы
то стандарт позволяет явное преобразование
Хотя это приведение является допустимым, оно может привести к неприятностям. Рассмотрим похожий пример
Стандарт перечисляет другие ограничения времени компиляции на это преобразование:
Инверсия стандартных преобразований
Статья 4 стандарта перечисляет множество неявных стандартных преобразований:
Большинство этих преобразований адаптированы из C,и должны быть хорошо вам знакомы. Поскольку преобразования неявные, то они могут осуществляться без какого-либо явного указания о приведении типа. Например
static_cast позволяет вам обратить эти преобразования, заставляя некоторые из них осуществляться противоположным образом. В частности, static_cast может обращать стандартные преобразования интегрального типа и типа с плавающей точкой, указателей и указателей на члены. В примере
использование static_cast «подавляет» стандартные правила преобразований, вызывая преобразование, иначе невозможное.
static_cast также позволяет проводить обратные преобразования из:
Эти преобразования приводят к неопределенному поведению, если:
Заметьте, что static_cast не обращает все неявные преобразования. В частности, static_cast не может преобразовать из:
Вы можете принудительно выполнить некоторые из этих преобразований с помощью других способов приведения типа. Остальные обращенные преобразования — такие как преобразование указателя обратно в массив — не могут быть выполнены никаким видом приведения типа.
Альтернатива нисходящему приведению типа
Хотя я и не рассматриваю dynamic_cast в этой статье, я хотел бы упомянуть его в качестве альтернативы static_cast для нисходящего приведения типа. Принципиальным преимуществом dynamic_cast является то, что ваша программа проверяет ваше предположение во время исполнения. Если (предположительно) производная сущность в действительности не является объектом производного типа, то dynamic_cast либо вернет NULL (при преобразовании указателей), либо выбросит исключение (при преобразовании ссылок).
Я собираюсь подробно рассмотреть оператор dynamic_cast и ассоциированную с ним идентификацию типов во время выполнения (RTTI — Run-Time Type Identification) в будущих статьях.