洛譯小筑

C++的設計初衷之一就是：確保代碼遠離類型錯誤。從理論上來講，如果你的程序順利通過了編譯，那么它就不會對任何對象嘗試去做任何不安全或無意義的操作。這是一項非常有價值的保證。你不應該輕易放棄它。

然而遺憾的是，轉型擾亂了原本井然有序的類型系統(tǒng)。它可以帶來無窮無盡的問題，一些是顯而易見的，但另一些則是極難察覺的。如果你是一名從C、Java或者C#轉向C++的程序員的話，那么請注意了，因為相對C++而言，轉型在這些語言中更加重要，而且?guī)淼奈ｋU也小得多。但是C++不是C，也不是Java、C#。在C++中，轉型是需要你格外注意的議題。

讓我們從復習轉型的語法開始，因為實現(xiàn)轉型有三種不同但是等價的方式。C風格的轉型是這樣的：

函數(shù)風格轉型的語法如下：

兩者之間在含義上沒有任何的區(qū)別。這僅僅是你把括號放在哪兒的問題。我把這兩種形式稱為“懷舊風格的轉型”。

C++還提供了四種新的轉型的形式（通常稱為“現(xiàn)代風格”或“C++風格”的轉型）：

四者各司其職：

l const_cast通常用來脫去對象的恒定性。C++風格轉型中只有它能做到這一點。

l dynamic_cast主要用于進行“安全的向下轉型”，也就是說，它可以決定一個對象的類型是否屬于某一個特定的類型繼承層次結構中。它是唯一一種懷舊風格語法所無法替代的轉型。它也是唯一一種可能會帶來顯著運行時開銷的轉型。（稍候會具體講解。）

l reinterpret_cast是為底層轉型而特別設置的，這類轉型可能會依賴于實現(xiàn)方式，比如說，將一個指針轉型為一個int值。除了底層代碼以外，要格外注意避免這類轉型。此類轉型在這本書中我只用過一次，而也是在討論如何編寫一個針對未分配內存的調試分配器（參見條目50）用到。

l static_cast可以用于強制隱式轉換（比如說，將一個非const的對象轉換為const對象（就像條目3中一樣），int轉換為double，等等）。它可以用于大多數(shù)這類轉換的逆操作（比如說，void*指針轉換為包含類型的指針，指向基類的指針轉換為指向繼承類的指針），但是它不能進行從const到非const對象的轉型。（只有const_cast可以。）

懷舊風格的轉型在C++中仍然是合法的，但是這里更推薦使用新形式。首先，它們在代碼中更加易于辨認（不僅對人，而且對grep這樣的工具也是如此），對于那些類型系統(tǒng)亂成一團的代碼，這樣做可以減少我們?yōu)轭愋皖^疼的時間。其次，對每次轉型的目的更加細化，使得編譯器主動診斷用法錯誤成為可能。比如說，如果你嘗試通過轉型脫去恒定性的話，你只能使用const_cast，如果你嘗試使用其它現(xiàn)代風格的轉型，你的代碼就不會通過編譯。

需要使用懷舊風格轉型的唯一的一個地方就是：調用一個explicit的構造函數(shù)來為一個函數(shù)傳遞一個對象。比如：

出于某些原因，手動創(chuàng)建一個對象“感覺上”并不類似于一次轉型，所以在這種情況下應更趨向于使用函數(shù)風格的轉型而不是static_cast。同時，由于即使在你寫下的代碼可能會導致核心轉儲時，你仍然會“感覺”你有充足的理由那樣做，因此你可能要忽略你的直覺，自始至終使用現(xiàn)代風格的轉型。

許多程序員相信轉型只是告訴編譯器將一個類型作為另一種來對待，僅此而已，殊不知任何種類的類型轉換（無論是顯式的還是通過編譯器隱式進行的）通常會在運行時引入一些新的需要執(zhí)行的代碼。比如說，在下面的代碼片斷中：

int x向double的轉型幾乎一定要引入新的代碼，因為在絕大多數(shù)架構中，int與double的底層表示模式是不同的。這并不那么令人吃驚，但是下面的示例也許會讓你的眼界更加開闊些：

這里我們創(chuàng)建了一個基類的指針，并讓其指向了一個派生類的對象，但是某些時候，這兩個指針值并不會保持一致。如果真的這樣了，系統(tǒng)會在運行時為Derived*指針應用一個偏移值來取得正確的Base*指針的值。

上文的示例告訴我們：一個單獨的對象（比如一個Derived的對象）可能會擁有一個以上的地址（比如，一個Base*指針指向它的地址和一個Derived*指針指向它的地址）。這件事在C語言中是絕不會發(fā)生的。同樣在Java或C#中均不會發(fā)生。但在C++中的的確確發(fā)生了。實際上，在使用多重繼承時這件事幾乎是必然的，而在單繼承環(huán)境下也有可能發(fā)生。這意味著你應該避免去假設或推定C++放置對象的方式，同時你應該避免基于這樣的假設來進行轉型。比如，如果你將對象地址轉型為char*指針，然后再對其進行指針運算，通常都會使程序陷入未定義行為。

但是請注意，我說過“某些時候”才需要引入偏移值。對象放置的方法、地址計算的方法都是因編譯器而異的。這就意味著，僅僅由于你“知道對象如何放置”，你對在某一個平臺上轉型的做法可能充滿信心，但它在另一些平臺上卻是一錢不值。世界上有許多程序員為此付出了慘痛的代價。

關于轉型的一件有趣事情是：你很容易編寫一些 “看上去正確”的東西，但實際上它們是錯誤的。舉例說，許多應用程序框架需要在派生類中實現(xiàn)一個虛擬成員函數(shù)，并首先讓這些函數(shù)去調用基類中對應的函數(shù)。假設我們有一個Window基類和一個SpecialWindow派生類，兩者都定義了虛函數(shù)onResize。繼續(xù)假設：SpecialWindow的onResize首先會調用Window的onResize。以下是實現(xiàn)方法，它乍看上去是正確的，其實不然：

上面代碼中的轉型操作已經用黑體字標出。（這是一個現(xiàn)代風格的轉型，但是如果使用懷舊風格也不會帶來任何改善。）就像你所預料的那樣，代碼將會將*this轉型為一個Window，因此這里的onResize的調用應該是Window::onResize。而你一定不會預料到，當前對象并沒有調用這一函數(shù)。取而代之的是，轉型過程創(chuàng)建了一個新的，*this中基類部分的一個臨時副本，然后調用這一副本的onResize。上面的代碼將不會調用當前對象的Window::onResize，然后進行對象中的具體到SpecialWindow的動作；而是再對當前對象進行SpecialWindow行為之前，去調用當前對象的基類部分的副本中的Window::onResize。如果Window::onResize希望修改當前對象（這也不是完全不可能，因為onResize是一個非const的成員函數(shù)），實際上當前對象不會受到任何影響。取而代之的是，這一對象的那個副本將會被修改。然而，如果SpecialWindow::onResize希望修改當前對象，當前對象將會被修改，這將導致下面的情景：代碼將會使當前對象處于病態(tài)中——它基類部分的修改沒有進行，而派生類部分的修改卻完成了。

解決方案就是：避免轉型。用你真正需要的操作加以替換。你并不希望欺騙編譯器將一個*this誤識別為一個基類對象；你希望對當前對象調用onResize的基類版本。那么就這樣編寫好了：

這個示例同時告訴我們：如果你發(fā)現(xiàn)你的工作需要進行轉型，那么此處就告訴了你當前的努力方向可能是錯誤的。尤其是在你期望使用dynamic_cast時。

在深入探究dynamic_cast的實現(xiàn)設計方式之前，有必要先了解一下：大多數(shù)dynamic_cast實現(xiàn)的運行速度是非常緩慢的。比如說，至少有一種普遍的實現(xiàn)是通過比較各個類名的字符串。如果你正在針對一個四層深的單一繼承層次結構中的一個對象進行dynamic_cast，那么這種實現(xiàn)方式下，每一次dynamic_cast都會占用四次調用strcmp的時間用于比較類名。顯然地，更深的或者使用多重繼承的層次結構的開銷將會更為顯著。一些實現(xiàn)以這種方式運行也是有它的根據(jù)的（它們這樣做是為了支持動態(tài)鏈接）。在對性能要求較高的代碼中，要在整體上時刻對轉型持謹慎的態(tài)度，你應該特別謹慎地使用dynamic_cast。

一般說來，如果你確信一些對象是派生類的，那么當你對這些對象進行派生類的操作時，你只有一個指針或者一個指向基類的引用能操作這類對象，dynamic_cast將可能派上用場。一般有兩條途徑來避免這一問題。

首先，可以使用容器來保存直接指向派生類對象的指針（通常是智能指針，參見條目13），這樣就無需通過基類接口來操作這些對象。比如說，在我們的Window/SpecialWindow層次結構中，如果只有SpecialWindow支持閃爍效果，我們也許可以這樣做：

這里有更好的解決方案：

當然，在使用這一方案時，在同一容器中放置的Window 派生對象的類型是受到限制的。為了使用更多的Window類型，你可能需要多個類型安全的容器。

一個可行的替代方案是：在基類中提供虛函數(shù)，然后按需配置。這樣對于所有可能的Window派生類型，你都可以通過基類接口來進行操作了。比如說，盡管只有SpecialWindow可以閃爍，但是在基類中聲明這一函數(shù)也是有意義的，可以提供一個默認的實現(xiàn)，但不去做任何事情：

上面的這兩種實現(xiàn)（使用類型安全的容器，或者在層次結構的頂端添加虛函數(shù)）都不是萬能的。但在大多數(shù)情況下，它們是dynamic_cast良好的替代方案。如果你發(fā)現(xiàn)其中一種方案可行，大可以欣然接受。

關于dynamic_cast有一件事情自始至終都要注意，那就是：避免級聯(lián)式使用。就是說要避免類似下面的代碼出現(xiàn)：

這樣的代碼經編譯后得到的可執(zhí)行代碼將是冗長而性能低下的，并且十分脆弱，這是因為每當Window的類層次結構有所改變時，就需要檢查所有這樣的代碼，以斷定它們是否需要更新。（比如說，如果添加了一個新的派生類，上面的級聯(lián)操作中就需要添加一個新的條件判斷分支。）這樣的代碼還是由虛函數(shù)調用的方式取代為好。

優(yōu)秀的C++代碼中使用轉型應該是十分謹慎的，但是一般說來并不是要全盤否定。比如說，前文中的doSomeWork(Widget(15))
中從int向double的轉型，就是一次合理而有用的轉型，盡管它并不是必需的。（代碼可以這樣重寫：聲明一個新的double類型的變量，并且用x的值對其進行初始化。）和其他絕大多數(shù)可以結構一樣，轉型應該盡可能的與其它代碼隔離，典型的方法是將其隱藏在函數(shù)中，這些函數(shù)的的接口就可以防止調用者接觸其內部復雜的操作。

時刻牢記

l 盡可能避免使用轉型，尤其是在對性能敏感的代碼中不要使用動態(tài)轉型dynamic_cast。如果一個設計方案需要使用轉型，要嘗試尋求一條不需要轉型的方案來取代。

l 在必須使用轉型時，要嘗試將其隱藏在一個函數(shù)中。這樣客戶就可以調用這些函數(shù)，而不是在他們自己的代碼中使用轉型。

l 要多用C++風格的轉型，少用懷舊風格的轉型。現(xiàn)代的轉型更易讀，而且功能更為具體化。