dynamic_cast 转换

来自cppreference.com
< cpp‎ | language


 
C++
 
C++ 语言
 
表达式
概述
字面量
运算符
类型转换
 

沿继承层级向上、向下及侧向，安全地转换到其他类的指针和引用。

语法

dynamic_cast< 目标类型 >( 表达式 )
目标类型 - 指向完整类类型的指针，到完整类类型的引用，或指向（可有 cv 限定的）void 的指针
表达式 - 如果目标类型 是引用，那么是完整类类型的左值 (C++11 前)泛左值 (C++11 起)表达式，如果目标类型 是指针，那么是指向完整类类型的指针纯右值

解释

为描述方便起见，“表达式 或结果是到 T 的引用”表示“它是 T 类型的泛左值”，这遵循 decltype 的约定 (C++11 前)。

只有下列转换在不移除常量性（或易变性）的场合才能用 dynamic_cast 进行。

1) 如果表达式 的类型刚好是目标类型 或目标类型 的更少 cv 限定版本，那么结果是表达式 具有目标类型 类型的值。[1]
2) 如果目标类型 是“到（可有 cv 限定的）Base 的指针”、表达式 的类型是“到（可有 cv 限定的）Derived 的指针”，并且 Base 是 Derived 的基类，那么：
  • 如果表达式 是空指针值，那么结果也是空指针值。
  • 否则，结果是到表达式 指向的 Derived 对象的唯一 Base 子对象 的指针。[2]
3) 如果目标类型 是“到（可有 cv 限定的）Base 的引用”、表达式 的类型是“到（可有 cv 限定的）Derived 的引用”，并且 Base 是 Derived 的基类，那么结果是到表达式 指向的 Derived 对象的唯一 Base 子对象 的引用。[2]
4) 否则，表达式 是指向多态对象的指针或引用。
a) 如果表达式 是指针，那么：
i) 如果表达式 是空指针值，那么结果是目标类型 类型的空指针值。
ii) 否则，如果目标类型 是“到（可有 cv 限定的）void 的指针”，那么结果是指向表达式 所指向的最终派生对象的指针。
iii) 否则，如果表达式 的类型是“到（可有 cv 限定的）U 的指针”，那么表达式 必须指向一个类型与 U 相似 的对象，并且该对象必须在自己的生存期内或者正在构造或析构，否则行为未定义。
b) 如果表达式 的类型是“到（可有 cv 限定的）U 的引用”，那么表达式 必须指代一个类型与 U 相似 的对象，并且该对象必须在自己的生存期内或者正在构造或析构，否则行为未定义。
c) 否则（表达式 指向/指代合适的对象），那么会进行运行时检查以确认表达式 指向/指代的对象是否可以转换到目标类型 指向/指代的类型。
设 C 为目标类型 指向/指代的类类型。运行时检查在逻辑上会按以下方式进行：
i) 在表达式 指向/指代的最终派生对象中，如果表达式 指向/指代某个 C 类型对象的某个公开基类子对象，并且只有一个 C 类型对象从该子对象派生，那么转换结果会指向/指代该 C 类型对象。[3]
ii) 否则，如果表达式 指向/指代某个最终派生对象的公开基类子对象，并且该最终派生对象拥有一个无歧义公开基类 C，那么转换结果会指向/指代该最终派生对象的 C 类型子对象。[4]
iii) 否则，运行时检查失败。
  • 如果目标类型 是指针类型，那么就会返回目标类型 类型的空指针值。
  • 如果目标类型 是引用类型，那么就会抛出一个可以与 std::bad_cast 类型处理块匹配的异常。

当在构造函数或析构函数中（直接或间接地）使用 dynamic_cast，且表达式 指代正在构造/销毁的对象时，该对象被认为是最终派生对象。如果目标类型 不是到构造函数/析构函数自身的类或它的其中一个基类的指针或引用，那么行为未定义。

  1. ↑ 也就是说，dynamic_cast 可以用来添加常量性。隐式转换和 static_cast 也能进行此转换。
  2. ↑ 2.0 2.1 隐式转换和 static_cast 也能进行此转换。
  3. ↑ 也被称为“向下转换”。
  4. ↑ 也被称为“侧向转换”。

与其他转换表达式相似：

  • 当目标类型 是引用类型时，结果是左值。
  • 当目标类型 是指针类型时，结果是右值。
(C++11 前)
  • 当目标类型 是左值引用类型（表达式 必然是左值）时，结果是左值。
  • 当目标类型 是右值引用类型（表达式 是完整类类型，可以是左值或右值 (C++17 前)必然是泛左值（纯右值被实质化） (C++17 起)）时，结果是亡值。
  • 当目标类型 是指针类型时，结果是纯右值。
(C++11 起)

注解

static_cast 也能用来进行向下转换，它不会有运行时检查的开销，但只有在程序（通过某些其他逻辑）能够保证表达式 指向的对象肯定是 Derived 时才是安全的。

某些形式的 dynamic_cast 依赖于运行时类型鉴别，即编译的程序中关于每个多态类的信息。编译器通常有选项禁用此信息。

关键词

dynamic_cast

示例

运行此代码
#include <iostream>
 
struct V
{
    virtual void f() {} // 必须为多态，以使用带运行时检查的 dynamic_cast
};
 
struct A : virtual V {};
 
struct B : virtual V
{
    B(V* v, A* a)
    {
        // 构造中转换（见后述 D 的构造函数中的调用）
        dynamic_cast<B*>(v); // 良好定义：v 有类型 V*，V 是 B 的基类，产生 B*
        dynamic_cast<B*>(a); // 未定义行为：a 有类型 A*，A 不是 B 的基类
    }
};
 
struct D : A, B
{
    D() : B(static_cast<A*>(this), this) {}
};
 
struct Base
{
    virtual ~Base() {}
};
 
struct Derived: Base
{
    virtual void name() {}
};
 
int main()
{
    D d; // 最终派生对象
    A& a = d; // 向上转换，可以用 dynamic_cast，但不是必须的
 
    [[maybe_unused]]
    D& new_d = dynamic_cast<D&>(a); // 向下转换
    [[maybe_unused]]
    B& new_b = dynamic_cast<B&>(a); // 侧向转换
 
    Base* b1 = new Base;
    if (Derived* d = dynamic_cast<Derived*>(b1); d != nullptr)
    {
        std::cout << "成功从 b1 向下转换到 d\n";
        d->name(); // 可以安全调用
    }
 
    Base* b2 = new Derived;
    if (Derived* d = dynamic_cast<Derived*>(b2); d != nullptr)
    {
        std::cout << "成功从 b2 向下转换到 d\n";
        d->name(); // 可以安全调用
    }
 
    delete b1;
    delete b2;
}

输出： 

成功从 b2 向下转换到 d

缺陷报告

下列更改行为的缺陷报告追溯地应用于以前出版的 C++ 标准。

缺陷报告 应用于 出版时的行为 正确行为
CWG 1269 C++11 在目标类型 是右值引用类型时不会为亡值表达式 进行运行时检查 此时会进行运行时检查
CWG 2861 C++98 表达式 可以指向/指代类型不可访问的对象 此时行为未定义

引用

  • C++23 标准（ISO/IEC 14882:2024）：
  • 7.6.1.7 Dynamic cast [expr.dynamic.cast]
  • C++20 标准（ISO/IEC 14882:2020）：
  • 7.6.1.6 Dynamic cast [expr.dynamic.cast]
  • C++17 标准（ISO/IEC 14882:2017）：
  • 8.2.7 Dynamic cast [expr.dynamic.cast]
  • C++14 标准（ISO/IEC 14882:2014）：
  • 5.2.7 Dynamic cast [expr.dynamic.cast]
  • C++11 标准（ISO/IEC 14882:2011）：
  • 5.2.7 Dynamic cast [expr.dynamic.cast]
  • C++98 标准（ISO/IEC 14882:1998）：
  • 5.2.7 Dynamic cast [expr.dynamic.cast]
  • C++03 标准（ISO/IEC 14882:2003）：
  • 5.2.7 Dynamic cast [expr.dynamic.cast]

参阅

来自“https://zh.cppreference.com/mwiki/index.php?title=cpp/language/dynamic_cast&oldid=93430”