【C++ 筆記】型態轉換運算子（Casting Operator）

很感謝你點進來這篇文章。

你好，我並不是什麼 C++、程式語言的專家，所以本文若有些錯誤麻煩請各位鞭大力一點，我極需各位的指正及指導！！本系列文章的性質主要以詼諧的口吻，一派輕鬆的態度自學程式語言，如果你喜歡，麻煩留言說聲文章讚讚吧！

四大運算子

稍後要講的這些運算子都是所謂的顯式轉換，表示有明確的函式去強制轉換資料型態，反之則為隱式轉換，如 10 / 1.0 自動轉成 float。

C-style 的顯式轉換：(int)var。

在 C++ 用 casting operator 取代，也更為安全。

1. static_cast

編譯時才轉換，因此在執行過程中沒有任何的效能開銷。

語法：

1	static_cast <new_type> (exp);

exp：要轉換的資料。

new_type：所需的運算式型態。

The static_cast can be used to convert between related types, such as numeric types or pointers in the same inheritance hierarchy.
From GeeksForGeeks

static_cast 可用在相關型態之間轉換，如：相同繼承層次結構中的數字型態或指標。

相關型態指的是 int, float, double, char 等等這種可以互相轉換的型態，像是 'A' 是 char，但他轉成 ascii 碼後就是一個數字而已，可以轉成 int，數值範圍也處於 int 的合法範圍內。

如下範例就是 double 轉 int：

1 2	double pi = 3.14159; int x = static_cast<int>(pi); // 將 double 轉為 int

註：可使用 typeid() 運算子去檢查當前的資料型態，確認是否真的有轉換，如上範例轉換後，經 typeid() 回傳值應為 i，表示 int。

第二個「繼承層次中基底類別與衍生類的轉換」：

可以將「衍生類指標」轉型為「基類指標」。
或在已知物件實際型態的前提下，反向轉為衍生類指標（需小心）。

有關第二點：

class Base {};
class Derived : public Base {};

Derived d;
Base* b = static_cast<Base*>(&d);  // 衍生類 -> 基類（安全）

若要將 Base* 強制轉為 Derived*，只有在你確信該物件實際上是 Derived 型態時才可行，否則會發生未定義行為（Undefined behavior），這時應使用 dynamic_cast（這東西是另一個 casting operator，稍後介紹）較安全。

2. dynamic_cast

主要用於向下轉型（基類指標 -> 派生類指標）於多型及繼承中。

語法：

1	dynamic_cast <new_type> (exp);

如果轉不了，就回傳 nullptr，或 throws bad_cast 例外處理（對於參考轉換上來說）。

限制：

僅適用於多型（基類需有虛函數）。
執行時帶來額外效能開銷。

範例：

#include <iostream>
using namespace std;

class Animal {
public:
    virtual void speak() {
        cout << "Animal speaks." << endl;
    }
};

class Dog : public Animal {
public:
    void speak() override {
        cout << "Woof! Woof!" << endl;
    }

    void wagTail() {
        cout << "Dog is wagging its tail." << endl;
    }
};

int main() {
    Animal* pet = new Dog();

    // 將 Animal* 轉型為 Dog*
    Dog* dogPtr = dynamic_cast<Dog*>(pet);

    if (dogPtr) {
        dogPtr->speak();     // 呼叫 Dog 的函式
        dogPtr->wagTail();   // 使用 Dog 特有的方法
    } else {
        cout << "轉型失敗，不是 Dog!" << endl;
    }

    delete pet;
    return 0;
}

Output：

1 2	Woof! Woof! Dog is wagging its tail.

3. const_cast

該運算子用於修改變數的 const 或 volatile 修飾子。可讓程式設計師暫時移除物件的 const 性質，並做修改。

在用這個運算子的時候需要很小心，在修改原為 const 的物件時很可能導致未定義行為。

語法：

1	const_cast <new_type> (exp);

範例：

#include <iostream>
using namespace std;

void func(const int* ptr) {
    cout << "原本的值: " << *ptr << endl;

    // const_cast 去除 const 屬性
    int* modifiablePtr = const_cast<int*>(ptr);
    *modifiablePtr = 100;  // 修改值

    cout << "修改後的值: " << *modifiablePtr << endl;
}

int main() {
    int x = 42;
    const int* ptr = &x;

    func(ptr);

    cout << "main 中的 x: " << x << endl;
    return 0;
}

Output：

1
2
3

原本的值: 42
修改後的值: 100
main 中的 x: 100

如果指向的是 const int x = 42;，這樣的 const_cast 修改會造成未定義行為。

因此修改成功的前提是：該物件（x）本身不是 const，只是被 const 指標包起來，這種修改是可行的。

4. reinterpret_cast

該轉換是最不安全的一種，因此在使用上要相當小心（很常實作時會發生未定義行為）。

主要用於彼此無關的型態之間轉換的方法，如在指標、整數、函數指標之間的轉換。不會檢查轉換後的指標是否屬於相同型態。

語法與上面三個都一樣，就不寫了。

範例：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a = 65;
    // 將整數 a 的位址轉型為 char*，再取出內容
    char* ptr = reinterpret_cast<char*>(&a);

    cout << "整數 a 的值為: " << a << endl;
    cout << "reinterpret_cast 後，ptr 指向的 char 值為: " << *ptr << endl;

    return 0;
}