内容来自《C++ Primer（第5版）》4.11.3 显示转换、6.4 函数重载、19.2.1 dynamic_cast运算符

1. static_cast

2. const_cast

3. reinterpret_cast

4. dynamic_cast

4.1 指针类型的dynamic_cast

4.2 引用类型的dynamic_cast

C语言的强制类型转换：

(type)expression;

C++的强制类型转换：

cast-name<type>(expression);

其中，type是转换的目标类型而expression是要转换的值。如果type是引用类型，则结果是左值。cast-name是static_cast、dynamic_cast、const_cast和reinterpret_cast中的一种。cast-name指定了执行的是哪种转换。

1. static_cast

任何具有明确定义的类型转换，只要不包含底层const，都可以使用static_cast。例如，通过将一个运算对象强制转换成double类型就能使表达式执行浮点数除法：

// 进行强制类型转换以便执行浮点数除法
double slope = static_cast<double>(j) / i;

当需要把一个较大的算术类型赋值给较小的类型时，static_cast非常有用。此时，强制类型转换告诉程序的读者和编译器：我们知道并且不在乎潜在的精度损失。一般来说，如果编译器发现一个较大的算术类型试图赋值给较小的类型，就会给出警告信息；但是当我们执行了显式的类型转换后，警告信息就会被关闭了。

static_cast对于编译器无法自动执行的类型转换也非常有用。例如，我们可以使用static_cast找回存在于void*指针中的值：

void* p = &d; // ok 任何非常量对象的地址都能存入void*
double* dp = static_cast<double*>(p); // ok 将void*转换回初始的指针类型

当我们把指针存放在void*中，并且使用static_cast将其强制转换回原来的类型时，应该确保指针的值保持不变。也就是说，强制转换的结果将与原始的地址值相等，因此我们必须确保转换后所得的类型就是指针所指的类型。类型一旦不符，将产生未定义的后果。

2. const_cast

const_cast只能改变运算对象的底层const ：

const char* pc;
char* p = const_cast<char*>(pc); // ok 但是通过p写值是未定义的行为

对于将常量对象转换成非常量对象的行为，我们一般称其为“去掉const性质（cast away the const）”。一旦我们去掉了某个对象的const性质，编译器就不再阻止我们对该对象进行写操作了。如果对象本身不是一个常量，使用强制类型转换获得写权限是合法的行为。然而如果对象是一个常量，再使用const_cast执行写操作就会产生未定义的后果。

只有const_cast能改变表达式的常量属性，使用其他形式的命名强制类型转换改变表达式的常量属性都将引发编译器错误。同样的，也不能用const_cast改变表达式的类型：

const char* cp;
char* q = static_cast<char*>(cp); //err static_cast不能转换掉const性质
static_cast<string>(cp);          // ok 字符串字面值转换成string类型
const_cast<string> (cp);          // err const_cast只改变常量属性

const_cast在重载函数的情景中最有用。举个例子，shorterString函数：

// 比较两个string对象的长度，返回较短的那个引用
const string& shorterstring(const string& s1, const string& s2)
{return s1.size() <= s2.size() ? s1 : s2;
}

这个函数的参数和返回类型都是const string的引用。我们可以对两个非常量的string实参调用这个函数，但返回的结果仍然是const string的引用。因此我们需要一种新的shorterstring函数，当它的实参不是常量时，得到的结果是一个普通的引用，使用const_cast可以做到这一点：

string& shorterString(string& s1, string& s2)
{auto& r = shorterString(const_cast<const string&>(s1),const_cast<const string&>(s2));return const_cast<string&>(r);
}

在这个版本的函数中，首先将它的实参强制转换成对const的引用，然后调用了shorterString函数的const版本。const版本返回对const string的引用，这个引用事实上绑定在了某个初始的非常量实参上。因此，我们可以再将其转换回一个普通的string&，这显然是安全的。

3. reinterpret_cast

reinterpret_cast通常为运算对象的位模式提供较低层次上的重新解释。举个例子，假设有如下的转换：

int* ip;
char* pc = reinterpret_cast<char*>(ip);

我们必须牢记pc所指的真实对象是一个int而非字符，如果把pc当成普通的字符指针使用就可能在运行时发生错误。例如：

string str(pc);

可能导致异常的运行时行为。

使用reinterpret_cast是非常危险的，用pc初始化str的例子很好地证明了这一点。其中的关键问题是类型改变了，但编译器没有给出任何警告或者错误的提示信息。当我们用一个int的地址初始化pc时，由于显式地声称这种转换合法，所以编译器不会发出任何警告或错误信息。接下来再使用pc时就会认定它的值是char*类型，编译器没法知道它实际存放的是指向int的指针。最终的结果就是，在上面的例子中虽然用pc初始化str没什么实际意义，甚至还可能引发更糟糕的后果，但仅从语法上而言这种操作无可指摘。查找这类问题的原因非常困难，如果将ip强制转换成pc的语句和用pc初始化string对象的语句分属不同文件就更是如此。

reinterpret_cast本质上依赖于机器。要想安全地使用reinterpret_cast必须对涉及的类型和编译器实现转换的过程都非常了解。

4. dynamic_cast

dynamic_cast运算符（dynamic_cast operator）用于将基类的指针或引用安全地转换成派生类的指针或引用，使用形式如下所示：

dynamic_cast<type*>(e)

dynamic_cast<type&>(e)

dynamic_cast<type&&>(e)

其中，type必须是一个类类型，并且通常情况下该类型应该含有虚函数。在第一种形式中，e必须是一个有效的指针；在第二种形式中，e必须是一个左值；在第三种形式中，e不能是左值。

在上面的所有形式中，e的类型必须符合以下三个条件中的任意一个：e的类型是目标type的公有派生类、e的类型是目标type的公有基类或者e的类型就是目标type的类型。如果符合，则类型转换可以成功。否则，转换失败。如果一条dynamic_cast语句的转换目标是指针类型并且失败了，则结果为0。如果转换目标是引用类型并且失败了，则dynamic_cast运算符将抛出一个bad_cast异常。

4.1 指针类型的dynamic_cast

举个简单的例子，假定Base类至少含有一个虚函数，Derived是Base的公有派生类。如果有一个指向Base的指针bp，则我们可以在运行时将它转换成指向Derived的指针，具体代码如下：

if (Derived* dp = dynamic_cast<Derived*>(bp))
{// 使用dp指向的Derived对象
}
else// bp指向一个Base对象
{// 使用bp指向的Base对象
}

如果bp指向Derived对象，则上述的类型转换初始化dp并令其指向bp所指的Derived对象。此时，if语句内部使用Derived操作的代码是安全的。否则，类型转换的结果为0，dp为О意味着if语句的条件失败，此时else子句执行相应的Base操作。

我们可以对一个空指针执行dynamic_cast，结果是所需类型的空指针。

值得注意的一点是，我们在条件部分定义了dp，这样做的好处是可以在一个操作中同时完成类型转换和条件检查两项任务。而且，指针dp在if语句外部是不可访问的。一旦转换失败，即使后续的代码忘了做相应判断，也不会接触到这个未绑定的指针，从而确保程序是安全的。

在条件部分执行dynamic_cast操作可以确保类型转换和结果检查在同一条表达式中完成。

4.2 引用类型的dynamic_cast

引用类型的dynamic_cast与指针类型的dynamic_cast在表示错误发生的方式上略有不同。因为不存在所谓的空引用，所以对于引用类型来说无法使用与指针类型完全相同的错误报告策略。当对引用的类型转换失败时，程序抛出一个名为std::bad_cast的异常，该异常定义在typeinfo标准库头文件中。

我们可以按照如下的形式改写之前的程序，令其使用引用类型：

void f(const Base& b)
{try{const Derived& d = dynamic_cast<const Derived&>(b); // 使用b引用的Derived对象}catch (bad_cast){// 处理类型转换失败的情况}
}

建议：避免强制类型转换

强制类型转换干扰了正常的类型检查，因此我们强烈建议程序员避免使用强制类型转换。这个建议对于reinterpret_cast尤其适用，因为此类类型转换总是充满了风险。在有重载函数的上下文中使用const_cast无可厚非；但是在其他情况下使用const_cast也就意味着程序存在某种设计缺陷。其他强制类型转换，比如static_cast和dynamic_cast，都不应该频繁使用。每次书写了一条强制类型转换语句，都应该反复斟酌能否以其他方式实现相同的目标。就算实在无法避免，也应该尽量限制类型转换值的作用域，并且记录对相关类型的所有假定，这样可以减少错误发生的机会。