C++ static_cast 與 dynamic_cast 完整用法指南

背景

C 風格強轉 (Type)expr 在 C++ 中不推薦，因功能混雜、易出錯。C++ 提供四個具名轉換運算符：static_cast、dynamic_cast、const_cast、reinterpret_cast。本文詳解前兩者。

static_cast

語法

static_cast(expr)

用途

1. 類層次向上轉型：子類指針/引用 → 基類指針/引用（**安全**，隱式也可）。
2. 類層次向下轉型：基類指針/引用 → 子類指針/引用（**無運行時檢查，程序員自擔風險**）。
3. 基本類型轉換：int → double、float → int 等。
4. void* → 具體指針：void* → int*（C 中隱式，C++ 需顯式）。
5. 調用顯式構造函數：static_cast(cstr)。

示例

class Base {}; class Derived : public Base {};
Derived* d = new Derived();
Base* b = static_cast(d);        // 向上，安全
Derived* d2 = static_cast(b); // 向下，若 b 真指向 Derived 則安全，否則 UB

int i = 42;
double x = static_cast(i);      // 基本類型
void* p = &i;
int* pi = static_cast(p);         // void* 轉換

dynamic_cast

語法

dynamic_cast(expr)

條件

• Type 必須是**類指針、類引用或 void\***。
• expr 必須是多態類型（即類有虛函數）的指針/引用。
• 運行時檢查對象真實類型，**失敗返回 nullptr（指針）或拋 bad_cast（引用）**。

用途

1. 安全向下轉型：基類指針/引用 → 子類指針/引用，**有運行時類型檢查（RTTI）**。
2. 橫向轉型：多重繼承中兄弟類指針互轉。
3. void* 通用轉換：dynamic_cast(ptr) 返回最派生對象地址。

示例

class Base { virtual ~Base() {} };  // 必須多態
class Derived : public Base {};
Base* b = new Derived();
Derived* d = dynamic_cast(b);  // 成功，非 nullptr
Base* b2 = new Base();
Derived* d2 = dynamic_cast(b2); // 失敗，返回 nullptr

// 引用版本
try {
    Derived& ref = dynamic_cast(*b2); // 拋 bad_cast
} catch (bad_cast&) { /* 處理 */ }

對比總結

最佳實踐

1. 優先用 static_cast，明確類型關係時。
2. 需運行時判斷類型時用 dynamic_cast（配合虛函數）。
3. 避免 reinterpret_cast 除非極低層位操作。
4. 關閉 RTTI（-fno-rtti）可減小體積，但 dynamic_cast 將不可用。