C++类型转换之reinterpret_cast

1万 · 2022-9-15 14:57

除了提供C语言中强制类型转换的一般格式为：

（类型说明符）表达式

实现的功能就是把表达式的值强制转换为类型说明符表示的类型。

例如：

float valueA = 3.0f;

int valueB = (int) valueA;

1万 · 2022-9-15 14:59

C++还提供了四种类型转换方法，分别为

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static_cast<类型说明符>(表达式）

dynamic_cast<类型说明符>(表达式）

const_cast<类型说明符>(表达式）

reinterpret_cast<类型说明符>(表达式）

下面在比较它们的异同时，按照适用范围从窄到宽的顺序介绍，先从使用频率比较低的reinterpret_cast开始，然后依次是const_cast，dynamic_cast，最后介绍static_cast。

1万 · 2022-9-15 15:00

reinterpret_cast
首先从英文字面的意思理解，interpret是“解释，诠释”的意思，加上前缀“re”，就是“重新诠释”的意思；cast在这里可以翻译成“转型”（在侯捷大大翻译的《深度探索C++对象模型》、《Effective C++（第三版）》中，cast都被翻译成了转型），这样整个词顺下来就是“重新诠释的转型”。我们知道变量在内存中是以“…0101…”二进制格式存储的，一个int型变量一般占用32个位（bit)，参考下面的代码

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#include <iostream>

using namespace std;

int main(int argc, char** argv)

{

        int num = 0x00636261;//用16进制表示32位int，0x61是字符'a'的ASCII码

        int * pnum = &num;

        char * pstr = reinterpret_cast<char *>(pnum);

        cout<<"pnum指针的值: "<<pnum<<endl;

        cout<<"pstr指针的值: "<<static_cast<void *>(pstr)<<endl;//直接输出pstr会输出其指向的字符串，这里的类型转换是为了保证输出pstr的值

        cout<<"pnum指向的内容: "<<hex<<*pnum<<endl;

        cout<<"pstr指向的内容: "<<pstr<<endl;

        return 0;

}

在Ubuntu 14.04 LTS系统下，采用g++ 4.8.4版本编译器编译该源文件并执行，得到的输出结果如下：

1万 · 2022-9-15 15:04

第6行定义了一个整型变量num，并初始化为0x00636261（十六进制表示），然后取num的地址用来初始化整型指针变量pnum。接着到了关键的地方，使用reinterpret_cast运算符把pnum从int*转变成char*类型并用于初始化pstr。

将pnum和pstr两个指针的值输出，对比发现，两个指针的值是完全相同的，这是因为“reinterpret_cast 运算符并不会改变括号中运算对象的值，而是对该对象从位模式上进行重新解释”。如何理解位模式上的重新解释呢？通过推敲代码11行和12行的输出内容，就可见一斑。

很显然，按照十六进制输出pnum指向的内容，得到636261；但是输出pstr指向的内容，为什么会得到”abc”呢？

1万 · 2022-9-15 15:05

在回答这个问题之前，先套用《深度探索C++对象模型》中的一段话，“一个指向字符串的指针是如何地与一个指向整数的指针或一个指向其他自定义类型对象的指针有所不同呢？从内存需求的观点来说，没有什么不同！它们三个都需要足够的内存（并且是相同大小的内存）来放置一个机器地址。指向不同类型之各指针间的差异，既不在其指针表示法不同，也不在其内容（代表一个地址）不同，而是在其所寻址出来的对象类型不同。也就是说，指针类型会教导编译器如何解释某个特定地址中的内存内容及其大小。”参考这段话和下面的内存示意图，答案已经呼之欲出了。

使用reinterpret_cast运算符把pnum从int*转变成char*类型并用于初始化pstr后，pstr也指向num的内存区域，但是由于pstr是char*类型的，通过pstr读写num内存区域将不再按照整型变量的规则，而是按照char型变量规则。一个char型变量占用一个Byte，对pstr解引用得到的将是一个字符，也就是’a’。而在使用输出流输出pstr时，将输出pstr指向的内存区域的字符，那pstr指向的是一个的字符，那为什么输出三个字符呢？这是由于在输出char*指针时，输出流会把它当做输出一个字符串来处理，直至遇到’\0’才表示字符串结束。对代码稍做改动，就会得到不一样的输出结果，例如将num的值改为0x63006261,输出的字符串就变为”ab”。

C++类型转换之reinterpret_cast

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