C++向下转型的陷阱与dynamic_cast运算符

在《C++向上转型》和《C++多态的概念以及用途》两节中讲到，不管是否存在多态，都可以将基类指针指向派生类对象，这称为向上转型（Upcasting）。而反过来，用派生类指针指向基类对象，称为向下转型（Downcasting）。

向下转型的陷阱

向上转型不会有任何问题，而向下转型默认是不允许的，请看下面的代码：

#include <iostream>
using namespace std;

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

int main(){
    Base *p1 = new Derived;  //向上转型
    Derived *p2 = new Base;  //Compile Error，向下转型
    return 0;
}

如果你一定要向下转型，可以使用强制类型转换，将基类指针强制转换为派生类指针，就不会发生编译错误：

Derived *p2 = (Derived*)new Base;

但这种做法有时候会带来其他问题，请看下面的代码：

#include <iostream>
using namespace std;

//基类A
class A{
public:
    A(int a1, int a2);
    void display();
protected:
    int m_a1;
    int m_a2;
} ;
A::A(int a1, int a2): m_a1(a1), m_a2(a2){ }
void A::display(){ cout<<m_a1<<", "<<m_a2<<endl; }

//派生类B
class B: public A{
public:
    B(int a1, int a2, int b);
    void display();
private:
    int m_b;
};
B::B(int a1, int a2, int b): A(a1, a2), m_b(b){ }
void B::display(){ cout<<m_a1<<", "<<m_a2<<", "<<m_b<<endl; }


int main(){
    B *p = (B*)new A(1, 2);
    p -> display();

    return 0;
}

运行结果：
1, 2, 1947472398

本例中没有虚函数，不存在多态，编译器会根据指针 p 的类型去调用 display() 函数，属于静态绑定。很明显，p 是 B 类的指针，p -> display();最终调用的也是 B 类的函数；不过 p 指向的是 A 类对象，所以p -> display();使用的也是 A 类的成员。

那么现在问题来了，B::display()需要访问 m_b 成员变量，但是 A 类对象不包含 m_b 成员变量，怎么办呢？

我们先来看一下 A 类对象的内存模型：

当调用 display() 函数时，this 指针指向 A 类对象，A 类对象不包含成员变量 b，而编译器不管这些，它不知道这个对象是 A 的还是 B 的，也不知道这个对象包含哪些成员，它只管 this，this 指向哪里就从哪里取值。读取 m_b 时，可以根据 B 类的信息计算出 m_b 的偏移是 8，那么 b 的地址就是(int)this + 8，显然是到 A 类对象的范围之外取值，而这个值一般是垃圾值，没有实际的意义，所以上面的输出结果中会出现1947472398这个奇怪的数字。

dynamic_cast运算符

从上例可以看出，强制向下转型是不安全的，并且在编译期间不容易发现隐患，所以实际开发中很少这样使用，这里仅仅作为教学演示。当继承关系比较复杂，或者搞不清继承关系时，可以使用 dynamic_cast 运算符来保证转型的安全。

dynamic_cast 运算符只允许向上转型，而不允许向下转型。dynamic_cast 只能用在多态中（也就是有虚函数的类），因为它要遍历继承链，确定两个类的“父子关系“。

请看下面的例子：

#include <iostream>
using namespace std;

class A{
public:
    virtual void display(){ cout<<"A::display()"<<endl; }
};

class B: public A{
public:
    void display(){ cout<<"B::display()"<<endl; }
};

int main(){
    B *p1 = dynamic_cast<B *>(new A);
    if(p1){
        p1->display();
    }else{
        cout<<"Base to Derived is error!"<<endl;
    }

    A *p2 = dynamic_cast<A*>(new B);
    if(p2){
        p2->display();
    }else{
        cout<<"Base to Derived is error!"<<endl;
    }

    return 0;
}

运行结果：
Base to Derived is error!
B::display()

dynamic_cast 的使用语法为：

dynamic_cast<目标类型>(变量或表达式);

目标类型只能是指针或引用，下面的用法是错误的：

B obj;
dynamic_cast<A>(obj);

dynamic_cast 转换成功后会返回对象的指针或引用，失败则返回 null，所以可以通过 if 来判断是否转型成功。

读者注意：dynamic_cast 的内部实现要依赖于 RTTI，并且会通过 for 循环来遍历继承链，非常低效，能不用则不用。

C++向下转型的陷阱与dynamic_cast运算符

向下转型的陷阱

dynamic_cast运算符

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