static_cast safety

Question

AFAIK，對於指針/引用static_cast，如果類定義此時對編譯器不可見，那麼static_cast的行爲將與reinterpret_cast類似。

爲什麼static_cast對於指針/引用是不安全的並且對數值是安全的？

Answer 1

總之，由於多重繼承。

在長：

#include <iostream> 

struct A { int a; }; 
struct B { int b; }; 
struct C : A, B { int c; }; 

int main() { 
    C c; 
    std::cout << "C is at : " << (void*)(&c) << "\n"; 
    std::cout << "B is at : " << (void*)static_cast<B*>(&c) << "\n"; 
    std::cout << "A is at : " << (void*)static_cast<A*>(&c) << "\n"; 

} 

輸出：

C is at : 0x22ccd0 
B is at : 0x22ccd4 
A is at : 0x22ccd0 

注意的是，爲了正確地轉換爲B *的static_cast了改變指針值。如果編譯器沒有C的類定義，那麼它不會知道B是一個基類，它肯定不知道要應用哪個偏移量。

但在這種情況下沒有定義可見，的static_cast不表現得像reinterpret_cast的，它是被禁止：

struct D; 
struct E; 

int main() { 
    E *p1 = 0; 
    D *p2 = static_cast<D*>(p1); // doesn't compile 
    D *p3 = reinterpret_cast<D*>(p1); // compiles, but isn't very useful 
} 

一個普通的C風格的演員，(B*)(&c)確實你說的話：如果結構的定義C是可見的，表明B是基類，那麼它與static_cast相同。如果類型只是前向聲明的，那麼它與reinterpret_cast相同。這是因爲它被設計爲與C兼容，這意味着它必須做C在C中可能做的事情。

static_cast總是知道如何處理內置類型，這實際上是內置的手段。它可以將int轉換爲float，等等。所以這就是爲什麼它對數字類型總是安全的，但是它不能轉換指針，除非（a）它知道它指向的是什麼，（b）指向類型之間有正確的關係。因此它可以將int轉換爲float，但不能將int*轉換成float*。

由於AndreyT說，還有一個辦法，你可以使用static_cast不安全，編譯器可能不會救你，因爲代碼是合法的：

A a; 
C *cp = static_cast<C*>(&a); // compiles, undefined behaviour 

的事情之一static_cast能做的就是「向下」指向派生類的指針（在這種情況下，C是A的派生類）。但是，如果說實際上並不是派生類，那麼你就註定了。 A dynamic_cast將在運行時執行檢查，但對於我的示例類C，不能使用dynamic_cast，因爲A沒有虛擬功能。

您也可以使用static_cast與void*進行不安全的事情。

Answer 2

不，您的「AFAIK」不正確。 static_cast從不表現爲reinterpret_cast（除非可能在您轉換爲void *時，雖然此轉換通常不應由reinterpret_cast執行）。

首先，當static_cast用於指針或引用的轉換，static_cast的說明書中明確要求有一定的關係類型之間存在（並且是已知的static_cast）。對於班級類型，他們將通過繼承關聯，如static_cast所感知的。如果兩種類型都沒有完全由static_cast這一點來定義，則無法滿足該要求。所以，如果在static_cast這個點上定義是不可見的，代碼根本就不會編譯。

爲了說明上述與例子：static_cast可以使用的冗餘]來執行對象的指針upcasts。該代碼

Derived *derived = /* whatever */; 
Base *base = static_cast<Base *>(derived); 

只有編譯時，下面的代碼是編譯

Base *base(derived); 

併爲此編譯兩種類型的定義必須是可見的。

另外，static_cast可以被用來執行對象指針向下轉換。該代碼

Base *base = /* whatever */; 
Derived *derived = static_cast<Derived *>(base); 

只有編譯時，下面的代碼是編譯

Base *base(derived); // reverse direction 

，並再次爲這個編譯兩種類型的定義必須是可見的。

所以，你根本就無法使用static_cast未定義類型。如果你的編譯器允許的話，這是編譯器中的一個錯誤。

static_cast可以是不安全的用於一個完全不同的原因的指針/引用。 static_cast可以執行對象指針/引用類型的分層向下轉換，而不檢查對象的實際動態類型。 static_cast也可以爲方法指針類型執行分層上傳。使用這些未經檢查的強制轉換的結果可能導致未定義的行爲，如果不謹慎的話。

其次，當static_cast與算術類型一起使用時，語義是完全不同的，並且 與上面沒有任何關係。它只是執行算術類型轉換。只要它們符合你的意圖，它們總是非常安全（除了範圍問題）。實際上，避免使用static_cast進行算術轉換並使用舊的C風格轉換可能是一種很好的編程風格，只是爲了在始終安全的算術轉換和潛在不安全的分層指針/參考轉換之間的源代碼中提供明顯區別。