static_cast safety

Question

AFAIK，对于指针/引用static_cast，如果类定义此时对编译器不可见，那么static_cast的行为将与reinterpret_cast类似。

为什么static_cast对于指针/引用是不安全的并且对数值是安全的？

Answer 1

总之，由于多重继承。

在长：

#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"; 

} 

输出：

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

注意的是，为了正确地转换为B *的static_cast了改变指针值。如果编译器没有C的类定义，那么它不会知道B是一个基类，它肯定不知道要应用哪个偏移量。

但在这种情况下没有定义可见，的static_cast不表现得像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 
} 

一个普通的C风格的演员，(B*)(&c)确实你说的话：如果结构的定义C是可见的，表明B是基类，那么它与static_cast相同。如果类型只是前向声明的，那么它与reinterpret_cast相同。这是因为它被设计为与C兼容，这意味着它必须做C在C中可能做的事情。

static_cast总是知道如何处理内置类型，这实际上是内置的手段。它可以将int转换为float，等等。所以这就是为什么它对数字类型总是安全的，但是它不能转换指针，除非（a）它知道它指向的是什么，（b）指向类型之间有正确的关系。因此它可以将int转换为float，但不能将int*转换成float*。

由于AndreyT说，还有一个办法，你可以使用static_cast不安全，编译器可能不会救你，因为代码是合法的：

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”指向派生类的指针（在这种情况下，C是A的派生类）。但是，如果说实际上并不是派生类，那么你就注定了。 A dynamic_cast将在运行时执行检查，但对于我的示例类C，不能使用dynamic_cast，因为A没有虚拟功能。

您也可以使用static_cast与void*进行不安全的事情。

Answer 2

不，您的“AFAIK”不正确。 static_cast从不表现为reinterpret_cast（除非可能在您转换为void *时，虽然此转换通常不应由reinterpret_cast执行）。

首先，当static_cast用于指针或引用的转换，static_cast的说明书中明确要求有一定的关系类型之间存在（并且是已知的static_cast）。对于班级类型，他们将通过继承关联，如static_cast所感知的。如果两种类型都没有完全由static_cast这一点来定义，则无法满足该要求。所以，如果在static_cast这个点上定义是不可见的，代码根本就不会编译。

为了说明上述与例子：static_cast可以使用的冗余]来执行对象的指针upcasts。该代码

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

只有编译时，下面的代码是编译

Base *base(derived); 

并为此编译两种类型的定义必须是可见的。

另外，static_cast可以被用来执行对象指针向下转换。该代码

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

只有编译时，下面的代码是编译

Base *base(derived); // reverse direction 

，并再次为这个编译两种类型的定义必须是可见的。

所以，你根本就无法使用static_cast未定义类型。如果你的编译器允许的话，这是编译器中的一个错误。

static_cast可以是不安全的用于一个完全不同的原因的指针/引用。 static_cast可以执行对象指针/引用类型的分层向下转换，而不检查对象的实际动态类型。 static_cast也可以为方法指针类型执行分层上传。使用这些未经检查的强制转换的结果可能导致未定义的行为，如果不谨慎的话。

其次，当static_cast与算术类型一起使用时，语义是完全不同的，并且 与上面没有任何关系。它只是执行算术类型转换。只要它们符合你的意图，它们总是非常安全（除了范围问题）。实际上，避免使用static_cast进行算术转换并使用旧的C风格转换可能是一种很好的编程风格，只是为了在始终安全的算术转换和潜在不安全的分层指针/参考转换之间的源代码中提供明显区别。