面试题：C++中如何利用类型转换确保类型安全性

Question

在C++中，有多种类型转换操作符，如static_cast、dynamic_cast、reinterpret_cast和const_cast。请举例说明在什么场景下适合使用static_cast和dynamic_cast来确保类型安全性，并且解释为什么使用它们而不是C风格的类型转换？

Answer 1

static_cast

1. 适合场景：用于基本数据类型之间的转换，以及具有继承关系的类之间的转换（向上转换，即子类指针/引用转换为父类指针/引用）。例如，将int转换为float：

int num = 10;
float f = static_cast<float>(num);

在类继承体系中向上转换：

class Animal {};
class Dog : public Animal {};
Dog dog;
Animal* animalPtr = static_cast<Animal*>(&dog);

2. 原因：static_cast比C风格类型转换更安全，C风格类型转换可以在不同类型之间进行任意转换，包括不相关类型，容易导致难以察觉的错误。而static_cast会在编译期进行类型检查，对于不允许的转换（如不相关类类型之间转换）会报错，提高了类型安全性。

dynamic_cast

1. 适合场景：主要用于在运行时进行类型检查，尤其是在多态类型的继承体系中，将父类指针/引用安全地转换为子类指针/引用。当需要在运行时确定对象的实际类型，并进行向下转换时使用。例如：

class Shape {};
class Circle : public Shape {};
class Rectangle : public Shape {};
Shape* shapePtr = new Circle();
Circle* circlePtr = dynamic_cast<Circle*>(shapePtr);
if (circlePtr) {
    // 转换成功，是Circle类型
} else {
    // 转换失败，不是Circle类型
}

2. 原因：C风格类型转换没有运行时类型检查机制，在进行向下转换时如果类型不匹配会导致未定义行为。dynamic_cast会在运行时检查对象的实际类型，如果转换类型不匹配，返回nullptr（指针转换时）或抛出std::bad_cast异常（引用转换时），从而保证了类型转换的安全性。