20.2. Оператори приведення типів

У мові програмування C++ визначено п'ять операторів приведення типів. Перший оператор (він був описаний вище у цьому навчальному посібнику), вживається у звичайному (традиційному) стилі, був із самого початку вбудований у мові C++. Інші чотири (dynamic_cast, const_cast, reinterpret_cast і static_cast) були додані у мову всього декілька років тому. Ці оператори надають додаткові "важелі керування" характером виконання операцій приведення типу. Розглянемо кожний з них зокрема.

20.2.1. Оператор приведення поліморфних типів dynamic_cast

Оператор dynamic_cast виконує операцію приведення поліморфних типів у процесі виконання програми.

Можливо, найважливішим з нових операторів є оператор динамічного приведення типів dynamic_cast. У процесі виконання програми він перевіряє обґрунтованість пропонованої операції. Якщо у момент його виклику задана операція виявляється неприпустимою, то приведення типів не виконується. Загальний формат застосування оператора dynamic_cast є таким:

dynamic_cast<type> (expr)

У цьому записі елемент type означає новий тип, який є метою виконання цієї операції, а елемент ехрr – вираз, що приводиться до цього нового типу. Тип type повинен бути представленим покажчиком або посиланням, а вираз ехрr повинен приводитися до покажчика або посилання. Таким чином, оператор dynamic_cast можна використовувати для перетворення покажчика одного типу у покажчик іншого або посилання одного типу у посилання іншого.

Цей оператор в основному використовують для динамічного виконання операцій приведення типу серед поліморфних типів. Наприклад, якщо задано поліморфні класи В і D, причому клас D виведений з класу В, то за допомогою оператора dynamic_cast завжди можна перетворити покажчик D* у покажчик В*, оскільки покажчик на базовий клас завжди можна використовувати для вказівки на об'єкт класу, виведеного з базового. Проте оператор dynamic_cast може перетворити покажчик В* у покажчик D* тільки у тому випадку, якщо адресованим об'єктом дійсно є об'єкт класу D. І, взагалі, оператор dynamic_cast буде успішно виконаний тільки за умови, якщо дозволено поліморфне приведення типів, тобто якщо покажчик (або посилання), що приводиться до нового типу, може вказувати (або посилатися) на об'єкт цього нового ти|пу або об'єкт, який є виведеним з нього. Інакше, тобто якщо задану операцію приведення типів виконати не можна, то результат дії оператора dynamic_cast оцінюється як нульовий, якщо у цій операції беруть участь покажчики¹.

Розглянемо простий приклад. Припустимо, що клас Base поліморфний, а клас Derived виведений з класу Base.

Base *bp, B_ob;

Derived *dp, D_ob;

bp = &D_ob; // Присвоєння адреси об'єкта похідного класу

// Покажчик на базовий клас вказує

// на об'єкт класу Derived.

dp = dynamic_cast<Derived *> (bp); // Приведення до покажчика на

// похідний клас дозволено.

if(dp) cout << "Приведення типу пройшло успішно!";

Тут приведення покажчика bp (на базовий клас) до покажчика dp (на похідний клас) успішно виконується, оскільки bp дійсно вказує на об'єкт класу Derived. Тому у процесі виконання цього фрагмента коду програми буде виведено повідомлення:

Приведення типу пройшло успішно!

Але наведений нижче фрагмент коду програми демонструє невдалу спробу зробити операцію приведення типу, оскільки bp насправді вказує на об'єкт класу Base, і неправомірно приводити покажчик на базовий клас до типу покажчика на похідний, якщо адресований ним об'єкт не є насправді об'єктом похідного класу.

bp = &B_ob; // Присвоєння адреси об'єкта базового класу

// Покажчик на базовий клас посилається

// на об'єкт класу Base.

dp = dynamic_cast<Derived *> (bp); // Помилка!

if(!dp) cout << "Приведення типу виконати не вдалося";

Оскільки спроба виконати операцію приведення типу виявилася невдалою, то у процесі виконання цього фрагмента коду програми буде виведено повідомлення:

Приведення типу виконати не вдалося.

У наведеному нижче коді програми демонструються різні ситуації застосування оператора dynamic_cast.

Код програми 20.7. Демонстрація різних ситуацій застосування використання оператора dynamic_cast

#include <iostream> // Для потокового введення-виведення

using namespace std; // Використання стандартного простору імен

class baseClass { // Оголошення базового класу

public:

virtual void fun() { cout << "У класі Base.\n";}

//. . .

};

class Derived: public Base {

public:

void fun() { cout << "У класі Derived.\n";}

};

int main()

{

Base *bp, B_ob;

Derived *dp, D_ob;

dp = dynamic_cast<Derived *> (&D_ob);

if(dp) {

cout << "Приведення типів "

<< "(з Derived * у Derived *) реалізовано.\n";

dp->fun();

}

else

cout << "Помилка\n";

cout << endl;

bp = dynamic_cast<Base *> (&D_ob);

if(bp) {

cout << "Приведення типів "

<< "(з Derived * у Base *) реалізовано.\n";

bp->fun();

}

else

cout << "Помилка\n";

cout << endl;

bp = dynamic_cast<Base *> (&B_ob);

if(bp) {

cout << "Приведення типів "

<< "(з Base * у Base *) реалізовано.\n";

bp->fun();

}

else

cout << "Помилка\n";

cout << endl;

dp = dynamic_cast<Derived *> (&B_ob);

if(dp) cout << "Помилка\n";

else

cout << "Приведення типів "

<< "(з Base * у Derived *) не реалізовано.\n";

cout << endl;

bp = &D_ob; // Присвоєння адреси об'єкта похідного класу

// bp вказує на об'єкт класу Derived

dp = dynamic_cast<Derived *> (bp);

if(dp) {

cout << "Приведення bp до типу Derived *\n"

<< "реалізовано, оскільки bp дійсно\n"

<< "вказує на об'єкт класу Derived.\n";

dp->fun();

}

else

cout << "Помилка\n";

cout << endl;

bp = &B_ob; // Присвоєння адреси об'єкта базового класу

// bp вказує на об'єкт класу Base

dp = dynamic_cast<Derived *> (bp);

if(dp)

cout << "Помилка";

else {

cout << "Тепер приведення bp до типу Derived *\n"

<< "не реалізовано, оскільки bp\n"

<< "насправді вказує на об'єкт класу Base.\n";

}

cout << endl;

dp = &D_ob; // Присвоєння адреси об'єкта похідного класу

// dp вказує на об'єкт класу Derived

bp = dynamic_cast<Base *> (dp);

if(bp) {

cout << "Приведення dp до типу Base * реалізовано.\n";

bp->fun();

}

else

cout << "Помилка\n";

getch(); return 0;

}

Програма відображає на екрані такі результати:

Приведення типів (з Derived * у Derived *) реалізовано.

У класі Derived.

Приведення типів (з Derived * у Base *) реалізовано.

У класі Derived.

Приведення типів (з Base * у Base *) реалізовано.

У класі Base.

Приведення типів (з Base * у Derived *) не реалізовано.

Приведення bp до типу Derived *

реалізовано, оскільки bp дійсно

вказує на об'єкт класу Derived.

У класі Derived.

Тепер приведення bp до типу Derived *

не реалізовано, оскільки bp

насправді вказує на об'єкт класу Base.

Приведення dp до типу Base * реалізовано.

У класі Derived.

Оператор dynamic_cast можна іноді використовувати замість оператора typeid. Наприклад, припустимо, що клас Base – поліморфний і є базовим для класу Derived, тоді у процесі виконання такого фрагмента коду програми покажчику dp буде присвоєно адресу об'єкта, яка адресується покажчиком bp, але тільки у тому випадку, якщо цей об'єкт дійсно є об'єктом класу Derived:

Base *bp;

Derived *dp;

//...

if(typeid(*bp) == typeid(Derived)) dp = (Derived *) bp;

У цьому випадку використовується звичайна операція приведення типів. Тут це цілком безпечно, оскільки настанова if перевіряє законність операції приведення типів за допомогою оператора typeid до її реального виконання. Те ж саме можна зробити ефективніше, замінивши операторів typeid і настанову if оператором

dynamic_cast:

dp = dynamic_cast<Derived *> (bp);

Оскільки оператор dynamic_cast успішно виконується тільки у тому випадку, якщо об'єкт, який піддається операції приведення до типу, вже є об'єктом або заданого типу, або типу, виведеного із заданого, то після завершення цієї настанови покажчик dp міститиме або нульове значення, або покажчик на об'єкт типу Derived. Окрім того, оскільки оператор dynamic_cast успішно виконується тільки у тому випадку, якщо задана операція приведення типів правомірна, то у певних ситуаціях її логіку можна спростити. У наведеному нижче коді програми показано, як оператора typeid можна замінити оператором dynamic_cast. Тут виконується один і той самий набір операцій двічі: спочатку з використанням оператора typeid, а потім – оператора dynamic_cast.

Код програми 20.8. Демонстрація механізму використання оператора dynamic_cast замість оператора typeid

#include <iostream> // Для потокового введення-виведення

#include <typeinfo>

using namespace std; // Використання стандартного простору імен

class baseClass { // Оголошення базового класу

public:

virtual void fun() {}

};

class Derived: public Base {

public:

void derivedOnly() { cout << "Це об'єкт класу Derived.\n";}

};

int main()

{

Base *bp, B_ob;

Derived *dp, D_ob;

// ************************************

// Використання оператора typeid

// ************************************

bp = &B_ob; // Присвоєння адреси об'єкта базового класу

if(typeid(*bp) == typeid(Derived)) {

dp = (Derived *) bp;

dp->derivedOnly();

}

else

cout << "Операції приведення об'єкта типу Base до "

<< " типу Derived не здійснено.\n";

bp = &D_ob; // Присвоєння адреси об'єкта похідного класу

if(typeid(*bp) == typeid(Derived)) {

dp = (Derived *) bp;

dp->derivedOnly();

}

else

cout << "Помилка, приведення типу має "

<< "бути реалізовано!\n";

// ************************************

// Використання оператора dynamic_cast

// ************************************

bp = &B_ob; // Присвоєння адреси об'єкта базового класу

dp = dynamic_cast<Derived *> (bp);

if(dp) dp->derivedOnly();

else

cout << "Операції приведення об'єкта типу Base до "

<< " типу Derived не здійснено.\n";

bp = &D_ob; // Присвоєння адреси об'єкта похідного класу

dp = dynamic_cast<Derived *> (bp);

if(dp) dp->derivedOnly();

else

cout << "Помилка, приведення типу має "

<< "бути реалізовано!\n";

getch(); return 0;

}

Як бачите, використання оператора dynamic_cast спрощує логіку, необхідну для перетворення покажчика на базовий клас у покажчик на похідний клас. Ось як виглядають результати виконання цієї програми:

Операції приведення об'єкта типу Base до типу Derived не здійснено.

Це об'єкт класу Derived. Операції приведення об'єкта типу Base до

типу Derived не здійснено. Це об'єкт класу Derived.

Необхідно пам'ятати! Оператор dynamic_cast можна також використовувати стосовно шаблонних класів.