C++中Boost的转换函数

Boost的转换函数是对C++中的四种类型转换函数（const_cast，reinterpret_cast，static_cast，dynamic_cast）的一些补充和扩展，在阅读本文前，请先熟悉C++中的四种类型转换函数相关知识。

polymorphic_cast

C++提供了dynamic_cast来实现运行时的类型转换，但是如果用来转换指针时，需要记得检查返回值（这是很多程序员容易忘掉的地方），否则一旦转换失败，将获得一个NULL指针，无异于给程序埋下了一个定时炸弹。

Boost的polymorphic_cast在dynamic_cast的基础上增加了对返回值的检测，如果转换失败，它就会抛出std::bad_cast异常。其函数体如下：

template <class Target, class Source>
inline Target polymorphic_cast(Source* x BOOST_EXPLICIT_DEFAULT_TARGET)
{
    Target tmp = dynamic_cast<Target>(x);
    if ( tmp == 0 ) throw std::bad_cast();
    return tmp;
}

虽然抛异常增加了开销，但使用起来却更加简单了。

polymorphic_downcast

由于抛出异常会降低程序的效率，而且dynamic_cast更会查询一个type_info结构来确定正确的类型，所以不管是空间上的成本还是时间上的成本，都会大大增加。在一些应用场景中，只需要在编译期间进行类型转换即可。这时我们可以使用static_cast来实现编译期间的类型转换，但static_cast可能导致错误的类型转换：

struct A
{
    virtual ~A(){}
};

class B:public A{};
class C:public A{};

int main()
{
    A *pa = new C();
    B *pb = static_cast<B*>(pa);
}

对于上述程序，虽然pa和pb间没有继承关系，但是这个转换却可以通过，运行时也不会报任何错误，可一旦对pb进行访问，就会得到错误的结果甚至直接导致程序死掉。

polymorphic_downcast就巧妙的解决的这一问题，首先还是先看看它的定义：

template <class Target, class Source>
inline Target polymorphic_downcast(Source* x BOOST_EXPLICIT_DEFAULT_TARGET)
{
    BOOST_ASSERT( dynamic_cast<Target>(x) == x ); // detect logic error
    return static_cast<Target>(x);
}

从它的定义可以看出，在运行Release模式下，它和是static_cast一样的，也就是说它的Release版具有和static_cast一样的开销。但在Debug模式下，它会首先进行一次动态转换，而一旦类型不匹配，就会抛出异常。

在上述程序中，如果用polymorphic_downcast来替换static_cast的话，我们可以先在Debug模式下运行程序，如果有错误的类型转换，将很容易的检测出来。待改正所有的错误后，再发布Release版，这样即没有动态转换造成的开销，又杜绝了错误的类型转换。

boost::numeric_cast

在c++中，我们经常需要把不同类型的数字互相转换，如将一个数字在long和short之间转换。但由于各数字的精度不同，当一个数字从"大"类型到"小"类型就可能导致转换失败，如下所示：

long n1 = 99999999;
short n2 = static_cast<short>(n1);

对于如上转换，n2得到的是一个负数，显然这个不是我们所期望的，并且这种运行时的错误是很难检测的，一旦使用了这个错误的转换后的数据，后果不堪设想。

boost::numeric_cast可以帮助我们解决这一问题，对于上面的转换，boost::numeric_cast会抛出一个boost:: bad_numeric_cast这个异常对象。从而保证转换后值的有效性。上述代码可以改写为如下：

try
{
    long n1 = 99999999;
    short n2 = boost::numeric_cast<short>(n1);
}
catch(boost::bad_numeric_cast&)
{
    std::cout<<"The conversion failed"<<std::endl;
}

numeric_cast是如何知道这样的数字转换失败的呢？numeric_cast合理的应用了std::numeric_limits<>，而std::numeric_limits<>就是内建数字类型的type_tratis。当然也可以将自己定义的数字抽象类型添加到std::numeric_limits<>的特化版本中，这样numeric_cast就可以作用于自定义的类型了。由于相对复杂点，本文是介绍其功能和用法，就不分析其源码了，感兴趣的朋友可以参看boost文档和代码。

对于numeric_cast的使用也是有些要求的。

  • 源类型和目标类型必须都是可拷贝构造的
  • 源类型和目标类型必须都是数字型类型。也就是被std::numeric_limits<>::is_specialized的特化定义为true
  • 源类型必须能被static_cast转换为目标类型

其实对我们用的系统内置的数字来说，这几条都不是限制，只有我们在需要通过它转换自定义的数据类型时，才需要注意，否则编译不通过（其实这个错误还比较好发现和解决）。

boost::lexical_cast

在C/C++程序开发中，往往需要将数字型对象的值转换为字符文本格式，或反之操作。虽然C语言就提供了不少系统函数来进行这种操作，如scanf、atoi等。这些函数小巧简洁，使用很方便，但缺少扩展性。在std中引入了stringstream来以一个通用的方式实现各种转换，但缺少对错误转换的检测。而boost::lexical_cast是在stringstream上的一个扩展，增加了对错误的类型转换的检测：

#include <string>
#include <iostream>
#include <boost/lexical_cast.hpp>

using namespace std;

int main()
{
    try
    {
        int i = 100;
        string str = boost::lexical_cast<string>(i);
        cout<<"The string is:"<<str<<endl;
        str = "error";
        i = boost::lexical_cast<int>(str);
    }
    catch(boost::bad_lexical_cast& exobj)
    {
        cout<<"Convert err:"<<endl;
        cout<<exobj.what()<<endl;
    }
}

在上述转换中，第二个转换从"err"到int的转换是失败的，会抛出一个boost::bad_lexical_cast的异常，从而能帮助我们构造更安全稳定的程序。

boost::lexical_cast内部实现其实也是一个stringstream的封装，其函数简化如下：

template<typename Target,typename Source>
Target lexical_cast(Source arg){
    detail::lexical_stream<Target,Source> interpreter;
    Target result;
    if(!(interpreter<<arg && interpreter>>result))
        throw_exception(bad_lexical_cast(typeid(Target),typeid(Source)));
    return result;
}

其中lexical_stream<>对字符串流做了一系列的包装，主要提供了operator<<(Source)和operator>>(Target)操作，用于判断操作是否成功。

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持我们。

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