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指针相关

约 605 个字 46 行代码 预计阅读时间 3 分钟

Smart Pointers in Standard Library

在标准库中，有一些原始指针：

  • std::unique_ptr：独占所有权，不能被复制
  • 支持移动操作（std::move），允许将所有权从一个 std::unique_ptr 转移到另一个。当所有权转移后，原 std::unique_ptr 不再指向该对象
  • std::shared_ptr：共享所有权，可以被复制
  • 它内部通过引用计数(reference count) 机制来跟踪有多少个 std::shared_ptr 实例正共享该对象
  • 引用计数：
    • 当一个新的 std::shared_ptr 指向该对象（例如通过拷贝构造或赋值），引用计数会增加
    • 当一个 std::shared_ptr 被销毁或不再指向该对象时，引用计数会减少
  • 自动销毁：只有当最后一个指向对象的 std::shared_ptr 被销毁，使得引用计数降为零时，该对象才会被自动删除
  • std::weak_ptr：不拥有所有权，不能被复制
  • std::auto_ptr：过时的智能指针，不能被复制，在 C++11 中被删除.

static_cast and dynamic_cast

在继承体系下，在继承体系中，从基类向派生类的类型转换方向称为"向下"。

一个很常见的应用就是，我只有一个基类的指针，但是我想判断它到底是指向哪一个派生类（在编译原理实验中我们就有用到）：

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class Animal { virtual ~Animal() {} };
class Dog : public Animal { void bark() {...} };
class Cat : public Animal { void meow() {...} };

void process(Animal* animal) {
    // 需要判断具体是Dog还是Cat
    if (Dog* dog = dynamic_cast<Dog*>(animal)) {
        dog->bark(); // 调用Dog特有方法
    }
}

在此我们特地说明，static_cast 和 dynamic_cast 的区别：

特性 static_cast dynamic_cast
检查时机 编译时检查 运行时检查
安全性 不安全（程序员负责正确性） 安全（失败返回nullptr或抛出异常）
性能开销 无额外开销 有运行时类型检查开销
多态要求 不要求基类有虚函数 要求基类至少有一个虚函数
使用场景 基本类型转换、继承体系内向上/向下转换 主要用于多态类型的向下转换

static_cast 只能用于以下情况：

  • 有继承关系的类（基类 ↔ 派生类）
  • 同一类型的不同cv限定（如 const 转换）
  • 基本类型的显式转换（如 int → double）
  • 用户定义的转换操作符

在使用 dynamic_cast 时，基类必须有虚函数，这是因为 dynamic_cast 需要 RTTI（Run-Time Type Information），而 RTTI 需要虚函数表。

dynamic_cast 只要有虚函数，就不会编译错误，但可能是会返回 nullptr

一个例子

Which code below fails compilation?

A. 

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struct U {};
struct V : public U {};
struct W : public U {};
int main()
{
  U * p = new V;
  W * q = static_cast<W*>(p);
  return q == nullptr;
}

B. 

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struct U { virtual void foo() {} };
struct V : public U {};
struct W {};
int main()
{
  U * p = new V;
  W * q = dynamic_cast<W*>(p);
  return q == nullptr;
}

C.

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struct U { virtual void foo() {} };
struct V : public U {};
struct W : public U {};
int main()
{
  U * p = new V;
  W * q = dynamic_cast<W*>(p);
  return q == nullptr;
}

D. 

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struct U {};
struct V : public U {};
struct W {};
int main()
{
  U * p = new V;
  W * q = static_cast<W*>(p);
  return q == nullptr;
}

Answer: D