C++ Boost Conversion超详细讲解

一、说明

Boost.Conversion 在头文件 boost/cast.hpp 中定义了转换运算符 boost::polymorphic_cast 和 boost::polymorphic_downcast。它们旨在更精确地处理类型转换——通常使用 dynamic_cast 完成。

库由两个文件组成。分别在boost/cast.hpp文件中定义了boost::polymorphic_cast和boost::polymorphic_downcast这两个类型转换操作符, 在boost/lexical_cast.hpp文件中定义了boost::lexical_cast。

二、示例和代码

boost::polymorphic_cast和boost::polymorphic_downcast是为了使原来用dynamic_cast实现的类型转换更加具体。具体细节，如下例所示。

struct father 
{ 
  virtual ~father() { }; 
}; 
struct mother 
{ 
  virtual ~mother() { }; 
}; 
struct child : 
  public father, 
  public mother 
{ 
}; 
void func(father *f) 
{ 
  child *c = dynamic_cast<child*>(f); 
} 
int main() 
{ 
  child *c = new child; 
  func(c); 
  father *f = new child; 
  mother *m = dynamic_cast<mother*>(f); 
} 

本例使用dynamic_cast类型转换操作符两次: 在func()函数中，它将指向父类的指针转换为指向子类的指针。在main()中, 它将一个指向父类的指针转为指向另一个父类的指针。第一个转换称为向下转换(downcast)，第二个转换称为交叉转换(cross cast)。

通过使用 Boost.Conversion 的类型转换操作符，可以将向下转换和交叉转换区分开来。

#include <boost/cast.hpp> 
struct father 
{ 
  virtual ~father() { }; 
}; 
struct mother 
{ 
  virtual ~mother() { }; 
}; 
struct child : 
  public father, 
  public mother 
{ 
}; 
void func(father *f) 
{ 
  child *c = boost::polymorphic_downcast<child*>(f); 
} 
int main() 
{ 
  child *c = new child; 
  func(c); 
  father *f = new child; 
  mother *m = boost::polymorphic_cast<mother*>(f); 
} 

boost::polymorphic_downcast
 类型转换操作符只能用于向下转换。 它内部使用 
static_cast
 实现类型转换。 由于 
static_cast
 并不动态检查类型转换是否合法，所以 
boost::polymorphic_downcast
 应该只在类型转换是安全的情况下使用。 在调试(debug builds)模式下, 
boost::polymorphic_downcast
 实际上在 
assert ()
函数中使用
 dynamic_cast
 验证类型转换是否合法。 请注意这种合法性检测只在定义了
NDEBUG
宏的情况下执行，这通常是在调试模式下。

向下转换最好使用boost::polymorphic_downcast, 那么boost::polymorphic_cast就是交叉转换所需要的了。 由于dynamic_cast是唯一能实现交叉转换的类型转换操作符，boost::polymorphic_cast内部使用了它。 由于boost::polymorphic_cast能够在错误的时候抛出std::bad_cast类型的异常，所以优先使用这个类型转换操作符还是很有必要的。相反，dynamic_cast在类型转换失败使将返回0。 避免手工验证返回值，boost::polymorphic_cast提供了自动化的替代方式。

boost::polymorphic_downcast和boost::polymorphic_cast只在指针必须转换的时候使用；否则，必须使用dynamic_cast执行转换。 由于boost::polymorphic_downcast是基于static_cast，所以它不能够，比如说，将父类对象转换为子类对象。 如果转换的类型不是指针，则使用boost::polymorphic_cast执行类型转换也没有什么意义，而在这种情况下使用dynamic_cast还会抛出一个std::bad_cast异常。

虽然所有的类型转换都可用dynamic_cast实现，可boost::polymorphic_downcast和boost::polymorphic_cast也不是真正随意使用的。 Boost.Conversion 还提供了另外一种在实践中很有用的类型转换操作符。 体会一下下面的例子。

#include <boost/lexical_cast.hpp> 
#include <string> 
#include <iostream> 
int main() 
{ 
  std::string s = boost::lexical_cast<std::string>(169); 
  std::cout << s << std::endl; 
  double d = boost::lexical_cast<double>(s); 
  std::cout << d << std::endl; 
} 

类型转换操作符boost::lexical_cast可将数字转换为其他类型。 例子首先将整数169转换为字符串，然后将字符串转换为浮点数。

boost::lexical_cast内部使用流(streams)执行转换操作。 因此，只有那些重载了operator<<()和operator>>()这两个操作符的类型可以转换。 使用boost::lexical_cast的优点是类型转换出现在一行代码之内，无需手工操作流(streams)。 由于流的用法对于类型转换不能立刻理解代码含义, 而boost::lexical_cast类型转换操作符还可以使代码更有意义，更加容易理解。

请注意boost::lexical_cast并不总是访问流(streams)；它自己也优化了一些数据类型的转换。

如果转换失败，则抛出boost::bad_lexical_cast类型的异常，它继承自std::bad_cast。

#include <boost/lexical_cast.hpp> 
#include <string> 
#include <iostream> 
int main() 
{ 
  try 
  { 
    int i = boost::lexical_cast<int>("abc"); 
    std::cout << i << std::endl; 
  } 
  catch (boost::bad_lexical_cast &e) 
  { 
    std::cerr << e.what() << std::endl; 
  } 
} 

三、更多示例代码

本例由于字符串 "abc" 不能转换为int类型的数字而抛出异常。

示例 54.1。使用 dynamic_cast 向下和交叉投射

struct base1 { virtual ~base1() = default; };
struct base2 { virtual ~base2() = default; };
struct derived : public base1, public base2 {};
void downcast(base1 *b1)
{
  derived *d = dynamic_cast<derived*>(b1);
}
void crosscast(base1 *b1)
{
  base2 *b2 = dynamic_cast<base2*>(b1);
}
int main()
{
  derived *d = new derived;
  downcast(d);
  base1 *b1 = new derived;
  crosscast(b1);
}

Example54.1

示例 54.1 两次使用了转换运算符 dynamic_cast：在 downcast() 中，它将指向基类的指针转换为指向派生类的指针。在 crosscast() 中，它将指向基类的指针转换为指向不同基类的指针。第一个转换是向下转换，第二个转换是交叉转换。 Boost.Conversion 中的转换运算符让您可以区分向下转换和交叉转换。

示例 54.2。使用 polymorphic_downcast 和 polymorphic_cast 进行向下和交叉转换

#include <boost/cast.hpp>
struct base1 { virtual ~base1() = default; };
struct base2 { virtual ~base2() = default; };
struct derived : public base1, public base2 {};
void downcast(base1 *b1)
{
  derived *d = boost::polymorphic_downcast<derived*>(b1);
}
void crosscast(base1 *b1)
{
  base2 *b2 = boost::polymorphic_cast<base2*>(b1);
}
int main()
{
  derived *d = new derived;
  downcast(d);
  base1 *b1 = new derived;
  crosscast(b1);
}

boost::polymorphic_downcast（参见示例 54.2）只能用于向下转型，因为它使用 static_cast 来执行转换。因为 static_cast 不会动态检查转换的有效性，boost::polymorphic_downcast 必须仅在转换安全时使用。在调试版本中，boost::polymorphic_downcast 使用 dynamic_cast 和 assert() 来确保类型转换有效。只有在未定义宏 NDEBUG 时才会执行此测试，这通常是调试版本的情况。

boost::polymorphic_cast 是交叉转换所必需的。 boost::polymorphic_cast 使用 dynamic_cast，它是唯一可以执行交叉转换的转换运算符。最好使用 boost::polymorphic_cast 而不是 dynamic_cast，因为前者在出现错误时抛出 std::bad_cast 类型的异常，而 dynamic_cast 在类型转换失败时返回空指针。

仅使用 boost::polymorphic_downcast 和 boost::polymorphic_cast 来转换指针；否则，使用 dynamic_cast。因为 boost::polymorphic_downcast 是基于 static_cast 的，所以它不能将基类的对象转换为派生类的对象。此外，使用 boost::polymorphic_cast 转换指针以外的类型没有意义，因为如果转换失败，dynamic_cast 将抛出 std::bad_cast 类型的异常。