C++ static_cast和dynamic_cast区别 C++类型转换安全性深度解析【重难点】

static_cast仅在编译期做信任式转换，不检查运行时类型，适用于数值转换、向上转型等安全场景；dynamic_cast依赖RTTI在运行时验证实际类型，专用于多态类型的向下或横向安全转换。

static_cast 不能检查运行时类型，只做编译期“信任式”转换

static_cast 不会查询对象实际类型，它完全依赖程序员提供的类型信息。只要语法上看起来合理（比如有隐式转换路径、继承关系存在、或指针/引用可静态推导），编译器就放行，哪怕运行时目标对象根本不是你声称的类型。

常见错误现象：static_cast 将基类指针转成派生类指针后，调用派生类特有成员函数导致崩溃或未定义行为；或者把 void* 强转回错误的类型，读写内存越界。

• 适用于：数值类型间转换（int → double）、有明确转换构造函数或 operator T() 的类间转换、向上转型（Derived* → Base*）——这是安全的
• 不适用于：向下转型（Base* → Derived*）且不确定实际类型时
• 性能影响：零开销，编译期完成，无 RTTI 依赖

dynamic_cast 依赖 RTTI，只对多态类型生效，失败时返回 nullptr 或抛异常

dynamic_cast 在运行时通过对象的虚函数表（vtable）查找类型信息，因此要求源类型必须是“多态类型”——即至少有一个虚函数（通常是虚析构函数）。它真正验证了指针/引用所指对象的**实际动态类型**。

使用场景：安全地尝试向下转型，或跨继承体系的横向转换（如从 Base* 转到另一个无关但同为 Base 派生的 OtherDerived*）。

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• 对指针转换失败时返回 nullptr，必须显式判空；对引用转换失败则抛 std::bad_cast
• 若类没虚函数，dynamic_cast 编译直接报错：Error: cannot dynamic_cast ... (source type is not polymorphic)
• 开启 RTTI（通常默认开启）才能用；禁用 RTTI（如 -fno-rtti）会导致 dynamic_cast 不可用

为什么 static_cast 向下转有时“看起来能用”，但仍是危险的

当基类指针恰好指向一个真实 Derived 对象时，static_cast 转换后的指针地址可能“碰巧正确”，成员访问也不立即崩溃——但这只是侥幸。一旦对象实际是 Base 或其他派生类，或内存布局因虚函数增减而变化，行为就完全不可预测。

例如：

Base* b = new Base();  // 注意：不是 Derived Derived* d = static_cast(b);  // 编译通过，但 d 是悬垂指针 d->derived_only_method();  // 未定义行为：可能崩溃、静默错误、数据损坏

• 这种“偶尔工作”的特性让 bug 极难复现和调试
• 即使加了 assert(dynamic_cast(b) != nullptr) 做校验，也不能靠 static_cast 替代——因为校验和转换应是一体的
• 现代 c++ 更倾向用 dynamic_cast + 判空，或重构为避免裸指针向下转型（如用访问者模式、variant）

reinterpret_cast 和 const_cast 不该用来替代它们

看到 static_cast 失败就想换 reinterpret_cast？这是典型误用。reinterpret_cast 完全绕过类型系统，按位重解释内存，连大小都不检查；而 const_cast 只用于移除 const/volatile，不能改变底层类型。

• reinterpret_cast(b) 不是“更激进的 static_cast”，它是彻底放弃类型安全的信号
• 试图用 const_cast 把 const Base* 变成 Derived*，编译器会拒绝：类型不匹配，const_cast 不改类型本身
• 真正需要跨类型解释内存时（如序列化、底层系统编程），应有充分文档和测试，而非当作类型转换兜底方案

C++ 类型转换不是语法糖，而是对内存和对象模型的直接操作。最易被忽略的一点：是否启用 RTTI 不仅影响 dynamic_cast，还决定 typeid 是否可用，以及异常处理中类型捕获的可靠性——这些在嵌入式或性能敏感场景常被关闭，此时 dynamic_cast 失效，就必须提前设计替代机制。