[C++] keyword: static_cast, dynamic_cast, reinterpret_cast, const_cast

1. 설명

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 C의 캐스트 연산자는 변수의 타입을 바꿀 수 있다는 면에서 편리하고 유연한 코드 작성을 도와준다. 하지만 너무 무책임하고 개발자에게 모든 것을 떠넘긴다. C++에서는 좀 더 안전하고 변환 목적에 맞게 골라 쓸 수 있는 4개의 새로운 캐스트 연산자를 제공한다.

 

• static_cast

• reinterpret_cast

• dynamic_cast

• const_cat

 

 

1.1) static_cast

static_cast 연산자는 지정한 타입으로 변경하는데 무조건 변경하는 것이 아니라 논리적으로 변환 가능한 타입만 변환한다.

void main()
{
	const char* str = "korea";
	int* pi;
	double d = 123.456;
	int i;

	i = static_cast<int>(d);                  // 가능
	pi = static_cast<int*>(str);            // 에러
	pi = (int*)str;                          // 가능
}

 실수형의 d를 정수형으로 캐스팅하거나 반대의 경우도 허용된다. 그러나 포인터의 타입을 다른 것으로 변환하는 것은 허용되지 않으며 컴파일 에러로 처리된다.

 

 위험한 캐스트 연산을 컴파일 중에 알려 줌으로써 실수를 방지할 수 있다.

 

class Parent {};
class Child : public Parent {};

void main()
{
	Parent p, * ptrP;
	Child c, * ptrC;
	int i = 1;

	ptrP = static_cast<Parent*>(&c); // 가능
	ptrC = static_cast<Child*>(&p); // 가능하지만 위험
	ptrP = static_cast<Parent*>(&i); // 에러
	ptrC = static_cast<Child*>(&i); // 에러
}

 Parent와 Child는 상속 관계에 있는 클래스다. 상속 관계에 있는 클래스 포인터끼리는 상호 타입 변환할 수 있다. 부모 객체의 번지를 자식 객체의 포인터로 다운 캐스팅(Down casting)하는 것은 위험하지만 static_cast는 실행 중에 타입 체크를 하지 않으므로 이 변환이 위험하다는 것까지는 모르니 일단 허용한다.

 

 

1.2) dynamic_cast

 dynamic_cast는 포인터끼리 혹은 레퍼런스끼리 변환하는데, 반드시 포인터는 포인터로 변환해야 하고 레퍼런스는 레퍼런스로 변환해야 한다. 포인터끼리 변환할 때도 반드시 상속 계층에 속한 클래스끼리만 변환할 수 있다.

 

 dynamic_cast는 static_cast와 달리 부모 자식간을 변환할 때 다운 캐스팅의 경우 무조건 변환을 허용하지 않고 안전하다고 판단될 때만 허용한다.

#include <iostream>

using namespace std;

class Parent
{
public:
    virtual void print_me() { cout << "I am Parent\n"; }
};

class Child : public Parent
{
private:
    int num;

public:

    Child(int anum = 1234) : num(anum) { }
    virtual void print_me() override { cout << "I am Child\n"; }
    void print_num() { cout << "Hello Child = " << num << endl; }
};


void main()
{
    Parent p, * ptrP, * ptrP2;
    Child c, * ptrC, * ptrC2;
    ptrP = &p;
    ptrC = &c;

    ptrP2 = dynamic_cast<Parent*>(ptrC); // 업 캐스팅 - 안전
    ptrC2 = dynamic_cast<Child*>(ptrP2); // 다운 캐스팅 - 경우에 따라 다르다
    cout << "ptrC2 = " << ptrC2 << endl;
    ptrC2 = dynamic_cast<Child*>(ptrP); // 캐스팅 불가능(nullptr)
    cout << "ptrC2 = " << ptrC2 << endl;
}

ptrC2 = 000000E4B9EFFA68
ptrC2 = 0000000000000000

부모 클래스형 포인터가 부모 객체를 가리키고 있는 상황 일 때 자식 클래스형으로의 다운 캐스팅은 안전하지 않은 변환이다. 이런 경우 캐스팅을 허용하지 않고 nullptr을 리턴한다.

 

 dynamic_cast 연산자의 변환 대상 타입들끼리는 상속 관계에 있어야 하고 최소한 하나 이상의 가상 함수를 가져야 한다.

 

 레퍼런스에 대해서도 캐스팅 할 수 있는데 레퍼런스의 경우는 에러에 해당하는 NULL을 리턴할 수 없으므로 bad_cast 예외를 던진다.

  

 

 

1.3) const_cast

 const_cast 캐스트 연산자는 포인터의 상수성만 변경하고 싶을 때 사용한다.

상수 지시 포인터를 비상수 지시 포인터로 잠시 바꾸고 싶을 때 const_cast 연산자를 쓴다.

반대의 경우도 물론 이 연산자를 사용할 수 있겠지만 비 상수 지시 포인터는 상수 지시 포인터로 항상 변환 가능하므로 캐스트 연산자를 쓸 필요가 없다.

#include <iostream>

using namespace std;

void main()
{
    char str[] = "string";
    const char* c1 = str;
    char* c2;

    c2 = const_cast<char*>(c1);
    c2[0] = 'a';
    
    cout << c2 << endl;
}

atring

 상수 지시 포인터 c1은 비 상수 지시 포인터 str을 별다른 제약 없이 대입받을 수 있다.

이렇게 대입받은 포인터를 다른 비상수 지시 포인터 c2에 대입하고자 할 때는 c2=c1으로 바로 대입할 수 없다.

두 포인터의 상수성이 다르며 c1이 가리키는 읽기 전용 값을 c2로 부주의하게 바꿔 버릴 위험이 있기 때문이다.

 

그러나 이 경우 c1이 가리키는 대상(최초 대입받은 str)이 변경 가능한 대상이라는 것을 확실히 알고 있으므로 c1의 상수성만 잠시 무시하면 대입 가능하다. 이때 const_cast 연산자로 c1을 char *로 캐스팅할 수 있다.

 

 

 

1.4) reinterpret_cast

 reinterpret_cast 연산자는 임의의 포인터 타입끼리 변환을 허용하는 상당히 위험한 캐스트 연산자다.

심지어 정수형과 포인터간의 변환도 허용한다. 정수형 값을 포인터 타입으로 바꾸어 절대 번지를 가리키도록 한다거나 할 때 이 연산자를 사용한다.

int *pi;
char *pc;
pi=reinterpret_cast<int *>(12345678);
pc=reinterpret_cast<char *>(pi);

 이 연산자는 포인터 타입간의 변환이나 포인터와 수치형 데이터의 변환에만 사용하며 기본 타입들끼리의 변환에는 사용할 수 없다. 예를 들어 정수형을 실수형으로 바꾸거나 실수형을 정수형으로 바꾸는 것은 허락되지 않는다. 이럴 때는 static_cast 연산자를 사용해야 한다. 

 

 

 

 

2. 참고 및 출처

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http://soen.kr/