为了理解，让我们考虑下面的代码片段：

struct Foo{};
struct Bar{};

int main(int argc, char** argv)
{
    Foo* f = new Foo;

    Bar* b1 = f;                              // (1)
    Bar* b2 = static_cast<Bar*>(f);           // (2)
    Bar* b3 = dynamic_cast<Bar*>(f);          // (3)
    Bar* b4 = reinterpret_cast<Bar*>(f);      // (4)
    Bar* b5 = const_cast<Bar*>(f);            // (5)

    return 0;
}

只有第（4）行编译没有错误。只能使用reinterpret_cast将指向对象的指针转换为指向任何无关对象类型的指针。

需要注意的一点是：dynamic_cast在运行时会失败，但在大多数编译器上，它也会编译失败，因为被转换的指针的结构中没有虚拟函数，这意味着dynamic_cast只能与多态类指针一起工作。

何时使用C++转换：

使用static_cast等效于进行值转换的C样式转换，或者当我们需要将指针从类显式上转换到其超类时。使用const_cast删除const限定符。使用reinterpret_cast执行指针类型与整数和其他指针类型之间的不安全转换。只有当我们知道自己在做什么并且了解别名问题时，才能使用此选项。

除了到目前为止的其他答案之外，这里有一个不明显的例子，其中static_cast不够，因此需要重新解释cast。假设有一个函数在输出参数中返回指向不同类（不共享公共基类）对象的指针。此类函数的一个真实示例是CoCreateInstance（）（请参阅最后一个参数，实际上是void**）。假设您从这个函数中请求特定的对象类，这样您就可以提前知道指针的类型（这通常是针对COM对象的）。在这种情况下，不能使用static_cast将指向指针的指针转换为void**：您需要重新解释cast＜void**＞（&yourPointer）。

在代码中：

#include <windows.h>
#include <netfw.h>
.....
INetFwPolicy2* pNetFwPolicy2 = nullptr;
HRESULT hr = CoCreateInstance(__uuidof(NetFwPolicy2), nullptr,
    CLSCTX_INPROC_SERVER, __uuidof(INetFwPolicy2),
    //static_cast<void**>(&pNetFwPolicy2) would give a compile error
    reinterpret_cast<void**>(&pNetFwPolicy2) );

但是，static_cast适用于简单指针（而不是指向指针的指针），因此可以通过以下方式重写上述代码以避免重新解释cast（代价是额外的变量）：

#include <windows.h>
#include <netfw.h>
.....
INetFwPolicy2* pNetFwPolicy2 = nullptr;
void* tmp = nullptr;
HRESULT hr = CoCreateInstance(__uuidof(NetFwPolicy2), nullptr,
    CLSCTX_INPROC_SERVER, __uuidof(INetFwPolicy2),
    &tmp );
pNetFwPolicy2 = static_cast<INetFwPolicy2*>(tmp);

使用dynamic_cast转换继承层次结构中的指针/引用。对普通类型转换使用static_cast。使用reinterpret_cast对位模式进行低级重新解释。使用时要格外小心。使用const_cast丢弃const/vatile。避免这种情况，除非您使用的是常量错误的API。

下播/上播上的staticcast vs dynamiccast vs reinterpret_cast内部视图

在这个答案中，我想在一个具体的上/下转换示例中比较这三种机制，并分析底层指针/内存/程序集的情况，以具体了解它们的比较方式。

我相信，这将给我们一个很好的直觉，说明这些演员的不同之处：

staticcast：在运行时执行一个地址偏移（低运行时影响），并且没有安全检查下变频是否正确。dyanamic_cast：在运行时执行与static_cast相同的地址偏移，但也使用RTTI进行昂贵的安全检查，以确保下变频正确。此安全检查允许您在运行时通过检查nullptr的返回来查询基类指针是否为给定类型，该返回指示无效的下变频。因此，如果您的代码无法检查该nullptr并采取有效的非中止操作，那么应该只使用static_cast而不是动态强制转换。如果中止是代码可以执行的唯一操作，那么您可能只想在调试版本（-NEDBUG）中启用dynamic_cast，否则使用static_cast，例如，如这里所做的，以不减慢快速运行。reinterprecast:在运行时不执行任何操作，甚至不执行地址偏移。指针必须精确指向正确的类型，即使基类也无法工作。除非涉及原始字节流，否则通常不需要这样做。

考虑以下代码示例：

主.cpp

#include <iostream>

struct B1 {
    B1(int int_in_b1) : int_in_b1(int_in_b1) {}
    virtual ~B1() {}
    void f0() {}
    virtual int f1() { return 1; }
    int int_in_b1;
};

struct B2 {
    B2(int int_in_b2) : int_in_b2(int_in_b2) {}
    virtual ~B2() {}
    virtual int f2() { return 2; }
    int int_in_b2;
};

struct D : public B1, public B2 {
    D(int int_in_b1, int int_in_b2, int int_in_d)
        : B1(int_in_b1), B2(int_in_b2), int_in_d(int_in_d) {}
    void d() {}
    int f2() { return 3; }
    int int_in_d;
};

int main() {
    B2 *b2s[2];
    B2 b2{11};
    D *dp;
    D d{1, 2, 3};

    // The memory layout must support the virtual method call use case.
    b2s[0] = &b2;
    // An upcast is an implicit static_cast<>().
    b2s[1] = &d;
    std::cout << "&d           " << &d           << std::endl;
    std::cout << "b2s[0]       " << b2s[0]       << std::endl;
    std::cout << "b2s[1]       " << b2s[1]       << std::endl;
    std::cout << "b2s[0]->f2() " << b2s[0]->f2() << std::endl;
    std::cout << "b2s[1]->f2() " << b2s[1]->f2() << std::endl;

    // Now for some downcasts.

    // Cannot be done implicitly
    // error: invalid conversion from ‘B2*’ to ‘D*’ [-fpermissive]
    // dp = (b2s[0]);

    // Undefined behaviour to an unrelated memory address because this is a B2, not D.
    dp = static_cast<D*>(b2s[0]);
    std::cout << "static_cast<D*>(b2s[0])            " << dp           << std::endl;
    std::cout << "static_cast<D*>(b2s[0])->int_in_d  " << dp->int_in_d << std::endl;

    // OK
    dp = static_cast<D*>(b2s[1]);
    std::cout << "static_cast<D*>(b2s[1])            " << dp           << std::endl;
    std::cout << "static_cast<D*>(b2s[1])->int_in_d  " << dp->int_in_d << std::endl;

    // Segfault because dp is nullptr.
    dp = dynamic_cast<D*>(b2s[0]);
    std::cout << "dynamic_cast<D*>(b2s[0])           " << dp           << std::endl;
    //std::cout << "dynamic_cast<D*>(b2s[0])->int_in_d " << dp->int_in_d << std::endl;

    // OK
    dp = dynamic_cast<D*>(b2s[1]);
    std::cout << "dynamic_cast<D*>(b2s[1])           " << dp           << std::endl;
    std::cout << "dynamic_cast<D*>(b2s[1])->int_in_d " << dp->int_in_d << std::endl;

    // Undefined behaviour to an unrelated memory address because this
    // did not calculate the offset to get from B2* to D*.
    dp = reinterpret_cast<D*>(b2s[1]);
    std::cout << "reinterpret_cast<D*>(b2s[1])           " << dp           << std::endl;
    std::cout << "reinterpret_cast<D*>(b2s[1])->int_in_d " << dp->int_in_d << std::endl;
}

编译、运行和反汇编：

g++ -ggdb3 -O0 -std=c++11 -Wall -Wextra -pedantic -o main.out main.cpp
setarch `uname -m` -R ./main.out
gdb -batch -ex "disassemble/rs main" main.out

其中setarch用于禁用ASLR，以便于比较跑步。

可能的输出：

&d           0x7fffffffc930
b2s[0]       0x7fffffffc920
b2s[1]       0x7fffffffc940
b2s[0]->f2() 2
b2s[1]->f2() 3
static_cast<D*>(b2s[0])            0x7fffffffc910
static_cast<D*>(b2s[0])->int_in_d  1
static_cast<D*>(b2s[1])            0x7fffffffc930
static_cast<D*>(b2s[1])->int_in_d  3
dynamic_cast<D*>(b2s[0])           0
dynamic_cast<D*>(b2s[1])           0x7fffffffc930
dynamic_cast<D*>(b2s[1])->int_in_d 3
reinterpret_cast<D*>(b2s[1])           0x7fffffffc940
reinterpret_cast<D*>(b2s[1])->int_in_d 32767

现在，如以下所述：https://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_method_table为了有效地支持虚拟方法调用，假设B1的存储器数据结构具有以下形式：

B1:
  +0: pointer to virtual method table of B1
  +4: value of int_in_b1

B2的形式为：

B2:
  +0: pointer to virtual method table of B2
  +4: value of int_in_b2

那么D的存储器数据结构必须看起来像：

D:
  +0: pointer to virtual method table of D (for B1)
  +4: value of int_in_b1
  +8: pointer to virtual method table of D (for B2)
 +12: value of int_in_b2
 +16: value of int_in_d

关键事实是D的存储器数据结构内部包含与B1和B2相同的存储器结构，即：

+0看起来很像B1，D的B1 vtable后跟int_in_B1+8看起来很像B2，D的B2 vtable后跟int_in_B2

或更高级别：

D:
   +0: B1
   +8: B2
  +16: <fields of D itsef>

因此，我们得出关键结论：

上变频或下变频只需要将指针值移位一个编译时已知的值

这样，当D被传递到基类型数组时，类型转换实际上计算了该偏移量，并指向了内存中看起来与有效B2完全相同的对象，只是这个对象具有D的vtable而不是B2，因此所有虚拟调用都是透明的。

例如。：

b2s[1] = &d;

简单地需要获得d+8的地址以到达对应的B2类数据结构。

现在，我们终于可以回到类型铸造和具体示例的分析。

从标准输出中，我们可以看到：

&d           0x7fffffffc930
b2s[1]       0x7fffffffc940

因此，在那里完成的隐式static_cast确实正确地计算了从0x7fffffffc930处的全D数据结构到0x7ffFFfc940处的B2类数据结构的偏移。我们还推断，位于0x7fffffffc930和0x7ffFFfc940之间的可能是B1数据和vtable。

然后，在下降部分，现在很容易理解无效部分是如何失败的以及原因：

static_cast＜D*＞（b2s[0]）0x7fffffffc910：编译器在编译时字节数增加0x10，尝试从B2转到包含D但由于b2s[0]不是D，它现在指向一个未定义的内存区域。拆卸是：49 dp=静态铸造<D*>（b2s[0]）；0x0000000000000fc8<+414>：48 8b 45 d0 mov-0x30（%rbp），%rax0x0000000000000fcc<+418>：48 85 c0测试%rax，%rax0x0000000000000fcf<+421>：74 0a je 0xfdb<main（）+433>0x0000000000000fd1<+423>：48 8b 45 d0 mov-0x30（%rbp），%rax0x0000000000000fd5<+427>：48 83 e8 10 sub$0x10，%rax0x0000000000000fd9<+431>：eb 05 jmp 0xfe0<main（）+438>0x0000000000000fdb<+433>：b8 00 00 00 mov$0x0，%eax0x0000000000000fe0<+438>：48 89 45 98 mov%rax，-0x68（%rbp）因此我们看到GCC确实：检查指针是否为NULL，如果为，则返回NULL否则，从中减去0x10以达到不存在的Ddynamic_cast<D*>（b2s[0]）0:C++实际上发现该转换无效，并返回nullptr！编译时无法做到这一点，我们将从反汇编中确认：59 dp=动态铸造<D*>（b2s[0]）；0x00000000000010ec<+706>：48 8b 45 d0 mov-0x30（%rbp），%rax0x00000000000010f0<+710>：48 85 c0测试%rax，%rax0x00000000000010f3<+713>：74 1d je 0x1112<main（）+744>0x00000000000010f5<+715>：b9 10 00 00 mov$0x10，%ecx0x00000000000010fa<+720>：48 8d 15 f7 0b 20 00 lea 0x200bf7（%rip），%rdx#0x201cf8<_ZTI1D>0x0000000000001101<+727>：48 8d 35 28 0c 20 00 lea 0x200c28（%rip），%rsi#0x201d30<_ZTI2B2>0x0000000000001108<+734>：48 89 c7 mov%rax，%rdi0x000000000000110b<+737>：e8 c0 fb ff ff callq 0xcd0<__dynamic_cast@plt>0x0000000000001110<+742>：eb 05 jmp 0x1117<main（）+749>0x0000000000001112<+744>：b8 00 00 00 mov$0x0，%eax0x0000000000001117<+749>：48 89 45 98 mov%rax，-0x68（%rbp）首先有一个NULL检查，如果输入为NULL，则返回NULL。否则，它会在RDX、RSI和RDI中设置一些参数，并调用__dynamic_cast。我现在没有耐心进一步分析这个问题，但正如其他人所说，唯一可行的方法是__dynamic_cast访问内存中表示类层次结构的一些额外RTTI数据结构。因此，它必须从该表的B2条目开始，然后遍历该类层次结构，直到找到b2s[0]中的D类型转换的vtable。这就是为什么动态铸造可能很昂贵！这里有一个例子，在一个复杂的项目中，一个将dynamic_cast转换为static_cast的单线补丁将运行时间减少了33%！。reinterpret_cast＜D*＞（b2s[1]）0x7fffffffc940这个只是盲目地相信我们：我们说地址b2s[1]处有一个D，编译器不进行偏移计算。但这是错误的，因为D实际上位于0x7fffffffc930，而位于0x7fffffffc940的是D内部的类似B2的结构！这样垃圾就可以进入了。我们可以从可怕的-O0组件中确认这一点，该组件只会移动值：70 dp=重新解释成本<D*>（b2s[1]）；0x00000000000011fa<+976>：48 8b 45 d8 mov-0x28（%rbp），%rax0x00000000000011fe<+980>：48 89 45 98 mov%rax，-0x68（%rbp）

相关问题：

何时应使用static_cast、dynamic_cast、const_cast和reinterpret_cast？dynamic_cast是如何实现的使用C中的“static_cast”进行降频++

在Ubuntu 18.04 amd64、GCC 7.4.0上测试。

reinterpret_cast的好特性（其他答案中没有提到）是它允许我们为函数类型创建一种void*指针。通常，对于对象类型，使用static_cast检索存储在void*中的指针的原始类型：

  int i = 13;
  void *p = &i;
  auto *pi = static_cast<int*>(p);

对于函数，我们必须使用reinterpret_cast两次：

#include<iostream>

using any_fcn_ptr_t = void(*)();


void print(int i)
{
   std::cout << i <<std::endl;
}

int main()
{     
  //Create type-erased pointer to function:
  auto any_ptr = reinterpret_cast<any_fcn_ptr_t>(&print);
  
  //Retrieve the original pointer:
  auto ptr = reinterpret_cast< void(*)(int) >(any_ptr);
  
  ptr(7);
}

使用reinterpret_cast，我们甚至可以为指向成员函数的指针获得类似类型的void*指针。

与普通的void*和static_cast一样，C++保证ptr指向print函数（只要我们将正确的类型传递给reinterpret_cast）。

（上面给出了大量的理论和概念解释）

下面是我使用static_cast、dynamic_cast、const_cast、reinterpret_cast时的一些实际示例。

（也可参考此来理解解释：http://www.cplusplus.com/doc/tutorial/typecasting/)

静态铸造：

OnEventData(void* pData)

{
  ......

  //  pData is a void* pData, 

  //  EventData is a structure e.g. 
  //  typedef struct _EventData {
  //  std::string id;
  //  std:: string remote_id;
  //  } EventData;

  // On Some Situation a void pointer *pData
  // has been static_casted as 
  // EventData* pointer 

  EventData *evtdata = static_cast<EventData*>(pData);
  .....
}

dynamic_cast：

void DebugLog::OnMessage(Message *msg)
{
    static DebugMsgData *debug;
    static XYZMsgData *xyz;

    if(debug = dynamic_cast<DebugMsgData*>(msg->pdata)){
        // debug message
    }
    else if(xyz = dynamic_cast<XYZMsgData*>(msg->pdata)){
        // xyz message
    }
    else/* if( ... )*/{
        // ...
    }
}

常量成本（_C）：

// *Passwd declared as a const

const unsigned char *Passwd


// on some situation it require to remove its constness

const_cast<unsigned char*>(Passwd)

重新解释（_C）：

typedef unsigned short uint16;

// Read Bytes returns that 2 bytes got read. 

bool ByteBuffer::ReadUInt16(uint16& val) {
  return ReadBytes(reinterpret_cast<char*>(&val), 2);
}