[C / C++] C++ 타입 변환 (캐스팅) 4종류

캐스팅이란?

• 형(Type) 변환을 말한다.
• 기존의 C스타일 캐스팅 방법은 (int), (float)등을 통한 명시적 형변환이고, C++에서는 4종류의 캐스팅으로 나뉜다.

 

static_cast

• 암시적 변환을 명시적 변환으로 진행할 때 사용되는 방법이다. (비상수 객체를 상수 객체로 바꾸는? int <->float 등)
• 포인터 타입을 다른 것으로 변환하는 것은 허용하지 않는다.
• 형 변환 시점이 컴파일 시점이기 때문에 static이라는 명칭이 붙는다.
• 사용 빈도가 가장 높다.
• 기본 자료형의 형변환 및 상속 관계에 있는 클래스 타입의 형변환은 가능하다.
  • 부모 클래스의 참조/포인터 형식에서 자식 클래스의 참조/포인터 형식으로의 형변환 허용 (불안전)
    -> 다운 캐스팅 (부모 -> 자식으로서의 형변환)
  • 자식 클래스의 참조/포인터 형식에서 부모 클래스의 참조/포인터 형식으로의 형변환 허용 (안전)
    -> 업 캐스팅 (자식 -> 부모로서의 형변환)

 

[1] int <-> float

int hp = 100;
int maxHp = 200;
float ratio = static_cast<float>(hp) / maxHp;

 

[2] Player* <-> Knight*

class Player
{
};

class Knight : public Player
{
};

int main()
{
    // 자식 -> 부모는 그냥 가능 (업 캐스팅)
	Player* p = new Player();
	Knight* k = p;
    // Knight* k = static_cast<Player*>(p); 로 대체 가능
    
    // 부모 -> 자식 (다운 캐스팅)
    Player* p2 = new Knight();
	Knight* k2 = static_cast<Knight*>(p2); // Player <-> Knight 명확할 때는 그나마 안전
}

• 명시적 변환처럼, static_cast도 다운캐스팅이 가능하다. (단, 안전성은 보장하지 못한다)
• Player* p3 = new Knight(); 가 아닌, new Archer() 등 다른 타입을 받을 경우 문제가 생길 수 있다.
• 따라서 꼼꼼히 확인하여 서로 동일한 타입인지 보고 사용하고, 조건식 등을 활용하여 안전성을 높이는 것이 좋다.

 

 

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dynamic_cast

• static_cast와 달리 컴파일 시점이 아닌, 런 타임시에 형변환을 검사하여 형변환을 보다 안전하게 검사한다.
• 기본 자료형 간의 형변환이 불가능하고, 포인터 또는 참조형을 캐스팅할 때만 사용가능하다.
• 안전한 다운캐스팅을 할 때 유용한데, 만약 부모 클래스가 호환되지 않는 자식 클래스로 캐스팅했다면 nullptr을 반환한다. (안전 여부 확인)

 

기본 자료형 간의 형변환을 제외하곤 dynamic_cast를 사용하면 편하지 않나?

• dynamic_cast는 RTTI (Run Time Type information)을 지원한다.
• RTTI는 런 타임에서 클래스의 type_info를 보고 해당 클래스가 올바른 type의 형태인지 아닌지 판단하게 해 준다.
• RTTI를 사용하기 때문에, 런 타임 비용이 비싸고, 반드시 하나 이상의 가상 함수가 존재해야 한다.

class Player
{
public:
	virtual ~Player() { }
};

class Knight : public Player
{
public:
};

class Archer : public Player
{
public:
};

int main()
{
	Player* p = new Archer();
	Knight* k1 = static_cast<Knight*>(p); // 잘못된 캐스팅을 했을 경우 static_cast
    
	Knight* k2 = dynamic_cast<Knight*>(p); // 잘못된 캐스팅을 했을 경우 dynamic_cast
    
    cout << k1 << endl;
	cout << k2 << endl;

	return 0;
}

/*실행 결과
000002D8FE4D2A10
0000000000000000
*/

• static_cast를 사용한 k1의 경우 잘못된 캐스팅을 하더라도 직접적인 메모리상에 문제가 발생하지 않는 이상 확인하기 어렵다.
• 하지만 dynamic_cast를 사용한 k2의 경우, 잘못된 캐스팅을 하더라도 nullptr을 뱉어줘서 바로 확인할 수 있다.
  • 이를 이용하여 잘못된 캐스팅인지 맞는 타입으로 캐스팅했는지 확인하기 유용하다.

 

 

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const_cast

• const 속성을 제거할 때 사용한다.
• const라는 의미는 객체가 변하지 말아야 한다는 코드 작성자의 의도를 다른 사람에게 알려주는 수단으로 막 const 속성을 제거하는 것은 옳지 않다.
• 보통 라이브러리의 함수 인자가 const 기능이 없고 const 속성이 존재하는 변수를 넘기지 못하는 경우 사용한다.

void PrintName(char* str)
{
	cout << str << endl;
}

int main()
{
	//PrintName("Hello"); // 이렇게 문자를 넣어주고 싶지만 const char형이기 때문에 안된다. 
	PrintName(const_cast<char*>("Hello"));
    return 0;
}

/*실행 결과
Hello
*/

 

 

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reinterpret_cast

• 일반적으로 허용하지 않는 형변환을 강제적으로 형변환할 때 사용한다.
• 포인터가 다른 포인터 형식으로도 변환이 가능하고, 정수 계열 형식이 포인터 형식으로도 형변환이 가능하고, 그 반대로도 가능하다.
• 포인터/참조와 관련된 형변환만 지원한다.
• 자료를 그대로 변수에 bit단위로 전달한다.

class Player
{
};

class Knight : public Player
{
};

class Dog
{
};

int main()
{
	// 정수 -> 포인터
	Knight* knight = new Knight();
	__int64 address = reinterpret_cast<__int64>(knight);
	
    // 관계없는 포인터 -> 포인터
	Dog* dog = reinterpret_cast<Dog*>(knight);
	
    // 그나마 사용용도? dog2에 메모리 공간 할당
	void* p = malloc(1000);
	Dog* dog2 = reinterpret_cast<Dog*>(p);
    
    return 0;
}