C++ いろいろなキャストをどのように使う？
要約
C++には複数のキャスト方法があり、それぞれ用途や安全性が異なります。
本記事ではC言語のキャストとC++における4種類の
キャスト（static_cast, dynamic_cast, const_cast, reinterpret_cast）の違いについて解説します。
キャストとは
キャスト（型変換）とは、ある型の値を別の型に変換する処理のことです。
C++では、暗黙的キャスト（コンパイラによる自動変換）と明示的キャスト（開発者が指定する変換）があります。
特に、異なる型同士の変換を行う場合は、安全性や可読性を考慮し、適切なキャストを選択する必要があります。
C言語のキャスト
C言語では、キャストは(型)値の形式で行われます。
この方法は簡潔にキャストできますが、型の整合性チェックがなく、誤ったキャストが原因で意図しない動作を引き起こす可能性があります。
以下にC言語のキャスト例を示します。
int a = 10;
double b = (double)a; // int を double にキャスト
C++では安全性を高めるために、特定の用途に応じたキャストを使うことが推奨されます。
C++のキャスト
C++では、C言語のキャストに代わり、4種類のキャストが提供されており、
キャストの用途に応じて適切なものを選ぶことで、安全性を確保できます。
C言語とC++のキャスト比較
int a = 10;
double b = (double)a; // int を double にキャスト
// 構文
// キャスト先 = (キャスト先の型) キャスト元
int a = 10;
double b = static_cast<double>(a); // int から double にキャスト
// 構文
// キャスト先 = 変換の種類 < キャスト先の型 > ( キャスト元 )
// ※変換の種類は「どんな変換をするかの意図を明示するもの」 です。
// (static_cast / dynamic_cast / const_cast / reinterpret_cast)
| C言語のキャスト | C++のキャスト | |
|---|---|---|
| 構文 | (型名) 値 |
キャストの種類<型名>(値) |
| 目的の明示 | なし（型を書くのみ） | あり（static_cast などで意図が分かる） |
| 安全性 | 低い（チェックなし） | 用途ごとに分かれていて、安全性が向上 |
※"volatile"はこの変数は必ずメモリから読み込むようにコンパイラに指示するキーワードです。
C++キャストの種類
| キャストの種類 | 主な用途 | 特徴 | 注意点 |
|---|---|---|---|
static_cast |
型の基本的な変換（数値型やポインタ型など） | コンパイル時にチェックされる。暗黙変換を明示する場合にも使う。 | 型が安全に変換できることを開発者が保証する必要あり |
dynamic_cast |
基底クラス⇔派生クラスのポインタ/参照の変換（RTTI） | 実行時に型チェックを行う。失敗時はnullptr（ポインタの場合）になる |
ポリモーフィズムが有効な型（virtual 必須）でのみ使える |
const_cast |
const / volatile 修飾を除去 |
オブジェクトの定数性を取り除く | 元がconstオブジェクトの場合、変更すると未定義動作 |
reinterpret_cast |
ポインタや型のメモリ表現を直接再解釈 | 型の互換性を無視して変換。極めて危険で使う場面は限定的 | 可読性・安全性が低く、誤用するとクラッシュの原因になる |
static_cast (型変換)
static_cast は、型の変換を行うための基本的なキャストです。
数値型の変換や、基底クラスから派生クラスへの安全なキャストに使用されます。
コンパイル時にチェックが行われるため、不正なキャストを防ぐことができます。
#include <iostream>
#include <typeinfo>
int main()
{
int a = 10;
double b = static_cast<double>(a); // int から double にキャスト
std::cout << "a の型: " << typeid(a).name() << std::endl;
std::cout << "static_cast<double>(a)の型: " << typeid(static_cast<double>(a)).name() << std::endl;
std::cout << "b の型: " << typeid(b).name() << std::endl;
return 0;
}
a の型: int
static_cast<double>(a)の型: double
b の型: double
dynamic_cast (オブジェクトの変換)
dynamic_cast は、主にポリモーフィズムを伴うオブジェクトの型変換に使用されます。
dynamic_cast はランタイム型情報（RTTI）を利用して変換を試み、失敗するとnullptrを返します。
RTTI（実行時型情報）とは、実行時にオブジェクトの型を調べるための仕組みです。dynamic_cast や typeid がこれを利用しています。
ダウンキャスト・アップキャストとは
| キャスト | 説明 | 例 |
|---|---|---|
| アップキャスト | 派生クラスのポインタや参照を基底クラス型に変換すること。クラス階層の「上に行く」イメージ。 |
Derived* derived = new Derived();Base* base = derived;
|
| ダウンキャスト | 基底クラスのポインタや参照を派生クラス型に変換すること。クラス階層の「下に降りる」イメージ。 |
Base* base = new Derived();Derived* derived = dynamic_cast<Derived*>(base);
|
なぜ「アップ」や「ダウン」と呼ぶのか？
アップキャストは
クラス階層で「下にある派生クラス」から「上の基底クラス」に向かう変換。
→クラス図では「上に行く」から アップキャスト。
ダウンキャストは
クラス階層で「上にある基底クラス」から「下の派生クラス」に向かう変換。
→クラス図では「下に降りる」から ダウンキャスト。
感覚的に分からなくなるのはなぜなのか？
機能・データの量で考えると「派生クラスの方が多い」
→「高機能」「情報量が多い」から アップ なイメージになる。
クラス階層の「ツリー構造」 で考えると
→クラス図では 基底クラスが上、派生クラスが下 と描かれる。
その文化から「上に行く → アップキャスト」「下に降りる → ダウンキャスト」と呼ばれている。
以下にクラス図を示します。
#include <iostream>
#include <typeinfo>
// 基底クラス（親クラス）
class Base
{
public:
virtual void foo() {} // 仮想関数を持たせることで、RTTI（実行時型情報）が有効になる
};
// 派生クラス（子クラス）
class Derived : public Base
{
public:
void bar() { std::cout << "Derived::bar() が呼び出されました！" << std::endl; }
};
int main()
{
// Derived クラスのインスタンスを作成し、Base クラスのポインタで受け取る
Base* base = new Derived(); // アップキャスト（派生クラス → 基底クラス）
//Base* base = new Base(); // Derived ではなく Base のインスタンス → 失敗するパターン
// ダウンキャスト（基底クラス → 派生クラス）
// dynamic_cast を使うことで、実行時に安全性をチェックしつつキャストする
Derived* derived = dynamic_cast<Derived*>(base);
if (derived != nullptr) // キャストができているかチェック
{
std::cout << "ダウンキャスト成功！" << std::endl;
// 派生クラスのメソッドを呼び出す
derived->bar();
// 実体が何の型かを typeid で確認する
std::cout << "base が指している実体の型: " << typeid(*base).name() << std::endl;
std::cout << "derived が指している実体の型: " << typeid(*derived).name() << std::endl;
}
else {
std::cout << "ダウンキャスト失敗" << std::endl;
}
delete base; // メモリ解放
return 0;
}
ダウンキャスト成功！
Derived::bar() が呼び出されました！
base が指している実体の型: class Derived
derived が指している実体の型: class Derived
const_cast (修飾子を除去)
const_cast は、const や volatile 修飾子を取り除くときに使います。
ただし、const を外したオブジェクトの変更は未定義動作を引き起こす可能性があるため、注意が必要です。
#include <iostream>
#include <typeinfo>
int main()
{
int value = 0;
const int* ptr = &value; // 変更不可
std::cout << "ptr の型: " << typeid(ptr).name() << ", ptr = " << ptr << std::endl;
int* modifiable = const_cast<int*>(ptr);
*modifiable = 42; // const 修飾子を外して変更
std::cout << "modifiable の型: " << typeid(modifiable).name() << ", modifiable = " << modifiable << std::endl;
std::cout << "value = " << value << std::endl; // 42
return 0;
}
ptr の型: int const * __ptr64, ptr = 00000046D8EFFB64
modifiable の型: int * __ptr64, modifiable = 00000046D8EFFB64
value = 42
reinterpret_cast (キャストをそのまま解釈する)
reinterpret_cast は、異なる型間でメモリ表現をそのまま解釈するキャストです。
主にポインタの変換に使用されますが、安全性は保証されません。
通常、reinterpret_cast は可読性が低くバグの原因になりやすいため、慎重に使用する必要があります。
#include <iostream>
#include <typeinfo>
int main()
{
int a = 42;
void* ptr = &a;
int* intPtr = reinterpret_cast<int*>(ptr);
std::cout << "ptr の型: " << typeid(ptr).name() << std::endl;
std::cout << "intPtr の型: " << typeid(intPtr).name() << std::endl;
return 0;
}
ptr の型: void * __ptr64
intPtr の型: int * __ptr64
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