C++类型转换时保留const、指针等原类型属性的实现方法

我需要找到一种在类型转换时保留原类型的指针、const限定等属性的方法，示例如下：

template<typename type>
void test(type t) {
    std::cout << "t const? = " << std::is_const<decltype(t)>() << std::endl;
    int x = (int) t;
    std::cout << "x const? = " << std::is_const<decltype(x)>() << std::endl;
};

int main() {
    const int x = 0;
    int y = 0;

    test<const int>(x);
    test<int>(y);
}

当前代码运行输出：

>>> t const? = 1
>>> x const? = 0
>>> t const? = 0
>>> x const? = 0

预期输出为当模板参数为const类型时，转换得到的x也为const类型：

>>> t const? = 1
>>> x const? = 1
>>> t const? = 0
>>> x const? = 0

约束条件 #

• 不使用if constexpr分支判断的写法，反例如下：

// bad
if constexpr (std::is_const<decltype(t)>()) {
    // do const cast
} else {
    // do non const cast
}

• 实际应用场景：持有const或非const的void指针，需要将其转换为指定类型的指针，同时保留原指针的const属性
• 直接使用type x = (type) t的方案不适用实际场景，需要基于类型特征（type traits）的解决方案

通过编译期类型萃取实现cv限定符的拷贝，全程无运行时分支，纯类型计算，兼容C11及以上标准，C20可直接使用标准库提供的现成工具。

基础实现 #

首先实现通用的cv属性拷贝萃取，将源类型的const/volatile限定符拷贝到目标类型上：

#include <type_traits>

// 萃取定义：默认无cv属性
template <typename Src, typename Dst>
struct copy_cv {
    using type = Dst;
};
// 偏特化：源类型带const
template <typename Src, typename Dst>
struct copy_cv<const Src, Dst> {
    using type = const Dst;
};
// 偏特化：源类型带volatile
template <typename Src, typename Dst>
struct copy_cv<volatile Src, Dst> {
    using type = volatile Dst;
};
// 偏特化：源类型带const+volatile
template <typename Src, typename Dst>
struct copy_cv<const volatile Src, Dst> {
    using type = const volatile Dst;
};
// 别名模板简化调用
template <typename Src, typename Dst>
using copy_cv_t = typename copy_cv<Src, Dst>::type;

修改原示例代码中的x定义，用萃取得到的类型声明变量即可得到预期结果：

template<typename type>
void test(type t) {
    std::cout << "t const? = " << std::is_const<decltype(t)>() << std::endl;
    // 将入参t的cv属性拷贝到int类型上，自动适配const/非const场景
    copy_cv_t<type, int> x = static_cast<int>(t);
    std::cout << "x const? = " << std::is_const<decltype(x)>() << std::endl;
};

适配void指针转换场景 #

针对void指针转指定类型指针的需求，在上述cv拷贝萃取的基础上扩展指针层级处理即可：

// 指针转换萃取：输入源指针类型、目标指向类型，输出带源指针cv属性的目标指针类型
template <typename SrcPtr, typename Dst>
struct cast_ptr_cv;

// 偏特化匹配裸指针类型
template <typename SrcPointee, typename Dst>
struct cast_ptr_cv<SrcPointee*, Dst> {
    using type = copy_cv_t<SrcPointee, Dst>*;
};
// 别名模板简化调用
template <typename SrcPtr, typename Dst>
using cast_ptr_cv_t = typename cast_ptr_cv<SrcPtr, Dst>::type;

使用示例：

void usage_example() {
    int normal_val = 1;
    const int const_val = 2;
    void* normal_void_ptr = &normal_val;
    const void* const_void_ptr = &const_val;

    // 普通void*转int*，无const限定
    cast_ptr_cv_t<decltype(normal_void_ptr), int> int_ptr = 
        static_cast<cast_ptr_cv_t<decltype(normal_void_ptr), int>>(normal_void_ptr);
    
    // const void*转const int*，自动携带const限定
    cast_ptr_cv_t<decltype(const_void_ptr), int> const_int_ptr = 
        static_cast<cast_ptr_cv_t<decltype(const_void_ptr), int>>(const_void_ptr);

    // 编译期校验类型正确性
    static_assert(std::is_same_v<decltype(int_ptr), int*>);
    static_assert(std::is_same_v<decltype(const_int_ptr), const int*>);
}

如果使用C++20及以上标准，可以直接用标准库的std::copy_cv_t替代自定义的copy_cv_t，无需手动实现cv拷贝萃取。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Jaan