C++におけるキャストの種類と挙動の違い【中級者向け】

C++では、型変換（キャスト）を使うことで異なる型同士の値を操作することが可能です。しかし、キャストの使い方を誤ると、未定義動作やセキュリティリスクにつながることもあります。

本記事では、C++におけるキャストの種類とその特徴・挙動の違いについて詳しく解説します。static_cast、dynamic_cast、const_cast、reinterpret_cast のそれぞれの使い方と注意点を具体例とともに整理します。

1. C言語スタイルのキャスト（旧来のキャスト）

int i = 42;
double d = (double)i;  // C言語スタイルのキャスト

特徴

書き方が簡単
static_cast, const_cast, reinterpret_cast などを包括しており、危険
どのような変換が行われているか分かりにくく、可読性が低い

推奨度

非推奨（特にC++では避けるべき）

2. static_cast

double d = 3.14;
int i = static_cast<int>(d); // 明示的な数値変換

特徴

基本型同士（int → double など）の変換に使える
クラスのポインタ/参照のアップキャストに使える（安全）
暗黙的に許される変換を明示的に書ける

使用例（クラス継承）

class Base {};
class Derived : public Base {};

Derived d;
Base* b = static_cast<Base*>(&d);  // OK: 安全なアップキャスト

注意点

ダウンキャストに使うと未定義動作を引き起こす可能性あり

3. dynamic_cast

class Base {
public:
    virtual void func() {}
};
class Derived : public Base {};

Base* b = new Derived();
Derived* d = dynamic_cast<Derived*>(b);

特徴

安全なダウンキャストに使用
基底クラスに仮想関数（vtable）が必要
失敗するとポインタ版は nullptr を返す、参照版は bad_cast 例外

使用例（成功と失敗）

Base* b = new Base();
Derived* d = dynamic_cast<Derived*>(b);  // 失敗 -> nullptr

注意点

ランタイムコストがある（RTTIが有効である必要がある）

4. const_cast

void func(const int* p) {
    int* q = const_cast<int*>(p);
    *q = 100;  // 未定義動作の可能性あり
}

特徴

constやvolatile修飾子を取り除く
定数オブジェクトへの書き込みは未定義動作

安全な使用例（読み取り専用APIに渡すため）

void legacyAPI(char* buffer);
const char* msg = "Hello";
legacyAPI(const_cast<char*>(msg));  // 書き換えない保証がある場合はOK

5. reinterpret_cast

int i = 1234;
char* p = reinterpret_cast<char*>(&i);

特徴

型の再解釈（ポインタ・整数間の変換など）
非常に危険で、使用には十分注意が必要
型システムを無視するので、可搬性が損なわれる

使用例

uintptr_t addr = reinterpret_cast<uintptr_t>(p);  // ポインタ → 整数
MyStruct* s = reinterpret_cast<MyStruct*>(addr);  // 整数 → ポインタ

注意点

型エイリアシングルール違反の可能性（厳密な別型アクセス）

6. まとめ：キャストの使い分け

キャスト	主な用途	安全性	備考
`static_cast`	基本型の変換、アップキャスト	高	暗黙の変換を明示的に
`dynamic_cast`	ダウンキャスト	中〜高	RTTI必須。失敗時にnullになる
`const_cast`	const除去	低	書き換えない用途限定
`reinterpret_cast`	型再解釈（ポインタ・整数変換など）	低	可搬性と安全性に注意
Cスタイル	上記全てを包含（曖昧で危険）	最低	C++では非推奨

7. 補足：RTTIを無効化している場合

プロジェクトで-fno-rttiなどを指定している場合、dynamic_castは使えません。その際は型安全を保つ仕組みを自作するか、設計の見直しが必要です。

8. 参考文献・外部リンク

cppreference - Type casting
書籍：『Effective C++』Scott Meyers（第2章明示的な型変換）

C++ではキャストは非常に強力なツールですが、誤用すると深刻なバグにつながります。それぞれのキャストの意図と挙動を正しく理解し、安全に使い分けることが重要です。

参考書籍

リンク

TechCraft – エンジニアのためのスキルアップメモ

エンジニアのスキルアップを少しでも加速する技術ブログ

キャストの挙動を解説するC++中級者向けガイド