C++语言基础(1):类型转换

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「C++类的特殊成员函数(1):构造函数」中“3 隐式类类型转换”


考虑下面的例子:

int ival = 0;
ival = 3.541 + 3;   //编译器会给出警告

在计算ival的值时,C++不会把两个不同类型的值直接相加,而是提供了一套转换规则,在做加法计算前,先将两个操作数转换为同一种数据类型

这里ival最终的值为6。在赋值操作中,不可能更改左操作数对象的类型。如果赋值操作符的左右操作数类型不同,那么右操作数会被转换为左操作数的类型。

在本例中,从double类型转换为int的过程中,会导致精度损失,大多数编辑器会给出警告

warning: assignment to 'int' from 'double'

在上面的过程中,为了确保表达式本身的合法性,编译器对操作数的类型按照一定的规则进行了转换。这些转换规则由编译器自动执行,无需开发人员介入——有时甚至不需要开发人员了解。这种转换过程,我们称之为隐式类型转换implicit type conversion)。

此外,由开发人员通过编码的方式进行的类型转换,我们称之为显示转换,也叫强制类型转换cast)。

虽然有时候确实需要强制类型转换,但是它们本质上是非常危险的。

如果两个类型之间可以相互转换conversion),则称这两个类型相关

下面我们分别对这两种转换方式进行深入的介绍:

1 隐式类型转换

为了理解隐式类型转换,我们需要知道它们在什么时候发生,以及可能出现哪些类型的转换。

1.1 何时发生隐式类型转换

  • 在混合类型的表达式中,其操作数被转换为相同的类型;
  • 用作条件的表达式被转换为bool类型;
  • 用一表达式初始化某个变量,或将一表达式赋值给某个变量,则该表达式被转换为该变量类型;
  • 在函数调用传递实参的过程中,其操作数被转换为形参的类型。

第一点和第三点已经在上面的例子中有过说明,下面我们针对第二点和第四点举例说明:

bool func(int ival)
{
    bool flag = false;
    if (ival)   //ival转换为bool类型,上述第二点
    {
        flag = true;
    }
    return flag;
}

int main()
{
    double dval = 3.541;
    func(dval); //dval转换为int类型,上述第四点
    return 1;
}

1.2 隐式类型转换的种类和规则

1.2.1 算数转换(arithmetic conversion)

算数转换,保证在执行操作数之前,将二元操作符(如算数和逻辑操作符)的两个操作数转换为同一类型,并使表达式的值也具有相同的类型。

算数转换规则的核心,是保护计算值的精度不降低。在规则的内容中,定义了一个类型转换的层次,该层次规定了操作数应按什么次序转换为表达式中最宽的类型

由于要保证计算值的精度,因此这类转换本质上依赖于机器对各数据类型的具体实现

整形提升integer promotion)规则:对于所有比int小的整形,包括char、signed char、unsigned char、short和unsigned short,如果该类型的所有可能的值都能包容在int内,它们就会被提升为int型,否则,它们将被提升为unsigned int。

如果将bool值提升为int,则false转化为0,而true则转化为1。

下面通过例子,我们可以理解的更透彻:

bool flag;
char cval;
short sval;
unsigned short usval;
int ival;
unsigned int uival;
long lval;
unsigned long ulval;
float fval;
double dval;
3.14159L + 'a'; //'a'转换为int,而后再转换为double long
dval + ival;    //ival转换为double
dval + fval;    //fval转换为double
ival = dval;    //dval转换为int(截断)
flag = dval;    //如果dval是0,那么flag为false,否则为true
cval + fval;    //cval转换为int,而后再转换为float
sval + cval;    //sval和cval都转换为int
cval + lval;    //cval转换为long
ival + ulval;   //ival转换为unsigned long
usval + ival;   //转换取决于unsigned short和int的位宽
uival + lval;   //转换取决于unsigned int和long的位宽

最后两条语句,单独说明一下。为了保证计算值的精度不降低,倒数第二条,如果int型足够表示所有unsigned short型的值,则将unsigned short转换为int,否则,将两个操作数均转换为unsigned int。相同的,对于最后一条语句,如果long型足够表示所有unsigned int型的值,则将unsigned int转换为long,否则,将两个操作数均转换为unsigned long。

1.2.2 指针转换

指针转换主要存在于下列几种情况中:

  • 使用数组时,大多数情况下会将数组转换为指向第一个元素的指针;
  • 指向任意数据类型的指针都可转换为void*类型;
  • 整型数值常量0可转换为任意指针类型(转换后为空指针)。

对于第一条,在下列几种情况下,不会进行类型转换:

  • 数组用作取地址操作符(&)的操作数时;
  • 数组用作sizeof操作符的操作数时;
  • 用数组对数组的引用进行初始化时。

1.2.3 转换为bool类型

算数值和指针都可以转换为bool类型。以下几种情况,转换的bool值为false:

  • 算数值为0;
  • 指针值为NULL;
  • char型值为空字符(null)。

本质上,上述情况都可以转换为算数值0。其他情况下,均为true。

1.2.4 转换与枚举类型

C++自动将枚举类型的对象或枚举成员转换为整型,其转换结果可用于任何要求使用整数值的地方。

将enum对象或枚举成员提升为什么类型,由机器实现枚举成员最大值共同决定,且该类型至少是int

1.2.5 转换为const对象

  • 使用非const对象初始化const对象的引用;
  • 可以将非const对象的地址(或指针)转换为指向相关const类型的指针。
int i;
const int &j = i;   //第一种情况

int ci = 0;
const int *p = &ci; //第二种情况

1.2.6 由标准库类型定义的转换

类类型可以定义由编译器自动执行的类型转换。该部分超出本章的讨论范围,将会在C++类的介绍中进行描述。

2 强制类型转换

建议:避免使用强制类型转换,因为其关闭或挂起了正常的类型检查。

2.1 何时需要强制类型转换

  • 覆盖通常的标准转换;
  • 可能存在多种转换时,需要选择一种特定的转换类型。

2.2 命名的强制类型转换

其一般形式如下:

cast-name<type>(expression);
  • cast-name为static_cast、dynamic_cast、const_cast和reinterpret_cast之一;
  • type为转换的类型目标;
  • expression为被强制转换的值。

强制转换的类型,指定了在expression上执行某种特定类型的转换:

2.2.1 dynamic_cast

支持运行时识别指针或引用所指向的对象

2.2.2 const_cast

顾名思义,可以转换掉表达式的const性质。例如:

const char *pc_str;
char* pc = string_copy(const_cast<char*>(pc_str));

这里,假设有函数string_copy,我们对其唯一的char* 类型参数只读不写。当我们要传入的实参是const char* 类型时,可以通过const_cast转换掉参数的const性质。

2.2.3 static_cast

编译器隐式执行的任何类型转换都可以有static_cast显示完成;如果编译器不提供自动转换,也可以通过static_cast来实现。

//前一种情况
double d = 97.0;
char ch = static_cast<char>(d); //编译器不再报精度丢失的错误

//后一种情况
void* p = &d;
double *dp = static_cast<double*>(p);

2.2.4 reinterpret_cast

通常为操作数的位模式提供较低层次的重新解释

int *ip;
char* pc = reinterpret_cast<char*>(ip);

2.3 旧式强制类型转换

在引入命名的强制类型转换操作符之前,显示强制转换用圆括号将类型括起来实现:

type (expression);  //函数风格的强制类型转换写法
(type) expression;  //C语言风格的强制类型转换写法

与旧式相比较,命名的强制类型转换的优点是:加强强制类型转换的可视性,开发人员可清晰辨别每个强制类型转换潜在的风险级别

支持旧式强制转换符号,是为了对“在标准C++之前编写的程序”保持向后兼容性,并保持与C语言的兼容性


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