Implicit conversions

Posted by chunyang on May 28, 2014
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转换优先级 左值转换     左值到右值转换     数组名到指针的转换     函数指针的转换 数值提升     整型提升 数值转换     整型转换     浮点转换     浮点-整型转换     指针转换     指向成员指针转换 布尔转换 修饰符转换 安全bool值问题

隐式转换发生在将任何表达式需要类型T1应用在某上下文不接受该类型,但是接受其他某类型T2的场景中,特别的是:

  • 类型T1表达式应用于接受类型为T2的函数参数的函数调用中
  • 类型T1是某个希望得到类型为T2的操作符上
  • 初始化类型为T2的变量,包括函数返回值
  • 类型为T1的表达式应用于switch语句中(T2是整形变量)
  • 表达式应用于if语句中(T2是bool型变量)

在以上场景中,当仅存在一个从T1到T2的隐式转换时,程序可以正常编译。如果存在多个函数或者运算符重载函数被调用,当从T1到T2的每一个可能的隐式转换发生后,重载决议才会执行。

转换的优先级


隐式转换的序列的优先级如下:

  • 0或者1个标准转换序列
  • 0或者1个用户定义的转换
  • 0或者1个标准转换序列

当考虑构造函数或者用户自定义的转换函数时,只有标准的转换序列是允许的(否则,用户自定义的转换会形成转换链)。当从语言的内置类型之间转换时,只有标准转换序列是允许的。

一个标准的转换序列由如下组成,其优先级如下:

  • 0或者1个左值转换
  • 0或者1个数值提升或者数值转换
  • 0或者1个资格调整(Qualification Adjustment)

用户定义的转换由如下组成:

  • 0或者1个non-explicit single-argument构造函数或者non-explicit转换函数调用

一个表达式e可以隐式转换为T2,当且仅当T2是从e复制初始化(copy-initialization),即T2 t = e。注意这和直接构造初始化不一样 T2 t(e),此时需要额外考虑显式的构造函数和转换函数。

上述规则的一个例外是如下五个上下文中特殊的隐式转换,此时需要bool类型的变量:

  • if, while, for中的控制语句
  • 逻辑运算符,!,&&,  
  • 条件运算符: ?:
  • static_assert
  • noexcept

在上述上下文环境中隐式转换按如下方式进行 bool t(e)。用户显式定义的转换函数:T::operator bool()const将会被考虑。这些表达式contextually convertible可转换为bool。

在如下上下文中,需要上下文相关的类型T,只有当类类型E仅有一个用户定义的转换函数时,且其返回值是cv T或者是cv T的引用。

  • 新表达式中的数组界限(T is std::size_t)
  • 数组界限的声明(T is std::size_t)
  • 删除运算符中的参数(T is any object pointer type)(since c++14)
  • 整形常量,使用字面类型(T is any integral or unscoped enumeration type and the selected user-defined conversion function is constexpr)

表达式e是contextually implicit转换成T。

左值转换


左值转换是指在需要右值的上下文中提供左值。

左值到右值的转换


任何非函数,非数组的类型T的glvalue可以被隐式转换成相同类型的prvalue。如果T是非类类型,这种转换会移除cv修饰。除非遇到不估值的上下文,例如sizeof,typeid, noexcept, decltype,这种转换会使用原来的glvalue为构造函数的参数,复制构造类型为T的临时变量,临时变量会以prvalue形式返回。如果glvaule是nullptr_t,返回的变量值为nullptr。

数组名到指针的转换


类型是长度为N,类型T数组的左值或者右值,或者是未知长度类型T的数组可以隐式转换为指向T的prvalue。产生的指针指向数组的第一个元素。

函数到指针的转换


函数类型T的左值可以隐式转换为一个指向该函数的prvalue。这个不适用于non-static成员函数,因为指向非静态成员函数的左值不存在。

数值提升


整型提升


小整型的prvalue值(例如char)会转换成表示范围个更大的整型(例如int)。特别是在算数操作符不接受类型比int小的数作为参数,整型提升自动执行。这种转换保持之前的值。

下面是一些整型提升的场景:

  • signed char或者signed short转换成int
  • unsigned char或者unsigned short转换成int。如果int可以表示unsigned int,unsigned int也转换为int。
  • char可以转变成int或者unsigned int,取决于底层的是signed char还是unsigned char
  • wchar_t, char16_t和char32_t可转变成下列类型(保证可以容纳下所有的值):int, unsigned int, long, unsigned long, long long, unsigned long long。
  • unscoped enumeration类型,如果它的潜在类型没有规定,那么它会按以下列表转换(保证可以容纳其所有的值):int, unsigned int, long, unsigned long, long long, unsigned long long。如果值的范围太大,那么没有整型提升。
  • 位域类型:如果int可以表示其所有范围的值,则转换成int;否则转换成unsigned int;其它情况没有整型提升。

枚举类型如果底层实现类型指定了,其整型提升按照指定的类型提升规则进行提升。

浮点提升


float类型转换成double,其值不变。

数值转换


与提升不同,数值转换可能会改变值,造成精度的丢失。

整型转换


整型和unscoped枚举类型可以转换成任何其它的整型值。如果转换是按如下方式进行,那么是整型提升,不是整型转换。

  • 如果目标类型是unsigned,结果的类型是使用模(2^n)的得到的最小无符号数值。其中n是目标类型的长度。依据目标类型是宽或者窄,有符号整数是用符号位扩展或者截断;无符号数0扩展或者截断。
  • 如果目标类型是signed,如果目标的值可以用相应的类型表示则值不变;否则结果是实现相关的。
  • 如果源类型是bool,false是0,true是1(如果目标类型是int,则是整型提升,不是整数转换)
  • 如果目标类型是bool,这是bool转换。

浮点转换


浮点类型的值可以转换任何其它的浮点类型。如果转换是按下述进行,那么是浮点提升,不是转换:

  • 源类型可以由目标类型精确表示,其值不变
  • 源类型表示成目标类型两个值之间的某个值,结果是两个值之一,是实现相关的。
  • 其它情况,未定义。

浮点-整型转换


  • 浮点类型可以转换成任意的整型,小数部分直接被截断(直接丢弃)。如果截断后的值没法用目标类型表示,那么行为是未定义的。如果目标类型是bool,则是bool转换。
  • 整型或者unscoped枚举类型是可以转换任意浮点类型。如果其值无法精确表示,则由实现定义选择最接近最大值或者最小值来表示。如果其值无法用指定类型表示,行为未定义。如果源类型是bool,false是0,ture是1.

指针转换


  • 空指针是NULL常量,为0的整型值或者std::nullptr_t类型,包括nullptr,可以转换成任意类型,结果是转换后类型的空指针。这种转换(又被称为空指针转换)可以一次变成cv修饰的类型,意思是说这不是数值类型转换和修饰符转换的组合。
  • 指向任意目标类型T(cv修饰是可选的)的指针可以转换成void(相同的cv修饰符)。所得类型在内存布局上一致的。如果原指针是空指针,则结果是相应类型的空指针。
  • 指向派生类类型的指针(cv修饰是可选的)可以转换成相应的基类类型(相同的cv修饰)。转换的结果是指向原来对象中subobject的基类部分的指针。空指针是转换成相应类型的空指针。

指向成员指针的转换


  • 空指针是NULL常量值,值为0的整型值或者std::nullptr_t类型,包括nullptr,可以转换成指向成员的指针,结果是指向相应类型的空指针。
  • 指向某类型T基类B成员的指针可以转换成相同类型T的派生类中的成员指针。如果B无法访问或者未定义或者D的虚基类或者是D基类的基类,转换是ill-formed(不会编译)。结果类型可以解引用为D对象,其可以访问D类中为B的subojbect。空指针还是转换成相应类型的空指针。

布尔转换


整型、浮点、枚举、指针以及指向成员的指针类型可以转换成bool。0值(整型、浮点和枚举)以及空指针,指向成员的空指针转换成false,其它值是true。

修饰符转换


  • 指向cv修饰符修饰的指针,可以转换为更多cv修饰符修饰的指针。
  • 指向cv修饰符修饰的成员类型的指针,可以转换更多cv修饰符修饰的指针。
  • 没有修饰符:增加const
  • 没有修饰符:增加volatile
  • 没有修饰符:增加const volatile
  • const修饰:变成 const volatile
  • volatile修饰:变成 const volatile

安全bool值问题


直到C++11中引入的显示转换,设计一个可以用在需要布尔值的上下文是一个问题:考虑用户自定义的转换函数,例如T::operator bool() const,隐式的转换顺序允许在函数调用后有额外的转换,即bool值可以转换为int,这样像obj«1,或者 int i = obj是合法的。

早期的解决方法可以在std::basic_ios中发现,它定义了operator!和operator void*(直到c++11),所以当这样的代码:if(std::cin)编译成为void*,然后转换成bool值,但是int n = std::cout不编译,因为void*无法转换成int。但是这仍然允许一些奇怪的代码,例如 delete std::cout,在C++11之前的一些第三方库设计一些更加优雅的解决方法,称为Safe Bool idiom


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