关于c++:C中的类型转换中隐式类型转换与函数重载

在上篇中，咱们探讨了 C ++ 中与隐式类型转换相干的一些话题，而函数重载是与隐式类型转换相干的又一大重要话题，本篇将要探讨的内容即为隐式类型转换与函数重载之间的相干话题。

6. 隐式类型转换与重载确定

C++ 中，如果同时定义了多个函数名称雷同，但函数签名不同的函数，则此行为称为函数重载。调用重载函数时，编译器将依据调用的参数数量与类型确定被调用的是哪一个函数，此过程称为重载确定。在重载确定过程中，如果编译器发现不止一个函数都是以后调用的最佳版本，则将引发二义性编译时谬误。

须要申明的是： 重载确定是一个非常复杂的话题，本文没有对重载确定的所有状况进行详尽的阐述，而只是提出了其中一些与隐式类型转换关联较大的，或具备代表性的话题进行阐述。

首先，援用《C++ Primer》中对于重载确定的隐式类型转换等级的阐明：

为了确定最佳匹配，编译器将实参类型到形参类型的转换划分成几个等级，具体排序如下所示：

1. 准确匹配，包含以下状况：

• 实参类型和形参类型雷同
• 实参从数组类型或函数类型转换成对应的指针类型
• 向实参增加顶层 const 或从实参中删除顶层 const

1. 通过 const 转换实现的匹配
2. 通过类型晋升实现的匹配
3. 通过算术类型转换或指针转换实现的匹配
4. 通过类类型转换实现的匹配

依据这段内容，咱们能够失去以下要点：

1. 数组向指针，以及函数向函数指针的隐式类型转换并不被 C ++ 视为隐式类型转换，其只是语法上的差异
2. 显然，顶层 const 在不同变量之间不存在传递性
3. 波及底层 const 的类型转换被视为最靠近准确匹配的隐式类型转换
4. 类型晋升优先于算术类型转换
5. 自定义的类型转换等级最低， 且各种自定义类型转换之间无先后差异

咱们首先来看一个最简略的例子：

void test(int) {}
void test(int, int = 0) {}

int main()
{test(0);  // 调用哪一个 test？}

上述代码中，咱们仅通过一个 int 调用了 test 函数，此时，编译器无奈确定调用的函数版本应该是 void test(int) 还是 void test(int, int = 0)，所以此调用是具备二义性的。

再来看一个依据形参类型进行重载确定的例子：

void test(int) {}
void test(double) {}

int main()
{test(0);    // void test(int)
    test(0.);   // void test(double)
    test('0');  // void test(int)，因为 char -> int 比 char -> double 更优
}

上述代码中，显然，test(0) 调用是 void test(int) 版本的准确匹配，且 test(0.) 调用是 void test(double) 版本的准确匹配。考查 test(‘0’)，因为 char -> int 属于类型晋升，其比 char -> double 更优，故编译器抉择了 void test(int) 版本，并将 char 通过隐式类型转换转为 int。

接下来探讨用户自定义的类型转换与重载确定之间的关系。

首先，C++ 对于隐式类型转换有一条十分重要的规定： 对于单次隐式类型转换，用户定义的隐式类型转换计划与算术类型转换各可呈现一次，且程序不限。

围绕此条性质，首先能够失去的论断是：不容许呈现不止一次的用户定义的隐式类型转换。

参考以下代码：

// 定义 A -> B -> C 的隐式类型转换
struct A {};
struct B {B(const A &) {}};
struct C {C(const B &) {}};

int main()
{B b  = A();     // A -> B
    C c1 = A();     // Error! 不能够间断应用两次自定义的隐式类型转换
    C c2 = B(A());  // B -> C
}

上述代码中，应用 A 类对象对 B 类变量赋值是可行的，因为咱们定义了 A -> B 的转换构造函数，但如果咱们试图通过多个转换构造函数实现 A -> B，而后 B -> C 的隐式类型转换，则会引发编译时谬误。

对于同时存在算术类型转换与用户定义的类型转换的状况，重载确定将分为以下几种状况：

1. 存在准确匹配的类型转换

参考以下代码：

struct A {operator int() {return 0;} operator double() { return 0.;} };

int main()
{static_cast<double>(A());
}

上述代码中，A 类能够同时向 int 与 double 进行类型转换，因为 A -> double 是 operator double 的准确匹配，则编译器将抉择此版本。

1. 存在多个可行的用户定义的类型转换，但不存在准确匹配的类型转换

参考以下代码：

struct A {operator int() {return 0;} operator double() { return 0.;} };

int main()
{static_cast<long double>(A());  // 二义性谬误！}

上述代码中，类型转换的指标由 1 中的 A -> double 批改为 A -> long double，因为 A 类定义的两个类型转换都不再是准确匹配，此时编译器将间接断定此行为具备二义性。

再来看下一个例子：

// 同时定义 int -> A, int -> B, double -> C 的转换构造函数
struct A {A(int) {}};
struct B {B(int) {}};
struct C {C(double) {}};

void test(const A &) {}
void test(const B &) {}
void test(const C &) {}

int main()
{
    // 因为同时存在多个可行的用户定义的类型转换，包含：// 1. 0 -> A
    // 2. 0 -> B
    // 3. 0 -> double -> C
    // 此调用将间接被断定为二义性
    test(0);

    // 同理，这样的调用存在的可行的类型转换如下：// 1. 0. -> int -> A
    // 2. 0. -> int -> B
    // 3. 0. -> C
    // 故即便 0. -> C 是准确匹配，也将被断定为二义性
    test(0.);
}

上述代码中，咱们为类 A，B，C 都定义了 int 或 double 到类类型的转换构造函数，同时，咱们定义了别离以 A，B，C 作为形参类型的三个重载函数，并应用 int 或 double 作为实参进行调用。此时，因为 int 与 double 都存在向 A，B，C 进行基于用户定义的隐式类型转换的计划，故此种调用将间接被编译器断定为二义性。

由此，咱们失去了第一条用户定义的类型转换计划与重载确定之间的重要规定： 如果存在多个可行的用户定义的类型转换，且没有一个类型转换是准确匹配的，则此种状况将被编译器断定为二义性。

1. 只存在一个可行的用户定义的类型转换，但不是准确匹配

参考以下代码：

struct A {operator int() {return 0;} };

int main()
{static_cast<long double>(A());  // A -> int -> long double
}

上述代码中，依据上文“用户定义的隐式类型转换计划与算术类型转换各可呈现一次，且程序不限”的性质，此种状况是可行的。当咱们试图将 A 转换为 long double 时，A() 通过其惟一的类型转换操作符 operator int() 被转换为一个 int，而后再通过算术类型转换转为 long double。

1. 只存在一个用户定义的类型转换，但存在多个算术类型转换

参考以下代码：

struct A {A(int) {} A(double) {}};

int main()
{A('0');  // char -> int 优于 char -> double，故进行 char -> int -> A 的类型转换
    A(0l);   // long -> int 与 long -> double 都不是更优的算术类型转换，故此调用具备二义性
}

首先须要明确的是，“不同的类型转换”指多个转换指标不同的类型转换，与转换终点无关，因为上述代码中的两个转换构造函数的转换指标都是 A，所以其并不是两个不同的类型转换，即不是上述第二点所述的状况。

对于此例，咱们首先须要引入第二条重要规定： 如果只存在一个可行的用户定义的类型转换，但存在多个不同的算术类型转换时，重载确定以算术类型转换的优劣作为根据。

考查对 A 的两次实例化：A(‘0’) 波及两种隐式类型转换：char -> int -> A 与 char -> double -> A，因为 char -> int 的算术类型转换等级较之 char -> double 更高，故编译器抉择了 char -> int -> A 的隐式类型转换计划。而对于 A(0l)，因为 long -> int 与 long -> double 都不是更好的算术类型转换，故编译器断定此调用为二义性。

7. 隐式类型转换与函数模板

7.1 隐式模板实例化与隐式类型转换

C++ 中，函数模板通过模板实参推导过程实例化出最适宜于以后调用参数的函数版本，那么显然，所有实例化出的函数版本互为重载函数，即：这些实例化函数之间不能存在任何的二义性。同时，因为函数模板对于实参类型的高度不确定性，隐式类型转换简直不会产生在模板实例化过程中，取而代之的是一个新的函数版本。为了同时满足“最适宜以后调用参数的版本”，以及“互为重载函数”这两个要求，咱们不难发现，模板实例化时必须要疏忽大量类型转换，而这正是重载确定中被视为“准确匹配”的条目，包含以下几点：

1. 顶层 const 的有无
2. 数组到指针的类型转换

参考以下代码：

template <typename T>
void test(T) {}

int main()
{const char testStr[10] = "";
    const char * const strPtr = "";
    test(testStr);  // T = const char *，const char [10] 转为 const char *
    test("");       // T = const char *
    test(strPtr);   // T = const char *，const char * const 转为 const char *
}

上述代码中，尽管咱们应用 const char [10] 类型的变量调用模板函数，编译器仍然会实例化出一个 test(const char ) 版本进行调用，这是由“数组即指针”这一底层个性决定的。而对于 const char const 类型，显然，编译器将疏忽其顶层 const。

7.2 显式模板类型，显式模板实例化与隐式类型转换

对于模板中的任何显式类型局部，其都遵循隐式类型转换规定。这次要分为两种状况：

1. 显式类型形参

参考以下代码：

template <int = 0>
void test(int) {}

int main()
{test(0.);  // double -> int
}

上述代码中，尽管 test 是模板函数，但其第一参数是一个明确的 int 类型，故传入的 double 类型实参将通过隐式类型转换被转换为 int 类型。

1. 显式模板实例化

参考以下代码：

template <typename T>
void test(T) {}

int main()
{test<int>(0.);  // 强制调用 void test(int) 版本，double -> int
}

上述代码中，咱们通过显式模板实例化，强行结构并调用了一个 void test(int) 版本的函数。则此时，实参的 double 类型将通过隐式类型转换被转换为 int 类型。

7.3 援用折叠

援用折叠是另一种较为简单的类型转换。参考以下代码：

template <typename T>
void test(T &) {}

template <typename T>
void test(T &&) {}

int main()
{
    const int &a = 0;
    const int &&b = 0;
    test(a);             // 调用 void test(int & &)   -> 折叠为 void test(int &)
    test(b);             // 调用 void test(int && &)  -> 折叠为 void test(int &)
    test(std::move(a));  // 调用 void test(int & &&)  -> 折叠为 void test(int &)
    test(std::move(b));  // 调用 void test(int && &&) -> 折叠为 void test(int &&)
}

当模板参数申明为一个援用，且调用参数也为一个援用时，模板实例化出的参数类型将呈现“援用的援用”，这包含以下四种状况：

1. 应用 T & 调用 T &：T & &
2. 应用 T && 调用 T &：T && &
3. 应用 T & 调用 T &&：T & &&
4. 应用 T && 调用 T &&：T && &&

当呈现以上状况时，通过模板实例化出的函数将产生援用折叠。状况 1，2，3 将折叠为 T &，状况 4 将折叠为 T &&。

须要留神的是，援用折叠只是对实参的适配伎俩，并不扭转 T 的类型。即：如果应用 T & 调用 T &&，则 T 的类型就是 T &。

8. 函数模板的重载确定

对于模板重载，首先须要明确以下几个要点：

1. 模板也能够重载，各模板函数之间的函数签名应互不雷同
2. 模板函数与非模板函数可并存，独特作为同一重载体系
3. 模板特化隶属于某个模板函数的强制实例化版本，与函数重载无关（重载确定后，如果的确调用了具备模板特化的模板函数，此时才会思考模板特化）

如果重载函数中具备模板函数，则此时重载确定同样遵循一般函数的重载确定规定，以及以下的几点新规定：

1. 准确匹配的非模板函数的优先级大于有能力通过实例化失去准确匹配的模板函数
2. 普适性更低的模板函数的优先级大于普适性更高的模板函数

首先咱们探讨上述第一点规定，参考以下代码：

template <typename T>
void test(T) {}

template <>
void test(double) {}

template <typename T>
void test(T, T) {}

template <>
void test(int, int) {}

void test(double) {}
void test(int, double) {}

int main()
{test(0.);     // 调用非模板函数 void test(double)
    test(0, 0.);  // 调用非模板函数 void test(int, double)
    test(0);      // 调用 void test(T) 实例化失去的 void test(int)
    test(0, 0);   // 调用 void test(T, T) 的特化版本 void test(int, int)
}

上述代码中，咱们为 test 函数定义了 4 个重载版本，包含两个模板函数以及两个非模板函数，此外，咱们还定义了两个模板特化函数，上面别离探讨对 test 函数的四种调用状况：

1. test(0.)

对于此调用，候选函数包含：

• void test(T) 模板函数（其有能力实例化出一个准确匹配的 void test(double)， 但这不于重载确定阶段思考 ）
• void test(double) 非模板函数

依据上文“准确匹配的非模板函数的优先级大于有能力通过实例化失去准确匹配的模板函数”这一规定，尽管 void test(T) 模板函数可能实例化出一个准确匹配的 void test(double) 函数，但因为存在一个准确匹配的非模板函数，故编译器将抉择此非模板函数。

1. test(0, 0.)

与 test(0.) 的状况相似，尽管模板函数 void test(T, T) 可能实例化出一个准确匹配的 void test(int, double) 版本，但因为存在一个准确匹配的非模板函数函数，编译器将抉择此版本。

1. test(0)

对于此调用，候选函数包含：

• void test(T) 模板函数，其有能力实例化出准确匹配版本 void test(int)
• 不准确匹配的非模板函数 void test(double)

此时，因为通过模板实例化出的 void test(int) 是惟一准确匹配版本，故编译器将抉择此版本。

1. test(0, 0)

与 test(0) 的状况相似，因为此时不存在准确匹配的非模板函数，则编译器将抉择通过模板实例化失去的版本。此外，因为模板存在对于此调用的准确匹配的模板特化版本，所以编译器最终抉择了此特化版本。

接下来探讨上述第二点规定，参考以下代码：

template <typename T>
void test(T) {}

// 一个普适性更低的模板函数
template <typename T>
void test(T *) {}

int main()
{test(0);  // 调用 void test(T) 实例化失去的 void test(int) 版本
    test(static_cast<void *>(0));  // 调用 void test(T *) 实例化失去的 void test(void *) 版本
}

上述代码中，void test(T ) 较之 void test(T) 是一个普适性更低的模板函数（相似于基于附加类型的类模板偏特化），void test(T) 可承受所有类型的参数，而 void test(T ) 只能承受所有类型的指针参数。

当咱们调用 test(0) 时，void test(T) 为其惟一可行的模板函数，故编译器将抉择此模板实例化失去的 void test(int) 版本进行调用。而对于 test(static_cast<void >(0)) 调用，尽管 void test(T) 与 void test(T ) 都是其可行版本，但因为 void test(T *) 版本的普适性更低，故编译器将抉择此版本进行实例化。

樱雨楼
2019.8 于苏州