0. 引言

不同的数据在计算机内存中的存储形式不同，导致了“类型”这一抽象概念的呈现。对于一个变量而言，其必须要答复三个问题：

  1. 在哪能够拜访到这个变量的终点？
  2. 从终点向后须要读取多少内存？
  3. 应该如何解析读取到的二进制数据？

上述的三个问题中，问题1，由内存地址答复，问题2和3，均由类型答复。由此可见，类型与内存地址独特形成了一个变量的残缺组分。之所以不能对void *取值，也是因为无法回答问题2和3导致。

进一步的，咱们能够失去一条非常重要的论断：对于两个不同类型的变量，因为其对问题2和3的答案不同，故如果将这样的两个变量间接进行运算，在绝大多数状况下都将无奈产生有价值的计算结果。故在简直所有的编程语言中都有一条重要的规定：不同类型的两个变量无奈间接进行运算。

尽管不同类型的两个变量无奈进行运算，但显然，咱们可将其中的一个变量通过类型转换，转为与另一个变量类型统一，此时就满足“同类型变量能力进行运算”这一规定了。同时，因为某些类型转换是“理所应当”的，而另一些不是，故由此又派生出两个概念：隐式类型转换与显式类型转换。隐式类型转换指不通过专门的类型转换操作，而是通过其余规定或代码上下文隐式产生的类型转换，而显式类型转换则通过专门的类型转换操作进行转换，显式类型转换具备强制性，其将不受任何类型转换以外的因素影响，故显式类型转换又称为强制类型转换。

在C++中，类型转换是一个非常复杂的话题。本文将先从隐式类型转换动手，逐渐探讨各类C++的类型转换话题。

1. 类型晋升与算术类型转换

算术类型转换专指C++提供的各种内置算术类型之间的隐式类型转换。内置算术类型次要包含以下类型：

  1. bool
  2. char, signed char, unsigned char
  3. short, int, long, long long, unsigned short, unsigned int, unsigned long, unsigned long long
  4. float, double, long double
  5. size_t, ptrdiff_t, nullptr_t等其余非凡类型

算术类型转换是一类不齐全明确的，且与底层密切相关的隐式类型转换。其遵循以下几条次要准则：

  1. 对于同类算术类型，如short与int，float与double，占用较小内存的类型将转换成另一类型。如short + int将被转换为int + int。此种类型转换称为类型晋升。
  2. 整形将转为浮点型。如int + double将被转换为double + double。
  3. 仅当无符号类型占用的内存小于有符号类型时，无符号类型将产生类型晋升从而转为有符号类型，否则，有符号类型将转为无符号类型。这是一个十分须要留神的点。

参考以下代码：

int main(){    unsigned short a = 1;    unsigned b = 1;    cout << (a > -1) << " " << (b > -1) << endl;  // 1 0!}

上述代码中，-1作为int间接量而存在，因为变量a是unsigned short类型，故其将被转为int，值仍为1。但因为变量b的类型是与int同级的unsigned类型，故此时-1将被转为unsigned类型，这显著不是咱们须要的后果。由此可见，当有符号类型与无符号类型（如size_t）产生混用时，肯定要小心可能会产生的隐式类型转换。

2. 转换构造函数

2.1 定义转换构造函数

C++中，如果一个构造函数满足以下所有条件，则其成为一个转换构造函数：

  1. 至少有一个不含默认值的形参。这次要包含以下几种状况：
  • 构造函数只有一个形参
  • 构造函数有不止一个形参，但只有第一形参无默认值
  • 构造函数有不止一个形参，但全副形参均有默认值
  1. 第一形参的类型不为类自身或其附加类型（否则此构造函数将成为拷贝构造函数或挪动构造函数）

如果一个类定义了某种转换构造函数，则被定义的类型将能够通过任何类型转换形式转为以后类类型。这常见于以下几种状况：

  1. 赋值时产生的隐式类型转换
  2. 实参传递时产生的隐式类型转换
  3. 基于static_cast的显式类型转换

参考以下代码：

struct A { A (int) {} };  // 转换构造函数void test(A) {}int main(){    A _ = 0;  // 赋值时产生的隐式类型转换    test(0);  // 实参传递时产生的隐式类型转换}

上述代码中，咱们为类A定义了从int到A的转换构造函数。则此时，咱们即能够将一个int间接赋值给类型为A的变量，也能够间接将一个int作为实参传给类型为A的形参。这两种状况产生时，都隐式地通过转换构造函数结构了类A的一个实例。

2.2 阻止基于转换构造函数进行的隐式类型转换

由上文可知，当定义了一个转换构造函数后，就买通了某个其余类型向类类型进行转换的通道。此时，如果咱们心愿禁用基于转换构造函数进行的隐式类型转换，则须要在转换构造函数前追加explicit申明。

当一个转换构造函数被申明为explicit后，其具备以下性质：

  1. 禁止所有场合下的基于转换构造函数的隐式类型转换
  2. 不影响被转换类型到类类型的强制类型转换
  3. 不影响对转换构造函数的失常调用

参考以下代码：

struct A { explicit A (int) {} };  // explicit转换构造函数void test(A) {}int main(){    A _ = 0;            // Error！禁止赋值时产生的隐式类型转换！    test(0);            // Error！禁止实参传递时产生的隐式类型转换！    static_cast<A>(0);  // explicit不影响强制类型转换    A(0);               // explicit不影响对转换构造函数的失常调用}

上述代码中，咱们将类A的转换构造函数申明为explicit，则此时int将不能通过赋值或实参传递的形式隐式的转换为A。但显然，explicit只是禁用了转换构造函数的隐式类型转换性能，其构造函数性能以及显式类型转换性能并不受影响。

3. 类型转换运算符

转换构造函数定义了其余类型向类类型的转换计划，类型转换运算符则定义了与之相同的过程：其用于定义类类型向其余类型的转换计划。当类定义了某种类型的类型转换运算符后，类类型将能够向被定义类型产生类型转换。

参考以下代码：

struct A { operator int() const { return 0; } };  // 定义A -> int进行类型转换的计划void test(int) {}int main(){    test(A());  // 产生了A -> int的隐式类型转换}

与转换构造函数相似，如果心愿禁用隐式类型转换，则须要对类型转换运算符追加explicit申明。同样的，explicit不影响强制类型转换。

参考以下代码：

struct A { explicit operator int() const { return 0; } };  // explicit类型转换运算符void test(int) {}int main(){    test(A());                    // Error！禁止A -> int的隐式类型转换    test(static_cast<int>(A()));  // explicit不影响强制类型转换}

对于类型转换运算符与explicit还有一条额定规定：operator bool()在条件表达式（这次要包含：if, while, for, ?:的条件局部）或逻辑表达式中产生的隐式类型转换将不受explicit影响。

参考以下代码：

struct A { explicit operator bool() const { return true; } };  // explicit类型转换运算符int main(){    if (A()) {}  // 即便operator bool()被申明为explicit，其在if中也能产生隐式类型转换}

4. 继承类到基类的类型转换

4.1 动态类型与动静类型

C++的继承机制决定了这样的形象模型：继承类 = 基类局部 + 继承类局部，这意味着每一个继承类都含有其所有基类（如果基类不止一个）的数据各一份。也就是说，对于一个继承类对象，对其基类局部进行操作显然是可行的，这次要包含：

  1. 失去基类局部的数据
  2. 将类型转换为基类类型（以失落某些信息为代价）

也就是说，咱们能够将一个继承类对象间接赋值给一个基类类型的变量，显然，这样的赋值建设在隐式类型转换之上，称为继承类到基类的类型转换，或称为向上类型转换。依据附加类型的不同，向上类型转换分为以下几种状况：

struct A {};struct B: A {};int main(){    A a1   = B();    // 值向上转换    A *a2  = new B;  // 指针向上转换    A &a3  = a1;     // 左值援用向上转换    A &&a4 = B();    // 右值援用向上转换}

上述代码中，变量a1的类型是A，这是一个非指针或援用变量，故变量的内存大小就是A类对象的大小。如果对基类类型变量应用继承类对象赋值，则将强行去除继承类对象的继承类局部，而将基类局部赋值给变量。故对于a1而言，其失去的应该是一个B类对象的A类局部。即：如果产生向上类型转换的类型是类自身，则将以失落继承类对象的继承类局部为代价进行向上类型转换。

事实上，此赋值操作调用了A类的合成拷贝赋值运算符，而非基于隐式类型转换。C++对于类的某些成员函数的合成操作是一个非常复杂的话题，且波及大量与本文无关的内容，故本文不再详述。

对于变量a2-4，其类型都是A的指针或援用（也是指针），而非A的本体。因为指针自身并不与类型间接挂钩，故实践上，此类变量中真正寄存的值能够是一个非A类型的数据。由此，咱们引出动态类型与动静类型的概念。

C++中，一个变量申明的类型称为动态类型，而其理论存储的数据的类型称为动静类型。在绝大多数状况下，动态类型与动静类型都是必须统一的，如果不统一，将产生隐式类型转换或引发编译谬误。当且仅当应用基类的指针或援用存储继承类对象时，变量的动态类型与动静类型将不统一。此时，尽管看上去产生了向上类型转换，但实际上并未产生，此过程称为动静绑定。

一个变量的动态类型，决定了由此变量可能拜访到的成员名称。当动态类型是基类指针或援用时，即便变量寄存的是继承类对象，也只可能拜访到基类中申明的成员名称。即：如果产生向上类型转换的类型是类的指针或援用，则将以失落继承类局部的成员名称为代价进行向上类型转换。但因为虚函数的存在，拜访成员名称所失去的理论成员函数将不肯定与动态类型保持一致，此性质是C++多态的外围。虚函数相干话题与本文无关，这里不再详述。

4.2 阻止向上类型转换

让咱们从新思考这样一个问题：为什么继承类能够拜访基类的成员？不难发现，“继承类能够拜访基类成员”这一性质并不是理所当然的，因为继承类中并没有“复制粘贴”一个基类，而只有继承类自身的局部，故原则上继承类尽管继承了基类，但其自身依然是没有能力拜访基类的成员的。继承类对象之所以可能拜访基类成员，是因为在进行这样的拜访时，继承类的this指针通过向上类型转换操作转换成了一个基类类型的指针，而后以基类指针的身份拜访到了基类的成员。

如果心愿阻止这种隐式的向上类型转换呢？让咱们认真考查public，protected，private这三个关键字。

依照惯例的解读，这三个关键词用于限定类的用户的拜访权，须要留神的是：“类的用户”不仅指类实例，也指继承此类的类。阐明如下：

  • public：当用于拜访说明符时，示意对类的所有用户可见；用于继承时，示意继承时不批改基类的所有拜访说明符
  • protected：当用于拜访说明符时，示意仅对类的继承用户可见，对类的实例用户不可见；用于继承时，示意将基类的所有public拜访说明符在继承类中批改为protected
  • private：当用于拜访说明符时，示意对所有类的用户均不可见；用于继承时，示意将基类的所有public和protected拜访说明符在继承类中批改为private

上述形容中，“将基类的xxx拜访说明符在继承类中批改为xxx”是一个很奇怪且魔幻的形容，咱们不禁要思考，为什么C++会给出这样的三种继承模式？又为什么要“随同着继承批改拜访说明符”呢？

如果咱们从向上类型转换这一角度思考，就能得出答案：

  • public：不阻止任何用户进行向上类型转换
  • protected：阻止类的实例用户进行向上类型转换
  • private：阻止所有用户进行向上类型转换

由此咱们可知，“批改拜访说明符”是一种拜访说明符在继承时的作用的较为直观的了解，而其真正意义是阻止向上类型转换。

参考以下代码：

struct A {};struct B: A {};            // 不阻止任何B类的用户向A进行类型转换struct C: protected A {};  // 阻止C类的实例用户向A进行类型转换struct D: private A {};    // 阻止D类的所有用户向A进行类型转换struct E: B { void test() { static_cast<A *>(this); } };  // B类的继承类用户能够向A进行类型转换struct F: C { void test() { static_cast<A *>(this); } };  // C类的继承类用户能够向A进行类型转换struct E: D { void test() { static_cast<A *>(this); } };  // Error！D类的继承类用户不能够向A进行类型转换int main(){    static_cast<A *>(new B);  // B类的实例用户能够向A进行类型转换    static_cast<A *>(new C);  // Error！C类的实例用户不能够向A进行类型转换    static_cast<A *>(new D);  // Error！D类的实例用户不能够向A进行类型转换}

上述代码中，类B，C，D别离以三种不同的拜访说明符继承自类A，同时，咱们别离为类B，C，D各定义了一个继承类用户和一个实例用户。由此可见，public继承将不阻止类的任何用户进行向上类型转换，而private继承将阻止类的所有用户进行向上类型转换，protected继承只阻止类的实例用户进行向上类型转换，但不阻止类的继承类用户进行向上类型转换。

4.3 多重继承与向上类型转换

对于多重继承，其向上类型转换对于同一继承层的多个基类是全面进行的。

参考以下代码：

struct A { int i; };struct B { int i; };struct C: A, B { int i; };struct D: A, B {};int main(){    C().i;  // 拜访C::i    D().i;  // Error！存在二义性！}

对于类C，因为其本身定义了变量i，故拜访C类的i变量时并未产生向上类型转换。而对于类D，因为其本身没有定义变量i，故拜访D类的i变量时须要在其各个基类中别离进行查找。因为编译器发现D -> A -> i与D -> B -> i这两种查找路线都是可行的，故此时编译器断定此查找存在二义性。

5. 其余隐式类型转换

C++中还定义了一些非凡的类型转换，以下列举出一些常见的状况：

  1. 0转换为空指针：
int main(){    int *p = 0;}
  1. 数组进化为指针
int main(){    int a[10];    int *p = a;}
  1. 空指针或数字0转为false，其余指针或数字转为true
int main(){    if(nullptr) {}    if (2) {}}
  1. T 转换为void
int main(){    void *p = new int;}

显然，不存在void * -> T *的隐式类型转换。

  1. 非const转换为const
int main(){    int *a;    const int * const b = a;}

樱雨楼
2019.8 于苏州