Меню
Главная
Случайная статья
Настройки
|
Приведение (преобразование) типа (англ. type conversion, typecasting) — в информатике преобразование значения одного типа в значение другого типа.
Содержание
Описание
Выделяют приведения типов:
- явные (англ. explicit);
- неявные (англ. implicit cast, coercion).
Явное приведение задаётся программистом в тексте программы с помощью:
- конструкции языка;
- встроенных функций, принимающей значение одного типа и возвращающей значение другого типа.
Неявное приведение выполняется транслятором (компилятором или интерпретатором) по правилам, описанным в стандарте языка. Стандарты большинства языков запрещают неявные преобразования.
В объектно-ориентированных языках, таких как C++, механизм наследования реализуется посредством приведения типа указателя или ссылки на текущий объект к базовому классу (в типобезопасных, таких как OCaml, понятие о приведении типов отсутствует принципиально, и допустимость обращения к компоненту подтипа контролируется механизмом проверки согласования типов на этапе компиляции, а в машинном коде остаётся прямое обращение).
Неявное приведение типа
Неявное приведение типа в языках C/C++
Неявное приведение типов происходит в следующих случаях[1]:
- после вычисления операндов бинарных арифметических, логических, битовых операций, операций сравнения, а также 2-го или 3-го операнда операции «?:»; значения операндов приводятся к одинаковому типу;
- перед выполнением присваивания;
- перед передачей аргумента функции;
- перед возвратом функцией возвращаемого значения;
- после вычисления выражения конструкции
switch значение приводится к целочисленному типу;
- после вычисления выражений конструкций
if , for , while , do -while значение приводится к типу bool .
Например, при выполнении бинарной арифметической операции значения операндов приводятся к одному типу. При наследовании указатели производного класса приводятся к указателям базового класса.
Рассмотрим пример на языке C.
double d; // вещественный тип
long l; // целый тип
int i; // целый тип
if ( d > i ) d = i;
if ( i > l ) l = i;
if ( d == l ) d *= 2;
При выполнении операций сравнения и при присваивании переменные разных типов неявно приводятся к одному типу.
При неявных преобразованиях возможны побочные эффекты. Например, при приведении числа вещественного типа к целому типу дробная часть отсекается (округление не выполняется)[2]. При обратном преобразовании возможно понижение точности из-за различий в представлении вещественных и целочисленных чисел. Например, в переменной типа float (число с плавающей точкой одинарной точности по стандарту IEEE 754), нельзя сохранить число 16 777 217 без потери точности, а в 32-битной переменной целого типа int — можно. Из-за потери точности операции сравнения одного и того же числа, представленного целым и вещественным типами (например, int и float ), могут давать ложные результаты (числа могут быть не равны).
#include <stdio.h>
int main ( void )
{
int i_value = 16777217;
float f_value = 16777216.0;
printf( "The integer is:%d\n", i_value );
printf( "The float is: %f\n", f_value );
printf( "Their equality:%d\n", i_value == f_value );
}
Приведённый код выведет следующее, если размер int — 32 бита и компилятор поддерживает стандарт IEEE 754:
The integer is: 16777217
The float is: 16777216.000000
Their equality: 1
Явное приведение типа
Приведения типов в языке C
Для явного приведения типов имя типа указывается в круглых скобках перед переменной или выражением. Рассмотрим пример.
int X;
int Y = 200;
char C = 30;
X = (int)C * 10 + Y; // переменная С приводится к типу int
Для вычисления последнего выражения компилятор выполняет примерно следующие действия:
- сначала переменная
C символьного типа char явно приводится к целочисленному типу int путём расширения разрядности;
- выполняется вычисление операндов для операции умножения. Левый операнд имеет тип
int . Правый операнд — константа 10 , а такие константы по умолчанию имеют тип int . Так как оба операнда оператора «*» имеют тип int , неявное приведение типов не выполняется. Результат умножения тоже имеет тип int ;
- выполняется вычисление операндов операции сложения. Левый операнд — результат умножения имеет тип
int . Правый операнд — переменная Y имеет тип int . Так как оба операнда оператора «+» имеют тип int , неявное приведение к общему типу не выполняется. Результат сложения тоже имеет тип int ;
- выполнение присваивания. Левый операнд — переменная
X имеет тип int . Правый операнд — результат вычисления выражения, записанного справа от знака «=», тоже имеет тип int . Так как оба операнда оператора «=» имеют одинаковый тип, неявное приведение типов не выполняется.
Но даже при этом возможны ошибки. Тип char может быть как знаковым (signed char ), так и беззнаковым (unsigned char ); результат зависит от реализации компилятора и такое поведение разрешено стандартом. Значение беззнакового типа char при преобразовании к знаковому типу int может оказаться отрицательным из-за особенностей реализации машинных инструкций на некоторых процессорах. Чтобы избежать неоднозначностей, рекомендуется явно указывать знаковость для типа char .
Приведения типов в языке C++
В языке C++ существует пять операций для явного приведения типа. Первая операция — круглые скобки ((type_to)expression_from ) поддерживается для сохранения совместимости с C. Остальные четыре операции записываются в виде
xxx_cast< type_to >( expression_from )
Рассмотрим пример.
y = static_cast< signed short >( 65534 ); // переменной y будет присвоено значение -2
Громоздкие ключевые слова являются напоминанием программисту о том, что приведение типа чревато проблемами.
Назначение: допустимые приведения типов.
Операция static_cast аналогична операции «круглые скобки» с одним исключением: она не выполняет приведение указателей на неродственные типы (для этого применяется операция reinterpret_cast ).
Применение:
- преобразование между числовыми и enum, в том числе если неявное преобразование невозможно (
int enum class ) или приводит к предупреждению «Возможная потеря точности» (double float );
- приведение указателей к типу
void* и наоборот;
- приведение указателей на производные типы к указателям на базовые типы и наоборот;
- выбор одной из нескольких перегруженных функций;
bool myLess(const wchar_t*, const wchar_t*);
bool myLess(const std::wstring&, const std::wstring&);
std::vector<std::wstring> list;
std::sort(list.begin(), list.end(), static_cast<bool(*)(const std::wstring&, const std::wstring&)>(myLess));
- явный вызов конструктора с одним аргументом или перегруженной операции приведения типа;
struct Type {
// конструктор с одним аргументом для приведения типа int к типу Type
Type ( int );
// перегруженная операция для приведения типа Type к типу double
operator double () const;
};
int main () {
Type x, y;
int i;
double d;
// вызов конструктора с одним аргументом
x = y + static_cast< Type >( i );
// вызов перегруженной операции приведения типа
d = static_cast< double >( x );
return 0;
}
- конструктор может иметь большее число аргументов, но для них должны быть заданы значения по умолчанию;
struct Type {
// конструктор с несколькими аргументами для приведения типа int к типу Type;
// для 2-го и последующих аргументов заданы значения по умолчанию
Type ( int, int = 10, float = 0.0 );
};
- приведение типа в шаблонах (компилятор уже при специализации шаблона решает, какие операции использовать);
- приведение операндов тернарной условной операции «
?: » к одному типу (значения 2-го и 3-го операндов должны иметь одинаковый тип);
Ограничения на expression_from : нет.
Ограничения на type_to : должен существовать способ преобразования значения выражения expression_from к типу type_to , с помощью operator type_to или конструктора.
Производит ли операция static_cast код: в общем случае да (например, вызов перегруженной операции приведения типа или конструктора).
Источники логических ошибок: зависят от того, что собираетесь делать операцией. Возможны переполнения, выход за диапазон и даже (для преобразования указателей) порча памяти.
Пути избавления: зависят от задачи, и часто избавляться не нужно.
Примеры.
// Получить процент попаданий.
double hitpercent (
const int aHitCount, // число попаданий
const int aShotCount // число выстрелов
) {
if ( aShotCount == 0 ) return 0.0;
// Приведение типов к double выполняется для выполнения вещественного (не целочисленного) деления
return static_cast< double >( aHitCount * 100 ) / static_cast< double >( aShotCount );
}
// следующие строчки эквивалентны
// использование операции static_cast
string s = static_cast< string >( "Hello!" );
// вызов конструктора с одним аргументом
string s = string( "Hello!" );
// использование операции «круглые скобки»
string s = (string) "Hello!";
string s = static_cast< string >( 5 ); // не компилируется, компилятор не может найти подходящий конструктор
Назначение: приведение вниз по иерархии наследования, с особым поведением, если объект не имеет нужного типа. Используется именно в случаях, когда программист не уверен в типе.
Операция получает информацию о типе объекта expression_from с помощью RTTI. Если тип будет type_to или его подтипом, приведение выполняется. Иначе:
- для указателей возвращается NULL;
- для ссылок создаётся исключение
std::bad_cast .
Ограничения на expression_from : выражение должно быть ссылкой или указателем на объект, имеющий хотя бы одну виртуальную функцию.
Ограничения на type_to : любой другой виртуальный.
Производит ли операция dynamic_cast код: да.
Логические ошибки возможны, если операции передать аргумент, не имеющий тип type_to , и не проверить указатель на равенство NULL (соответственно не обработать исключение std::bad_cast ).
Пути избавления: продуманная объектная система. Иногда (например, в обработке событий пользовательского интерфейса) dynamic_cast используют только как дополнительную самопроверку, когда и без того известно, какого типа объект, спровоцировавший событие.
Назначение: снятие/установка модификатора(ов) const , volatile и/или mutable . Часто это применяется, чтобы обойти неудачную архитектуру программы или библиотеки, для стыковки с другими языками, для передачи информации через обобщённые указатели void* , для одновременного написания const- и не-const-версии функции[3]
Ограничения на expression_from : выражение должно возвращать ссылку или указатель.
Ограничения на type_to : тип type_to должен совпадать с типом выражения expression_from с точностью до модификатора(ов) const , volatile и mutable .
Производит ли операция const_cast код: нет.
Источники логических ошибок: программа может изменить неизменяемый объект. Иногда это может привести к ошибке сегментации, иногда подпрограмма может не ожидать[3], что память, которую она предоставила для чтения, вдруг изменили.
Пути избавления: просчитанная const-корректность и удачный API: с Си++17 string.data() получила версию без const. С Си++14 — общая шаблонная функция, возвращающая decltype(auto) , и функции с const и без вызывают её[3]. С Си++23 эту функцию сразу можно использовать как метод.
Для примера рассмотрим код динамической библиотеки.
#include <string> // string
using namespace std;
namespace
{
string s = "Wikipedia"; // Глобальная переменная
// метод string::c_str() возвращает указатель типа const char *
}
typedef char * PChar;
void __declspec( dllexport ) WINAPI SomeDllFunction ( PChar & rMessage )
{
// преобразование char const * в char *
rMessage = const_cast< char * >( s.c_str() );
}
При загрузке библиотеки в память процесса создаёт новый сегмент данных, в котором размещаются глобальные переменные.
Код функции SomeDllFunction() находится в библиотеке и при вызове возвращает указатель на строковые данные. Операция const_cast используется для удаления модификатора const .
Назначение: каламбур типизации — назначение ячейке памяти другого типа (не обязательно совместимого с данным) с сохранением битового представления.
Объект, возвращаемый выражением expression_from , рассматривается как объект типа type_to .
Ограничения на expression_from : выражение должно возвращать значение порядкового типа (любой из целых, логический bool или перечислимый enum ), указатель или ссылку.
Ограничения на type_to :
- Если
expression_from возвращает значение порядкового типа или указатель, тип type_to может быть порядковым типом или указателем.
- Если
expression_from возвращает ссылку, тип type_to должен быть ссылкой.
Производит ли операция reinterpret_cast код: нет.
Источники логических ошибок. Объект, возвращаемый выражением expression_from , может не иметь типа type_to . Нет никакой возможности проверить это, всю ответственность за корректность преобразования программист берёт на себя.
Пути избавления: поскольку функция предназначена для работы на низком уровне и обхода ошибок чужой архитектуры, практически нет. Одну из задач — низкоуровневую работу с битами и байтами памяти — можно и нужно заменять на функцию bit_cast Си++20.
Рассмотрим примеры.
// Возвращает true, если число x конечное.
// Возвращает false, если число x равно или NaN.
bool isfinite ( double const x )
{
// преобразование double const -> uint64_t const &
uint64_t const & y = reinterpret_cast< uint64_t const & >( x );
return ( ( y & UINT64_C( 0x7FF0000000000000 ) ) != UINT64_C( 0x7FF0000000000000 ) );
}
// попытка получения адреса временного значения
long const & y = reinterpret_cast< long const & >( x + 5.0 );
// ошибка: выражение x + 5.0 не является ссылкой
См. также
Примечания
- cppreference.com. Implicit conversions Архивная копия от 18 декабря 2014 на Wayback Machine.
- open-std.org ISO/IEC 9899:2018 C Programming Language Standard (C18) Архивная копия от 22 июля 2020 на Wayback Machine 6.3.1.4 Real floating and integer.
- 1 2 3 C++ Weekly - Ep 283 - Stop Using const_cast! - YouTube (неопр.). Дата обращения: 20 августа 2021. Архивировано 20 августа 2021 года.
Ссылки
|
|