Implicit conversions

该博文翻译自Implicit conversion

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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