《C++代碼設計與重用》——2.7 轉型

本節書摘來自異步社群出版社《imperfect c++中文版》一書中的第2章，第2.7節，作者： 【美】martin d.carroll , margaret a.ellis，更多章節内容可以通路雲栖社群“異步社群”公衆号檢視。

c++代碼設計與重用

2.7 轉型

程式庫設計者必須充分重視隐式轉型（implicit conversion）。在c++中，有兩種方法可以用來定義從類型from到類型to的隐式轉型。第一種，我們可以在類to中定義一個隻含一個參數的構造函數（并且沒有其他的預設參數）：

或者，我們可以在類from中定義一個轉型操作：

假如上面這兩個函數中的一個（也隻能是一個）存在，那麼當一個類型為from的參數傳遞給需要類型為to（或者const to&）的參數時，就會發生隐式轉型：

2.7.1 多重所有權（multiple ownership）

如果from::operator to和to（const from&）兩個操作都已經聲明了，那麼對f的調用将會是二義性的（ambiguous）：

增加一個強制轉型（指（to）from）并不能消除二義性；但多重所有權問題（如此命名是由于類from和類to都擁有轉型操作）是可以很容易避免的，隻要from和to的設計者更加小心謹慎，不要提供兩個轉型操作就可以了。

對稱轉型的存在—就是說，一個從from到to的隐式轉型和一個從to到from的隐式轉型都存在—并不會導緻相同的二義性問題。

實際上，現實的類一般都提供對稱轉型。考慮一個用于表述正規表達式［sm77］的類regex，因為有必要用一個字元串來構造一個regex對象，并且有必要把一個正規表達式解釋成一個字元串，是以一個真實的regex類提供了和string類的對稱轉型：

如果不能改變類string的定義，那麼我們就隻能都在類regex内定義這兩個轉型操作了。

2.7.2 敏感轉型

一個從from到to的隐式轉型，如果它表述的是一個從from到to的自然映射，或者是使用者想要默許發生的轉型，我們就說這個轉型是敏感的（sensible）。實際上，大多數轉型都應該是敏感的（我們會在下一節讨論特殊情況）。

下面讓我們來考慮幾個有關敏感性（sensibility）的例子。假設我們是一個數學程式庫的設計者，在我們的程式庫裡，類rational和類complex分别描述有理數和複數。假如我們隻考慮int、double、rational和complex 4種類型，就會有12種可能的隐式轉型；那麼，這些轉型中哪些是敏感的呢？

complex到int的轉型

很顯然，這個轉型不是敏感的（sensible）。盡管我們有可能定義任何從複數到整數的映射，但這種定義肯定不是自然的。

int到complex的轉型

這是一個很明顯的映射：從整數x映射到複數x+(0)()，并且，使用者大多數都希望整數可以預設地轉化為複數。是以，這個轉型是敏感的。

rational到double的轉型

将一個rational對象映射到一個double對象，這個double對象儲存的值是rational對象的分子除以分母得到的近似值，整個過程将可能損失一定的精度。盡管這個轉型有時可以被認為是自然的，但是使用者往往不想讓這種轉型預設地進行（因為精度可能損失）。是以，這種轉型不是敏感的。

double到rational的轉型

如果我們認為double描述的是實數集合，那麼從double到rational将沒有自然的映射；但實際上，每個double對象表述的是一個有限小數，并且有限小數和有理數有着很好的自然映射，是以，這個轉型有可能是敏感的。

complex到rational的轉型

由于不存在使用者希望發生的、從complex到rational的自然映射，是以這個轉型不是敏感的。

rational到complex的轉型

這個轉型是比較複雜的。每一個有理數同時也可以是一個複數，是以我們可以認為存在一個從rational到complex的映射。然而，如果complex隻能以x+(y)()的形式來表示複數，其中x和y都是double類型，那麼這個轉型就不是敏感的了，原因和rational到double的轉型不是敏感的原因相同（即精度損失）。

從上面這些例子可以看出，經過了詳細的分析，很多隐式轉型都不是敏感的，是以，我們就不應該提供這類轉型操作。練習2.6要求讀者判斷剩餘轉型的敏感性。

注意，對于某些非敏感的隐式轉型，如果我們的程式确實需要它所實作的功能，那麼我們可以把這種轉型實作為顯式轉型。例如，盡管從rational到double的隐式轉型不是敏感的，并且會有精度的損失，但使用者卻可以顯式地（explicitly）将rational對象轉型為double對象；我們可以在數學程式庫裡提供這個函數：

2.7.3 不敏感轉型

回想一下2.4.1節的pool類，如2.4.1節所述，pool的構造函數需要包含一個大小參數：

此外，我們也沒有給這個函數傳遞其他的參數。是以，我們會得到一個單參數的構造函數，并由它來建立一個轉型函數。遺憾的是，從size_t到pool的轉型并不是敏感的—幾乎沒有使用者會把一個size_t對象預設地轉化為一個pool對象：

我們可以用兩種方法來解決上面這個問題。第一種，我們可以隻提供構造函數，把避免隐式轉型的工作留給使用者完成；第二種，我們可以定義一個中間類：

因為對函數的實參，如果它的轉型是使用者定義的，那麼c++是不能（隐式地）執行多于一次的轉型的；這個設計将會導緻編譯器拒絕編譯下面的錯誤代碼：

然而，定義一個中間類有很大的缺點：它使pool類的了解和使用更加困難。現在如果想要構造一個pool對象，使用者應該這樣編碼：

大多數使用者都會傾向于使用雖容易産生錯誤，但更加簡單的接口；是以，程式庫有時也提供不敏感的（nonsensible）轉型。

我們可以這樣來定義一個類型的轉型數目（fanout）：它就是這個類型可以隐式轉換為其他類型的數目。很大的轉型數目往往不是我們所期望的，因為它很容易導緻二義性的發生。例如，假設類from可以轉型為兩種類型：to和another_to，那麼下面的函數調用就存在二義性：

增加一個強制轉型（cast）就可以解決這個二義性問題：

然而，如果可能的話，c++程式庫不應該強迫它的使用者在他們的代碼中使用強制轉型（cast）。是以，c++程式庫應該避免大的轉型數目。幸運的是，隻提供敏感轉型的程式庫一般隻具有小的轉型數目，特殊情況就是一些諸如int和char 的内建類型；因為很多類定義了具有這種類型單參數的構造函數，于是int和char 就具有很大的轉型數目。為了避免二義性問題，程式庫使用者無論在什麼時候，都應該避免依賴從内建類型到程式庫定義類型之間的隐式轉型。

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