《C++代码设计与重用》——2.7 转型

本节书摘来自异步社区出版社《imperfect c++中文版》一书中的第2章，第2.7节，作者： 【美】martin d.carroll , margaret a.ellis，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。

c++代码设计与重用

2.7 转型

程序库设计者必须充分重视隐式转型（implicit conversion）。在c++中，有两种方法可以用来定义从类型from到类型to的隐式转型。第一种，我们可以在类to中定义一个只含一个参数的构造函数（并且没有其他的缺省参数）：

或者，我们可以在类from中定义一个转型操作：

假如上面这两个函数中的一个（也只能是一个）存在，那么当一个类型为from的参数传递给需要类型为to（或者const to&）的参数时，就会发生隐式转型：

2.7.1 多重所有权（multiple ownership）

如果from::operator to和to（const from&）两个操作都已经声明了，那么对f的调用将会是二义性的（ambiguous）：

增加一个强制转型（指（to）from）并不能消除二义性；但多重所有权问题（如此命名是由于类from和类to都拥有转型操作）是可以很容易避免的，只要from和to的设计者更加小心谨慎，不要提供两个转型操作就可以了。

对称转型的存在—就是说，一个从from到to的隐式转型和一个从to到from的隐式转型都存在—并不会导致相同的二义性问题。

实际上，现实的类一般都提供对称转型。考虑一个用于表述正则表达式［sm77］的类regex，因为有必要用一个字符串来构造一个regex对象，并且有必要把一个正则表达式解释成一个字符串，所以一个真实的regex类提供了和string类的对称转型：

如果不能改变类string的定义，那么我们就只能都在类regex内定义这两个转型操作了。

2.7.2 敏感转型

一个从from到to的隐式转型，如果它表述的是一个从from到to的自然映射，或者是用户想要默许发生的转型，我们就说这个转型是敏感的（sensible）。实际上，大多数转型都应该是敏感的（我们会在下一节讨论特殊情况）。

下面让我们来考虑几个有关敏感性（sensibility）的例子。假设我们是一个数学程序库的设计者，在我们的程序库里，类rational和类complex分别描述有理数和复数。假如我们只考虑int、double、rational和complex 4种类型，就会有12种可能的隐式转型；那么，这些转型中哪些是敏感的呢？

complex到int的转型

很显然，这个转型不是敏感的（sensible）。尽管我们有可能定义任何从复数到整数的映射，但这种定义肯定不是自然的。

int到complex的转型

这是一个很明显的映射：从整数x映射到复数x+(0)()，并且，用户大多数都希望整数可以默认地转化为复数。因此，这个转型是敏感的。

rational到double的转型

将一个rational对象映射到一个double对象，这个double对象储存的值是rational对象的分子除以分母得到的近似值，整个过程将可能损失一定的精度。尽管这个转型有时可以被认为是自然的，但是用户往往不想让这种转型默认地进行（因为精度可能损失）。因此，这种转型不是敏感的。

double到rational的转型

如果我们认为double描述的是实数集合，那么从double到rational将没有自然的映射；但实际上，每个double对象表述的是一个有限小数，并且有限小数和有理数有着很好的自然映射，因此，这个转型有可能是敏感的。

complex到rational的转型

由于不存在用户希望发生的、从complex到rational的自然映射，所以这个转型不是敏感的。

rational到complex的转型

这个转型是比较复杂的。每一个有理数同时也可以是一个复数，因此我们可以认为存在一个从rational到complex的映射。然而，如果complex只能以x+(y)()的形式来表示复数，其中x和y都是double类型，那么这个转型就不是敏感的了，原因和rational到double的转型不是敏感的原因相同（即精度损失）。

从上面这些例子可以看出，经过了详细的分析，很多隐式转型都不是敏感的，因此，我们就不应该提供这类转型操作。练习2.6要求读者判断剩余转型的敏感性。

注意，对于某些非敏感的隐式转型，如果我们的程序确实需要它所实现的功能，那么我们可以把这种转型实现为显式转型。例如，尽管从rational到double的隐式转型不是敏感的，并且会有精度的损失，但用户却可以显式地（explicitly）将rational对象转型为double对象；我们可以在数学程序库里提供这个函数：

2.7.3 不敏感转型

回想一下2.4.1节的pool类，如2.4.1节所述，pool的构造函数需要包含一个大小参数：

此外，我们也没有给这个函数传递其他的参数。因此，我们会得到一个单参数的构造函数，并由它来创建一个转型函数。遗憾的是，从size_t到pool的转型并不是敏感的—几乎没有用户会把一个size_t对象默认地转化为一个pool对象：

我们可以用两种方法来解决上面这个问题。第一种，我们可以只提供构造函数，把避免隐式转型的工作留给用户完成；第二种，我们可以定义一个中间类：

因为对函数的实参，如果它的转型是用户定义的，那么c++是不能（隐式地）执行多于一次的转型的；这个设计将会导致编译器拒绝编译下面的错误代码：

然而，定义一个中间类有很大的缺点：它使pool类的理解和使用更加困难。现在如果想要构造一个pool对象，用户应该这样编码：

大多数用户都会倾向于使用虽容易产生错误，但更加简单的接口；因此，程序库有时也提供不敏感的（nonsensible）转型。

我们可以这样来定义一个类型的转型数目（fanout）：它就是这个类型可以隐式转换为其他类型的数目。很大的转型数目往往不是我们所期望的，因为它很容易导致二义性的发生。例如，假设类from可以转型为两种类型：to和another_to，那么下面的函数调用就存在二义性：

增加一个强制转型（cast）就可以解决这个二义性问题：

然而，如果可能的话，c++程序库不应该强迫它的用户在他们的代码中使用强制转型（cast）。因此，c++程序库应该避免大的转型数目。幸运的是，只提供敏感转型的程序库一般只具有小的转型数目，特殊情况就是一些诸如int和char 的内建类型；因为很多类定义了具有这种类型单参数的构造函数，于是int和char 就具有很大的转型数目。为了避免二义性问题，程序库用户无论在什么时候，都应该避免依赖从内建类型到程序库定义类型之间的隐式转型。

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