C的隐式类型转换

Posted 2020-11-18 veaxen

这篇文章仅仅针对C语言存在的隐式类型转换做一些分析，关于C++的这方面研究，有时间我再另外写一篇文章。

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关于隐式类型转换，是指发生在没有明确说明的情况下（C语言风格的强制类型转换就是属于我们程序员有明确说明的），编译器自动帮我们执行的类型转换。

通常同类型的数据进行运算、比较和赋值的时候我们是不需要担心的，这里我只是说明不同类型的数据进行运算、比较和赋值时，且我们程序员没有指定类型转换时，编译器是如何帮我们进行处理类型之间的转换的，只有知道这个过程，才能让我们知道程序设计时应该注意和避免的地方。

一、比int类型小的隐式类型转换：整型提升

想要知道隐式类型转换，我们有必要了解一下整型提升（Integer Promotion），这也是属于隐式类型转换的一种方式。

整型提升是C程序设计语言中的一项规定：在表达式计算时（包括比较运算和算术运算等），比int类型小的类型（char, signed char, unsigned char, short, unsigned short等）首先要提升为int类型，然后再执行表达式的运算。

具体的我们从下面的程序进行分析吧

#include <stdio.h>
int main()
{
    signed char a = -1;
    unsigned char b = a;

    if(a == b)
        printf("a==b");
    else if(a<b)
        printf("a<b");
    else
        printf("a>b");
    return 0;
}

执行结果我想很多人都可以想到是：a<b

但是编译器是怎么处理这个过程的呢？？答案就是整型提升。对比int类型小的类型的每一次表达式计算都伴随整型提升，所以在对char型的变量进行比较运算时（a > b,a < b,a==b这些比较运算），编译器首先会对char型变量进行Integer Promotion，也就是将char型变量提升成int类型的，然后再进行比较。

至于提升的方法，是根据原始类型进行位扩展（如果原始类型为unsigned char，进行零扩展，如果原始类型为signed char，进行符号位扩展）到32位。拿上文代码作为例子，a是signed char型的,a=-1在内存中的位储存形式是0xff，把a赋值给b,随意b在内存中的位储存形式也是0xff；然后就是a与b进行比较运算了，编译器会把a,b都提升到int类型，那么原来a在内存中的位形式是0xff，提升为int类型后会变成0xffffffff（符号位扩展），原来b在内存中的位形式是0xff，提示为int类型后会变成0x000000ff（零扩展），可以看出，此时a是小于b的。等等？a < b？对的，没错，a是小于b的，因为Integer Promotion之后，a,b都暂时（只是暂时，仅仅只是在执行运算时提升了）提升为int类型了，也就是signed int类型。

其实char a += 1;这个表达式就已经隐含了Integer Promotion。

为什么编译器要进行Integer Promotion？

学过微机原理或者学习过汇编的同学可能会知道，在我们的CPU中有一个算术逻辑单元（Arithmetic&logical Unit），简称ALU，主要功能是进行二位元的算术运算，如加减乘(不包括整数除法)和寄存器中的值之间的逻辑运算。那么，我们的C/C++程序进行的运算最终也是要在ALU中进行的，以32位CPU为例，寄存器都是32位的（刚好是一个int类型所占用的位数），想要把char类型的变量送进ALU中运算，那必然是需要把char类型变成32位，然后通过32位寄存器送入ALU，那么这个时候Integer Promotion的意义就出来了，如果不这样进行提升，ALU就无法对char类型的变量进行运算了。

二、比int类型大的隐式类型转换

上面说了整型提升，只是针对表达式中没有比int类型大的数据类型。其实在进行运算时，是以表达式中最长类型为准的，将其他类型转换成该类型，具体的规则如下：

1. 比int类型小的类型（char, signed char, unsigned char, short, unsigned short），先经过整型提升，提升为int类型，然后int类型再根据表达式中最长类型转换为该类型。
2. int、long（4字节） -->> unsinged int、unsinged long（4字节） -->> long long （8字节）-->> unsigned long long （8字节）<<-- double（8字节） <<-- float（4字节） (32位系统中)
3. float -->> int（32位系统中）
4. double -->> long long

下面还是来看看一段程序，与第一段程序做个对比

#include <stdio.h>
int main()
{
    signed int a = -1;
    unsigned int b = a;

    if(a == b)
        printf("a==b");
    else if(a<b)
        printf("a<b");
    else
        printf("a>b");
    return 0;
}

执行结果如下：
a==b

对比下第一段程序，我们很快就能发现区别！

三、赋值时的隐式类型转换

前面提到的都是在进行计算时存在的隐式类型转换，还要特别说明的就是在进行赋值操作时，赋值运算符右边的数据类型必须转换成赋值号左边的类型，若右边的数据类型的长度大于左边，则要进行截断或舍入操作。

下面用一实例说明：

char ch;
int i,result;
float f;
double d;
result=ch/i+(f*d-i);

(1)首先计算 ch/i,ch → int型，ch/i → int型。

(2)接着计算 fd-i，由于最长型为double型，故f→double型，i→double型，fd-i→double型。

(3)(ch/i) 和(fd-i)进行加运算，由于fd-i为double型，故ch/i→double型，ch/i+(f*d-i)→double型。

(4)由于result为int型，故ch/i+(f*d-i)→double→int，即进行截断与舍入，最后取值为整型。