C++隐式类型转换详解

在 类型转换与 static_cast 简介 中，我们首次介绍了类型转换。现回顾该课要点：

• 将数据由一种类型转换为另一种类型的过程称为“类型转换”。
• 隐式类型转换（implicit type conversion）由编译器自动完成：当某处需要类型 A，却提供了类型 B 时，编译器自动执行转换。
• 显式类型转换（explicit type conversion）通过强制转换运算符（如 static_cast）主动请求。
• 转换过程并不修改原数据，而是以其为输入，生成目标类型的结果。
• 当把某值转换为另一类型时，转换过程会产生一个临时对象，其类型为目标类型，并保存转换结果。

本章前半部分将深入探讨类型转换机制。本课聚焦隐式转换，后续 —— 显式类型转换（强制转换）与 static_cast 将讨论显式转换。由于类型转换无处不在，理解其底层机理十分重要，亦有助于掌握重载函数的工作方式。

作者注
本章仅讨论“值到值”的类型转换。涉及指针、引用、继承等主题的其他转换，将在引入必备知识后另行说明。

为何需要转换

对象的值以一串二进制位存储，其数据类型告知编译器如何解释这些位。不同数据类型可能对“同一数值”采用不同表示。例如，整数 3 的二进制可能为
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011，
而浮点数 3.0 的二进制可能为
0100 0000 0100 0000 0000 0000 0000 0000。

若执行：

float f{ 3 }; // 用 int 3 初始化浮点变量

编译器不能简单地把表示 int 值 3 的位模式直接复制到 float 变量 f 的内存中。若如此，当按 float 解释这些位时，结果未知。

附注
以下程序把 int 值 3 的位模式当作 float 打印：

#include <iostream>
#include <cstring>

int main()
{
    int n { 3 };                        // int 值 3
    float f {};                         // 浮点变量
    std::memcpy(&f, &n, sizeof(float)); // 把 n 的位复制到 f
    std::cout << f << '\n';             // 以 float 打印
    return 0;
}

输出：

4.2039e-45

正确的做法是：将整数值 3 转换为等价的浮点值 3.0，再将其位模式存入变量 f。

隐式类型转换何时发生

隐式类型转换（亦称自动转换或强制）由编译器在需要某类型却提供另一类型的表达式时自动执行。C++ 中绝大多数类型转换为隐式转换，例如：

1. 用不同类型值初始化或赋值：

double d{ 3 }; // int 3 → double
d = 6;         // int 6 → double

2. 函数返回类型与声明不符：

float doSomething()
{
    return 3.0; // double 3.0 → float
}

3. 二元运算符操作数类型不同：

double division{ 4.0 / 3 }; // int 3 → double

4. 非布尔值用于条件判断：

if (5) // int 5 → bool
{
}

5. 实参类型与形参类型不同：

void doSomething(long l) {}
doSomething(3); // int 3 → long

编译器如何知晓转换规则？

标准转换

C++ 标准定义了一套核心转换规则，称为“标准转换”（standard conversions），规定了基本类型（及数组、引用、指针、枚举等复合类型）如何在同组类型间互转。

截至 C++23，共 14 种标准转换，可分为 5 大类：

例如，int → float 属于“数值转换”，编译器只需应用相应规则即可。

进阶读者
以下为完整标准转换列表（略，原文已详列，此处从略）。

类型转换可能失败

当请求转换（无论隐式或显式）时，编译器判断能否从源类型转到目标类型。若存在合法转换，则生成目标类型的新值；否则编译报错。失败原因多样：

• 编译器不知如何转换。例如：

int main()
{
    int x { "14" }; // 无 string literal → int 的标准转换
    return 0;
}

GCC 报错：
prog.cc:3:13: error: invalid conversion from 'const char*' to 'int' [-fpermissive]。

• 某些场景禁止某类转换。例如：

int x { 3.5 }; // 列表初始化禁止导致数据丢失的窄化转换

即使编译器知晓 double → int 的规则，但窄化转换在列表初始化中被禁止。

• 存在多个可行转换，编译器无法选出最优者（将在 —— 函数重载决议与二义性匹配 中讨论）。

完整转换规则冗长且复杂，但日常开发中“转换通常能正常工作”。后续课程将详述标准转换中最重要的部分；若遇罕见情形需更精细规则，可查阅技术参考文档关于隐式转换的完整说明。

让我们继续！