Преобразования типов

В программировании нередко значения переменных одного типа присваиваются переменным другого типа. Например, в приведенном ниже фрагменте кода целое значение типа int присваивается переменной с плавающей точкой типа float:

int i;
float f;
i = 10;

f = i; // присвоить целое значение переменной типа float

Если в одной операции присваивания смешиваются совместимые типы данных, то значение в правой части оператора присваивания автоматически преобразуется в тип, указанный в левой его части. Поэтому в приведенном выше фрагменте кода значение переменной i сначала преобразуется в тип float, а затем присваивается переменной f. Но вследствие строгого контроля типов далеко не все типы данных в C# оказываются полностью совместимыми, а следовательно, не все преобразования типов разрешены в неявном виде. Например, типы bool и int несовместимы. Правда, преобразование несовместимых типов все-таки может быть осуществлено путем приведения. Приведение типов, по существу, означает явное их преобразование.

Автоматическое преобразование типов

Когда данные одного типа присваиваются переменной другого типа, неявное преобразование типов происходит автоматически при следующих условиях:

• оба типа совместимы
• диапазон представления чисел целевого типа шире, чем у исходного типа

Если оба эти условия удовлетворяются, то происходит расширяющее преобразование. Например, тип int достаточно крупный, чтобы вмещать в себя все действительные значения типа byte, а кроме того, оба типа, int и byte, являются совместимыми целочисленными типами, и поэтому для них вполне возможно неявное преобразование.

Числовые типы, как целочисленные, так и с плавающей точкой, вполне совместимы друг с другом для выполнения расширяющих преобразований. Рассмотрим пример:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

namespace ConsoleApplication1
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            short num1, num2;
            num1 = 10;
            num2 = 15;

            Console.WriteLine("{0} + {1} = {2}",num1,num2,Sum(num1,num2));
            Console.ReadLine();
        }

        static int Sum(int x, int y)
        {
            return x + y;
        }
    }
}

Обратите внимание на то, что метод Sum() ожидает поступления двух параметров типа int. Тем не менее, в методе Main() ему на самом деле передаются две переменных типа short. Хотя это может показаться несоответствием типов, программа будет компилироваться и выполняться без ошибок и возвращать в результате, как и ожидалось, значение 25.

Причина, по которой компилятор будет считать данный код синтаксически корректным, связана с тем, что потеря данных здесь невозможна. Поскольку максимальное значение (32767), которое может содержать тип short, вполне вписывается в рамки диапазона типа int (максимальное значение которого составляет 2147483647), компилятор будет неявным образом расширять каждую переменную типа short до типа int. Формально термин "расширение" применяется для обозначения неявного восходящего приведения (upward cast), которое не приводит к потере данных.

Приведение несовместимых типов

Несмотря на всю полезность неявных преобразований типов, они неспособны удовлетворить все потребности в программировании, поскольку допускают лишь расширяющие преобразования совместимых типов. А во всех остальных случаях приходится обращаться к приведению типов. Приведение — это команда компилятору преобразовать результат вычисления выражения в указанный тип. А для этого требуется явное преобразование типов. Ниже приведена общая форма приведения типов:

   (целевой_тип) выражение

Здесь целевой_тип обозначает тот тип, в который желательно преобразовать указанное выражение.

Если приведение типов приводит к сужающему преобразованию, то часть информации может быть потеряна. Например, в результате приведения типа long к типу int часть информации потеряется, если значение типа long окажется больше диапазона представления чисел для типа int, поскольку старшие разряды этого числового значения отбрасываются. Когда же значение с плавающей точкой приводится к целочисленному, то в результате усечения теряется дробная часть этого числового значения. Так, если присвоить значение 1,23 целочисленной переменной, то в результате в ней останется лишь целая часть исходного числа (1), а дробная его часть (0,23) будет потеряна. Давайте рассмотрим пример:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

namespace ConsoleApplication1
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            int i1 = 455, i2 = 84500;
            decimal dec = 7.98845m;

            // Приводим два числа типа int
            // к типу short
            Console.WriteLine((short)i1);
            Console.WriteLine((short)i2);

            // Приводим число типа decimal
            // к типу int
            Console.WriteLine((int)dec);

            Console.ReadLine();
        }
    }
}

Результатом работы данной программы будет:

Обратите внимание, что переменная i1 корректно преобразовалась в тип short, т.к. ее значение входит в диапазон этого типа данных. Преобразование переменной dec в тип int вернуло целую часть этого числа. Преобразование переменной i2 вернуло значение переполнения 18964 (т.е. 84500 - 2*32768).

Перехват сужающих преобразований данных

В предыдущем примере приведение переменной i2 к типу short не является приемлемым, т.к. возникает потеря данных. Для создания приложений, в которых потеря данных должна быть недопустимой, в C# предлагаются такие ключевые слова, как checked и unchecked, которые позволяют гарантировать, что потеря данных не окажется незамеченной.

По умолчанию, в случае, когда не предпринимается никаких соответствующих исправительных мер, условия переполнения (overflow) и потери значимости (underflow) происходят без выдачи ошибки. Обрабатывать условия переполнения и потери значимости в приложении можно двумя способами. Это можно делать вручную, полагаясь на свои знания и навыки в области программирования.

Недостаток такого подхода в том, что даже в случае приложения максимальных усилий человек все равно остается человеком, и какие-то ошибки могут ускользнуть от его глаз.

К счастью, в C# предусмотрено ключевое слово checked. Если оператор (или блок операторов) заключен в контекст checked, компилятор C# генерирует дополнительные CIL-инструкции, обеспечивающие проверку на предмет условий переполнения, которые могут возникать в результате сложения, умножения, вычитания или деления двух числовых типов данных.

В случае возникновения условия переполнения во время выполнения будет генерироваться исключение System.OverflowException. Давайте рассмотрим пример, в котором будем передавать в консоль значение исключения:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

namespace ConsoleApplication1
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            byte var1 = 250;
            byte var2 = 150;
            try
            {
                byte sum = checked((byte)(var1+var2));
                Console.WriteLine("Сумма: {0}", sum);
            }
            catch (OverflowException ex)
            {
                Console.WriteLine(ex.Message);
                Console.ReadLine();
            }

        }
    }
}

Результат работы данной программы:

Настройка проверки на предмет возникновения условий переполнения в масштабах проекта

Если создается приложение, в котором переполнение никогда не должно проходить незаметно, может выясниться, что обрамлять ключевым словом checked приходится раздражающе много строк кода. На такой случай в качестве альтернативного варианта в компиляторе C# поддерживается флаг /checked. При активизации этого флага проверки на предмет возможного переполнения будут автоматически подвергаться все имеющиеся в коде арифметические операции, без применения для каждой из них ключевого слова checked. Обнаружение переполнения точно так же приводит к генерации соответствующего исключения во время выполнения.

Для активизации этого флага в Visual Studio 2010 необходимо открыть страницу свойств проекта, перейти на вкладку Build (Построение), щелкнуть на кнопке Advanced (Дополнительно) и в открывшемся диалоговом окне отметить флажок Check for arithmetic overflow/underflow (Проверять арифметические переполнения и потери точности):

Важно отметить, что в C# предусмотрено ключевое слово unchecked, которое позволяет отключить выдачу связанного с переполнением исключения в отдельных случаях.

Итак, чтобы подвести итог по использованию в C# ключевых слов checked и unchecked, следует отметить, что по умолчанию арифметическое переполнение в исполняющей среде .NET игнорируется. Если необходимо обработать отдельные операторы, то должно использоваться ключевое слово checked, а если нужно перехватывать все связанные с переполнением ошибки в приложении, то понадобится активизировать флаг /checked. Что касается ключевого слова unchecked, то его можно применять при наличии блока кода, в котором переполнение является допустимым (и, следовательно, не должно приводить к генерации исключения во время выполнения).

Роль класса System.Convert

В завершении темы преобразования типов данных стоит отметить, что в пространстве имен System имеется класс Convert, который тоже может применяться для расширения и сужения данных:

byte sum = Convert.ToByte(var1 + var2);

Одно из преимуществ подхода с применением класса System.Convert связано с тем, что он позволяет выполнять преобразования между типами данных нейтральным к языку образом (например, синтаксис приведения типов в Visual Basic полностью отличается от предлагаемого для этой цели в C#). Однако, поскольку в C# есть операция явного преобразования, использование класса Convert для преобразования типов данных обычно является делом вкуса. :)