C++踩坑记录之隐式类型转换

本文最后更新于：2023年12月17日下午

前言

直接从问题引入吧，请问下面这段代码的输出是什么？

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string s = "Hello";
int i = 1;
cout << i - s.length() << endl;

隐式类型转换

如果你想当然地认为上面的输出是-4，那么显然你没有仔细地看过本文的标题（笑），要么就是你和我一样，火候还没有到家。那么输出结果到底是什么呢？见下图。

奇怪的输出结果

什么！？居然输出的是18446744073709551613这么一个大数字，为什么？

其实这里包含了两个知识点，第一，就是string的length() 方法返回值类型是unsigned long，其实当你看到输出这么大的一个数字时，就不难猜想到跟unsigned long类型相关。第二，就是C++中的隐式类型转换，上述 i - s.length() 的计算过程中，i 是int类型，而 s.length() 是 unsigned long 类型，两者的类型不一致，所以会发生隐式类型转换，也就是把int 类型自动转换为 unsigned long 类型。

i 转换为unsigned long 类型后，数值为1，而 s.length() 数值为5，因此相减会发生下溢，但因为是unsigned long 类型，所以输出一个大正整数。如果将结果转换成long类型，就可以看到预期输出的了。下面的代码和输出结果，可以帮助我们更好地理解这一过程。

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;

// 输出二进制表示
void print(unsigned long num) {
    cout <<  "binary:";
    for (int i=63;i>=0;i--) {
        cout << ((num >> i ) & 1);
    }
    cout << endl;
}

int main() {
    string s = "Hello";
    int i = 1;
    
    cout << "i\t\t\t";
    print(i);

    unsigned long u_i = static_cast<unsigned long>(i);
    cout << "u_i\t\t\t";
    print(u_i);

    cout << "s.length()\t";
    print(s.length());

    cout << "i - s.length() : ";
    print(i-s.length());
    cout << "i - s.length() : " << i - s.length() << endl;
    
    return 0;

}

输出结果

顺带一提，int 类型往 unsigned long 转换时，对于正数，高位补0，对于负数高位补1。

接下来我们再来看一个例子，看看下面这段代码，最终的 id 会输出什么？

这里也不卖关子了，最后会输出 -1，而不是预期的 INT64_MAX / 2 的值。那么这里其实也是存在一个类型转换的问题，需要意识到字面量 1 ，它的类型实际上是 int，因此在 MGet 函数模板识别 Value 类型的时候会识别成 int，因此在函数返回时会做一次强制类型转换（int64_t 转换成 int，进行截断），然后再赋值给 id 时又做了一次隐式类型转换。那么第一次强制类型转换的结果，也就是函数返回值就是 -1，因为 INT64_MAX / 2 低32位全是 1，向下转型成 int 后，对应的数值就是 -1，而 int 向上转型到 int64_t，高位补1，因此最终的数值还是表示 -1。