有没有一种“安全”的静态类型转换替代方案？

Question

在C++11/14中，是否有“安全”的替代static_cast的方法，或者实现此功能的库？

所谓“安全”，是指该转换仅应允许不会失去精度的转换。因此，只有当一个数字适合于int32_t时，才允许从int64_t到int32_t的转换，否则将报告错误。

- Andreas Pasternak

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您希望这是一个运行时错误吗？还是希望它在编译时作为警告/错误出现，提示可能会有数据/精度损失？ - Kevin

好的，安全的选择是根本不进行铸造。 - Slava

C++ 中没有内置的功能。虽然 numeric_limits 使得将其实现为一个函数变得非常简单，该函数可以抛出异常或进行运行时断言。 - NathanOliver

你是否已经开启了编译器警告？在某些情况下（不是 static_cast，而是将一个更大的类型初始化或赋值给一个较小的类型），编译器会警告精度损失。 - 0x5453

numeric_cast<>()是Boost库中的一个模板函数，用于在不损失精度的情况下将一种数字类型转换为另一种数字类型。它可用于防止类型溢出和截断。 - Swordfish

Answer 1

这里有一个gsl::narrow

narrow // narrow<T>(x) 如果 static_cast<T>(x) == x，则为static_cast<T>(x)，否则会抛出narrowing_error

- Caleth

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好的答案。也许值得扩展一下你的答案，以建立Guideline支持库的可信度？一些读者可能不熟悉标准C++基金会、 C++核心准则或Guideline支持库，因此可能会将“gsl”视为“仅仅是另一个库”而忽略它。 - Frank Boyne

@FrankBoyne同意了，一开始我也纳闷GNU科学库怎么会有C++工具... - Ruslan

Answer 2

您的用例相反了。 static_cast（以及其他C++样式的强制转换）的预期用途是指示程序员的意图。当您编写auto value = static_cast<int32_t>(value_64);时，您要表达的是：“是的，我非常*希望*在执行此赋值时将这个值向下转换，可能会截断它。”。因此，编译器（在正常情况下可能会抱怨此转换，例如如果您编写了int32_t value = value_64;）观察到“好吧，程序员告诉我这就是他们想要的；为什么他们要欺骗我呢？”，并会悄悄编译代码。

如果您希望您的C++代码在不安全的转换时发出警告或抛出错误，您需要显式不使用static_cast，const_cast，reinterpret_cast，并让编译器完成它的工作。编译器有更改警告如何处理的标志（将int64_t向下转换为int32_t通常只会导致警告），因此，请确保使用正确的标志将警告强制视为错误。

- Xirema

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我建议他们如果想要这样的指示，就不要使用这些转换。编译器通常会在发生缩小转换时发出警告，而无需显式进行转换。 - Xirema

编译器通常不会发出警告，而当将“long”强制转换为“char”时，编译器经常会过度警告，但开发人员知道该值始终在0和100之间。 - Mooing Duck

如果你知道值始终在0-100之间，那就用static_cast，因为那正是它的用途所在。 - user253751

我不确定你希望编译器做什么？它要么可以超出范围（这种情况下你会收到警告），要么不能超出（这种情况下请使用static_cast）。 - user253751

@immibis 我认为期望的行为是生成类似于 if (i < 256) static_cast<char>(i); else throw bad_cast_exception; 的代码。 - Gavin S. Yancey

Answer 3

假设问题是关于编译时检测潜在的有损转换...

一个简单的工具还没有在这里提到，那就是列表初始化不允许缩小，所以你可以写：

void g(int64_t n)
{
    int32_t x{n};   // error, narrowing

    int32_t g;
    g = {n};        // error, narrowing
}

NB. 有些编译器在默认模式下可能会显示“警告”并继续编译这个格式错误的代码，通常你可以通过编译标志来配置这种行为。

- M.M

Answer 4

你可以使用SFINAE创建自己的模板。以下是一个示例：

template <typename T, typename U>
typename std::enable_if<sizeof(T) >= sizeof(U),T>::type 
safe_static_cast(U&& val)
{
    return static_cast<T>(val);
}

int main()
{
    int32_t y = 2;
    std::cout << safe_static_cast<int32_t>(y) << std::endl;
    std::cout << safe_static_cast<int16_t>(y) << std::endl; // compile error
}

只有在您转换的大小>=源大小时，才会编译此内容。

请在此处尝试

您可以使用numeric_limits和type_traits来进一步复杂化此过程以处理其他类型。

请注意，我的解决方案是编译时解决方案，因为您询问了static_cast，其中static指“在编译时确定”。

- The Quantum Physicist

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这种测量精度的方法 a) 不好，因为例如 sizeof(float) < sizeof(int64_t)，而 b) 不符合原发帖人的要求，即允许将类型转换为较小的类型，但在溢出时抛出运行时错误。 - leftaroundabout

@leftaround 这可能是一个XY问题。只有提供的信息很难提供清晰的解决方案。 - The Quantum Physicist

@TheQuantumPhysicist 不同意。Caleth 和 Swordfish 都已经进入了。事实上，他们的解决方案都表明这是一个已经理解和解决的问题。 - Lightness Races in Orbit

@LightnessRacesinOrbit，我希望你意识到反复转换并查看结果是否改变是多么微不足道。有一百万种正确（或有意义）提问的方式，你不需要在编译时进行强制类型转换。Static_cast用于编译时，因此相关检查应在编译时完成，而不是运行时。这就是我的看法。 - The Quantum Physicist

实际上，来回转换验证是不够的。这种方式可能会导致有符号性差异被忽略。 - Deduplicator