C# 图解教程 第5版 —— 第17章 转换

17.1 什么是转换

• 转换是接受一个类型的值并将它用作另一个类型的等价值的过程。
• 转换后的值应和原值一样，但其类型为目标类型。

17.2 隐式转换

1. 隐式转换不会丢失数据或精度，C# 会自动做这些转换。

2. 从位数更少的源类型转换为位数更多的目标类型时，目标中多出来的位需要用 0 或 1 填充。

   • 对于无符号类型，目标类型多出来的最高位都用 0 来进行填充，称为零扩展。
   图17.1 无符号转换中的零扩展
   • 对于有符号类型，额外的最高位用源表达式的符号位进行填充，称为符号扩展。

图17.2 有符号转换中的符号扩展

3. C# 没有无符号扩展。

17.3 显示转换和强制转换

? C# 不会提供会造成值丢失的自动转换。此时，需要使用强制转换表达式，这称为显示转换。

• 一对圆括号，里面是目标类型。
• 圆括号后面是源表达式。

? 使用强制转换表达式，需要承担可能引起的丢失数据的后果。

图17.3 强制转换 ushort 为 byte

17.4 转换的类型

• 除了标准转换，还可以为自定义类型定义隐式转换和显示转换。
• 有一个预定义的转换类型，称为装箱，可以将任何值类型转换为：
  • object 类型。
  • System.ValueType 类型。
• 拆箱可以将一个装箱的值转换为原始类型。

图17.4 转换的类型

17.5 数字的转换

? 数字类型可以相互转换，但有些转换必须是显式的。

图17.5 数字转换

17.5.1 隐式数字转换

• 箭头方向表示存在从源类型到目标类型的隐式转换。
• 若没有沿着箭头方向的路径，则该类型转换必须是显式的。

图17.6 隐式数字转换

17.5.2 溢出检测上下文

? 使用 checked 运算符或 checked 语句检测类型转换是否溢出。

• 代码片段是否被检查称作溢出检测上下文。
  • 如果指定一个表达式或一个代码为 checked，CLR 会在转换产生溢出时抛出 OverflowException 异常。
  • 如果代码不是 checked，转换会继续，不论是否产生溢出。
• 默认的溢出检测上下文是不检查。

（1）checked 和 unchecked 运算符

• 在 unchecked 上下文中，会忽略溢出，结果值为 208。
• 在 checked 上下文中，抛出了 OverflowException 异常。

（2）checked 语句和 unchecked 语句

? checked 和 unchecked 控制的是一块代码中的所有转换，而不是单个表达式。

17.5.3 显示数字转换

图17.7 显式数字转换

（1）整数类型到整数类型

? 如果转换会丢失数据：

• checked 时，则抛出 OverflowException 异常。
• unckecked 时，丢失的位不会发出警告。

图17.8 整数到整数的显示转换

（2）float 或 double 转到整数类型

? 如果转换会丢失数据：舍掉小数，截断为最接近的整数。

• checked 时，则抛出 OverflowException 异常。
• unckecked 时，C# 将不定义其值是什么。

图17.9 转换 float 或 double 为整数类型

（3）decimal 到整数类型

? 如果结果值不在目标类型的范围内，则 CLR 会抛出 OverflowException 异常。

图17.10 转换 decimal 到整数

（4）double 到 float

? double 被舍入到最接近的 float 值：

• 值太小，则被设为 +0 或 -0。
• 值太大，则被设为 +∞ 或 -∞。

图17.11 转换 double 到 float

（5）float 或 double 到 decimal

• 值太小，则被设为 0。
• 值太大，则抛出 OverflowException 异常。

图17.12 转换 float 或 double 到 decimal

（6）decimal 到 float 或 double

? 总是会成功，但可能会损失精度。

图17.13 转换 decimal 到 float 或 double

17.6 引用转换

? 引用类型对象由内存中的两部分组成：引用和数据。

? 引用转换接受源引用并返回指向堆中同一位置的引用，但是将引用“标记”为其他类型。

• 对于 myVar1，引用对象看上去是类型 B 的对象（实际上就是）。
• 对于 myVar2，同样的对象看上去像类型 A。

图17.14 引用转换返回与对象关联的不同类型

17.6.1 隐式引用转换

• 所有引用类型可以被隐式转换为 object 类型。
• 任何接口可以隐式转换为其继承的接口。
• 类可以隐式转换为：
  • 继承链中的任何类。
  • 实现的任何接口。

图17.15 类和接口的隐式转换

• 委托可以隐式转换为 .NET BCL 类和接口。
• ArrayS 数组（元素类型为 Ts）可以隐式转换为：
  • .NET BCL 类和接口。
  • 另一个满足如下条件的数组 ArrayT（元素类型为 Tt）：
    1. 数组维度和 ArrayS 相同。
    2. Ts 和 Tt 都是引用类型。
    3. Ts 能隐式转换为 Tt。

图17.16 委托和数组的隐式转换

17.6.2 显式引用转换

? 显式引用转换是从普通类型到更精确类型的引用转换，包括：

1. 从 object 到任何引用类型的转换。
2. 从基类到派生类的转换。

? 例如，将基类 A 的引用转换到派生类 B，并赋值给变量 myVar2.

• 如果 myVar2 尝试访问 Field2，将会导致内存错误。
• 这种不正确的强制转换会在运行时抛出 InvalidCastException 异常，但不会导致编译错误。

图17.17 无效的转换抛出运行时异常

17.6.3 有效显式引用转换

? 以下 3 种显示转换能够成功进行：

1. 显示转换没有必要。

   即，已经发生了隐式转换。

2. 源引用为 null。

   尽管这样的类型转换通常不安全，但 C# 还是允许的。

3. 源引用指向的实际数据可以安全地进行隐式转换。
   • myVar2 看上去指向类型 A 的数据，但实际上指向的是类型 B。

图17.18 强制转换到安全类型

17.7 装箱转换

? 装箱是一种隐式转换，接受值类型，在堆上创建一个完整的引用类型对象并返回其引用。

? 常见的装箱场景是将值类型当做参数传递给方法，但参数类型时对象的数据类型，装箱过程具体如下：

• 在堆上创建 int 类型对象。
• 将 i 的值复制给 int 对象。
• 返回 int 对象的引用 oi。

图17.19 装箱从值类型穿件了完整的引用类型

17.7.1 装箱是创建副本

? 装箱返回的是值的引用类型副本。即，装箱之后，值有两份副本——原始值类型和引用类型副本，每一个都可以独立操作。

图17.20 装箱创建了一份可以被独立操作的副本

17.7.2 装箱转换

? 任何值类型 ValueTypeS 都可以被隐式转换为 object、System.ValueType 或 InferfaceT 类型（如果 ValueTypeS 实现了 InferfaceT）。

图17.21 装箱是值类型到引用类型的隐式转换

17.8 拆箱转换

• 拆箱是显式转换。
• 系统在把值拆箱为 ValueTypeT 时执行了如下步骤：
  1. 检测到要拆箱的对象实际是 ValueTypeT 的装箱值。
  2. 将对象的值复制到变量。
• 尝试将一个值拆箱为非原始类型时会抛出 InvalidCastException 异常。

图17.22 拆箱转换

17.9 用户自定义转换

? 可以为类和结构定义隐式和显式转换。

• 需要 public 和 static 修饰符。
• implicit 和 explicit 分别表示隐式和显式转换。

17.9.1 用户自定义转换的约束

• 只可以为类和结构定义。
• 不能重定义标准隐式或显式转换。
• 对于源类型 S 和目标类型 T：
  • S 和 T 类型不能相同。
  • S 和 T 不能有继承关系。
  • S 和 T 不能同时为接口或 object。
  • 转换运算符必须定义在 S 或 T 类型的内部。
  • 不能同时声明隐式转换和显式转换。

17.9.2 用户自定义转换的示例

? 隐式转换示例：

? 若使用显式转换，则需要：

17.9.3 评估用户自定义转换

图17.23 单步用户自定义转换

? 完整转换中最多可以有 3 个步骤：

1. 预备标准转换。
2. 用户自定义转换。
3. 后续标准转换。

? 用户自定义转换只能有一次。

图17.24 多步用户自定义转换

17.9.4 多步用户自定义转换的示例

图17.25 从 Employee 转换到 float

17.10 is 运算符

? is 运算符用于检查转换是否能成功。

? 以下 3 种转换适用于 is 运算符：

1. 引用转换。
2. 装箱转换。
3. 拆箱转换。

?

? is 运算符不能用于用户自定义转换。

17.11 as 运算符

? as 运算符和强制转换运算符类似，但不会抛出异常，转换失败仅返回 null。

? as 运算符只能用于引用转换和装箱转换。