定义明确的窄型铸造

Well defined narrowing cast

本文关键字：窄型 定义      更新时间：2023-10-16

我正试图提出一种缩小强制转换（一种通用解决方案），它可以优雅地忽略丢失的数据。在Visual Studio中，丢失数据的缩小强制转换会触发"运行时检查失败#1"。我不想关闭它，相反，我正在尝试实现一个narrow_cast，它可以优雅地缩小强制转换范围，并且不会触发运行时检查。

Visual Studio建议：

char c = (i & 0xFF);

所以我从这个开始，想出了一个丑陋的解决方案：

template< typename T >
struct narrow_mask
{
  static const T value = T(0xFFFFFFFFFFFFFFFF);
};
template <typename T, typename U>
T narrow_cast(const U& a)
{
  return static_cast<T>(a & narrow_mask<T>::value );
}

虽然它可以工作（VS似乎可以很好地处理常数上的数据丢失），但它既不完整（不支持非整数数据），也不正确（我认为它对有符号值不正确）。

对于更好的解决方案或更好的窄掩码实现，有什么建议吗？

编辑：面对这个问题是VS特定的评论，我检查了标准文档，缩小static_cast的结果似乎取决于实现。因此，这个问题可以更好地表述为创建一个定义良好的（ergo，而不是依赖于实现的）窄型转换。我不太关心结果值的细节，只要它定义良好并取决于类型（而不是return 0）。

这里有一个版本使用了一点C++11。如果你没有访问constexpr的权限，你可以删除它。如果你没有std::make_unsigned的权限，可以实现你自己的。如果你没有std::enable_if，你可以使用Boost（或者自己制作）。它适用于有符号和无符号类型，以及正值和负值更新：更新为使用浮点类型（浮点为积分，反之亦然）。

#include <type_traits>
// From integer type to integer type
template <typename to, typename from>
constexpr typename std::enable_if<std::is_integral<from>::value && std::is_integral<to>::value, to>::type
narrow_cast(const from& value)
{
    return static_cast<to>(value & (static_cast<typename std::make_unsigned<from>::type>(-1)));
}
// For these next 3 versions, you'd be best off locally disabling the compiler warning
// There isn't much magic you can do when floating point types get invovled
// From floating point type to floating point type
template <typename to, typename from>
constexpr typename std::enable_if<std::is_floating_point<from>::value && std::is_floating_point<to>::value, to>::type
narrow_cast(const from& value)
{
    // The best you can do here is a direct cast
    return static_cast<to>(value);
}
// From integer type to floating point type
template <typename to, typename from>
constexpr typename std::enable_if<std::is_integral<from>::value && std::is_floating_point<to>::value, to>::type
narrow_cast(const from& value)
{
    // The best you can do here is a direct cast
    return static_cast<to>(value);
}
// From floating point type to integer type
template <typename to, typename from>
constexpr typename std::enable_if<std::is_floating_point<from>::value && std::is_integral<to>::value, to>::type
narrow_cast(const from& value)
{
    // The best you can do here is a direct cast
    return static_cast<to>(value);
}

使用std::numeric_limits和模运算符。获取目标类型允许的最大值，将其强制转换为源类型，加一，取模，然后强制转换为目标类型。

结果值肯定会在目标类型中表示，即不会有未定义的行为，但我不知道MSVC是否仍会抛出警告。我没有复印件要查。

不过，这并不能保留负数。它可能可以扩展到这样做，但我不确定如何扩展。（这里已经很晚了。）

template< typename to, typename from >
to narrow_cast( from value ) {
    static_assert( std::numeric_limits< to >::max() < std::numeric_limits< from >::max(),
        "narrow_cast used in non-narrowing context" );
    return static_cast< to >( from %
        ( static_cast< from >( std::numeric_limits< to >::max() ) + 1 ) ) );
}

Bjarne的TCPPPL提供了某种窄转换，它在运行时检查某些转换是否丢失信息。文本取自第11.5节：

template<class Target, class Source>
Target narrow_cast(Source v)
{
    auto r = static_cast<Target>(v);
    if (static_cast<Source>(r) != v)
        throw runtime_error("narrow_cast<>() failed");
    return r;
}

基本思想是检查反向转换是否返回原始值；那么我们应该感到满意，因为没有丢失信息。此版本适用于积分/积分转换，因为它们都定义得很好（实现必须很好地定义缩小到有符号类型，引发异常是不符合要求的）。尽管如此，您可能应该使用其他重载来完善此定义，并放入一些SFINAE，因为当目标类型太小时，即使对于无符号类型，在浮点/浮点和积分/浮点转换的情况下，此代码也可能导致UB。

小菜一碟！

在这个例子中，让我们取一个指针（在我的机器中为64位），并将其"转换"为一个字节：

char narrowme (char *p) {
    union {
        char *p;
        char c[8];
    } x;
    x.p = p;
    return x.c[0];  // pick the byte you want!
}

要使用，请简单地调用它；例如，c＝窄距（&c2）；

如果您愿意，可以使用#define。无论如何，总会涉及到代码。

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