你的自定义类型所支持的所有字面转换
numeric_cast
头文件: "boost/cast.hpp"
整数类型间的转换经常会产生意外的结果。例如，long 可以拥有比short更大范围的值，那么当从 long 赋值到short 并且 long的数值超出了 short的范围时会发生什么？答案是结果是由实现定义的(比"你不可能明确知道"好听一点的说法)。相同大小整数间的有符号数到无符号数的转换是好的，只要有符号数的数值是正的，但如果有符号数的数值是负的呢？它将被转换为一个大的无符号数，如果这不是你的真实意图，那么就真的是一个问题了。numeric_cast通过测试范围是否合理来确保转换的有效性，当范围超出时它会抛出异常。
在我们全面认识 numeric_cast之前，我们必须弄清楚支配整数类型的转换及提升的规则。规则有很多并有时很微妙，即使是经验丰富的程序员也会被它们欺骗。与其写出所有这些规则[7]并展开它们，我更愿意给出一些有关转换的例子，它们会引起未定义或令人惊讶的行为，然后再解释所使用的转换规则。
[7]. C++标准在?4.5-4.9中讨论数字类型的提升及转换。
当从一种数字类型赋值给另一种数字类型的变量时，就会发生类型转换。在目标类型可以保存源类型的所有数值的情况下，这种转换是完全安全的，否则就是不安全的。例如，char 通常不能保存int的最大值，所以当从int到char的赋值发生时，很大可能int的值不能被表示为char. 当类型可以表示的数值范围不同时，我们必须确认用于转换的实际数值在目标类型的有效范围之内。否则，我们就会进入实现定义行为的范畴；那就是在把一个超出数字类型可能的数值范围的值赋给这个数字类型时会发生的事情。[8] 实现定义行为意味着具体实现可以自由地做任何它想做的；不同的系统可能有完全不同的行为。numeric_cast 可以确保转换是有效的、合法的，否则就不允许转换。
[8] 无符号数也算，尽管它的行为是有定义的。
用法
numeric_cast 是一个看起来象C++的转型操作符的函数模板，它泛化了目标类型及源类型。源类型可以从函数的参数隐式推导得到。使用numeric_cast, 要包含头文件"boost/cast.hpp"。以下两个转换使用 numeric_cast 安全地将 int 转换为 char, 以及将 double 转换为 float.
char c=boost::numeric_cast<char>(12);
float f=boost::numeric_cast<float>(3.001);
一个最常见的数字转换问题是将来自一个更宽范围的值赋给范围较窄的类型。我们来看看numeric_cast如何帮忙。
从较大的类型到较小类型的赋值
从较大的类型(例如long)向较小的类型(例如short)赋值，有可能数值过大或过小而不能被目标类型所表示。如果这发生了，结果是(是的，正如你猜到的)实现所定义的。我们稍后将讨论无符号类型的潜在问题；我们先从有符号类型开始。C++中有四个内建的有符号类型：
signed char
short int (short)
int
long int (long)
没有人可以绝对肯定哪个类型比其它的大[9]，但典型地，上面的列表是按大小递增的，除了 int 和 long 通常具有相同的值范围。但它们都是独立的类型，即使是有相同的大小。想查看你的系统上的类型大小，可以使用 sizeof(T) 或 std::numeric_limits<T>::max() 和 std::numeric_limits<T>::min().
[9] 当然，有符号类型与无符号类型的范围是不同的，即使它们有相同的大小。
当把一个有符号整数类型赋给另一个时，C++标准说：
"若目标类型为有符号类型，在数值可以被目标类型表示时，值不改变；否则，值为实现定义。"[10]
[10] 见C++标准 ?4.7.3
以下代码段示范了看起来象是正确的赋值是如何导致实现定义的数值，最后看看如何通过numeric_cast的帮助避免它们。
#include <iostream>
#include "boost/cast.hpp"
#include "boost/limits.hpp"
int main() {
std::cout << "larger_to_smaller example\n";
// 没有使用numeric_cast的转换
long l=std::numeric_limits<short>::max();
short s=l;
std::cout << "s is: " << s << '\n';
s=++l;
std::cout << "s is: " << s << "\n\n";
// 使用numeric_cast的转换
try {
l=std::numeric_limits<short>::max();
s=boost::numeric_cast<short>(l);
std::cout << "s is: " << s << '\n';
s=boost::numeric_cast<short>(++l);
std::cout << "s is: " << s << '\n';
}
catch(boost::bad_numeric_cast& e) {
std::cout << e.what() << '\n';
}
}
通过使用 std::numeric_limits, long l 被初始化 short 可以表示的最大值。该值被赋给 short s 并输出。然后，l 被加一，这意味着它的值不能再被short所表示；它超出了 short 所能表示的范围。把 l 的新值赋给 s, s 再次被输出。你可能要问输出的值是什么？好的，因为赋值的结果属于实现定义的行为，这取决于你使用的平台。在我的系统中，使用我的编译器，它变成了一个大的负值，即它被回绕了。必须运行前面的代码才知道在你的系统中会有什么结果[11]。接着，再次执行相同的操作，但这次用了 numeric_cast. 第一个转型成功了，因为数值在范围之内。而第二个转型却会失败，结果是抛出一个bad_numeric_cast 异常。程序的输出如下。
[11] 这种行为和结果在32位平台上十分常见。
larger_to_smaller example
s is: 32767
s is: -32768
s is: 32767
bad numeric cast: loss of range in numeric_cast
比避开实现定义行为更为重要的是，numeric_cast 帮助我们避免了错误，否则会很难捕捉到这些错误。那个奇怪的数值可能被传送到应用程序的其它部分，程序可能会继续工作，但几乎可以肯定将产生错误的结果。当然，这仅对于特定的数值会发生这样的情况，如果这些数值很少出现，那么错误将很难被发现。这种错误非常阴险，因为它们仅仅对某些特定值会发生，而不是总会发生。
精宽或取值范围的损失并不常见，如果你不确定一个值对于目标类型是否过大或过小，numeric_cast 就是你可以使用的工具。你甚至可以在不需要的时候使用 numeric_cast ；维护的程序员可能没有象你一样的洞察力。注意，虽然我们在这里只讨论了有符号类型，但同样的原理可应用于于无符号类型。
特殊情况：目标类型为无符号整数
无符号整数类型有一个非常有趣的特性，任何数值都有可以合法地赋给它们！对于无符号类型而言，无所谓正或负的溢出。数值被简单地对目标类型最大值加一取模。什么意思？看看以下例子会更清楚一些。
#include <iostream>
#include "boost/limits.hpp"
int main() {
unsigned char c;
long l=std::numeric_limits<unsigned char>::max()+14;
c=l;
std::cout << "c is: " << (int)c << '\n';
long reduced=l%(std::numeric_limits<unsigned char>::max()+1);
std::cout << "reduced is: " << reduced << '\n';
}
运行这个程序的输出如下：
c is: 13
reduced is: 13
这个例子把一个明显超出unsigned char可以表示的数值赋给它，然后再计算得到同样的数值。赋值的动作可以用这一行代码来示范：
long reduced=l%(std::numeric_limits<unsigned char>::max()+1);
这种行为通常被称为数值回绕(value wrapping)。如果你想用这个特性，就没有必要在这种情况下使用 numeric_cast。此外，numeric_cast 也不接受它。numeric_cast的意图是捕捉错误，而错误应该是因为用户的误解而引起的。如果目标类型不能表示赋给它的数值，就抛出一个 bad_numeric_cast 异常。因为无符号整数的算法是明确定义的，不会引起程序员的重大错误[12]。对于 numeric_cast, 重要的是确保获得实际的数值。
[12] 观点是：如果你真的想要数值回绕，就不要使用 numeric_cast.
有符号和无符号整数类型的混用
混用有符号和无符号类型可能很有趣[13]，特别是执行算术操作时。普通的赋值也会产生微妙的问题。最常见的问题是将一个负值赋给无符号类型。结果几乎可以肯定不是你原来的意图。另一种情形是从无符号类型到同样大小的有称号类型的赋值。不知什么原因，人们总是会很容易忘记无符号类型可以持有比同样大小的有符号类型更大的值。特别是在表达式或函数调用中更容易忘记。以下例子示范了如何通过numeric_cast来捕捉这种常见的错误。
[13] 当然这是一个高度主观的问题，你的观点可能不同。
#include <iostream>
#include "boost/limits.hpp"
#include "boost/cast.hpp"
int main() {
unsigned int ui=std::numeric_limits<unsigned int>::max();
int i;
try {
std::cout << "Assignment from unsigned int to signed int\n";
i=boost::numeric_cast<int>(ui);
}
catch(boost::bad_numeric_cast& e) {
std::cout << e.what() << "\n\n";
}
try {
std::cout << "Assignment from signed int to unsigned int\n";
i=-12;
ui=boost::numeric_cast<unsigned int>(i);
}
catch(boost::bad_numeric_cast& e) {
std::cout << e.what() << "\n\n";
}
}
输出清晰地表明了预期的错误。
Assignment from unsigned int to signed int
bad numeric cast: loss of range in numeric_cast
Assignment from signed int to unsigned int
bad numeric cast: loss of range in numeric_cast
基本的规则很简单：无论何时在不同的类型间执行类型转换，都应该使用 numeric_cast来保证转换的安全。
浮点数类型
numeric_cast 不能帮助我们在浮点数间的转换中避免精度的损失。原因是float, double, 和 long double间的转换不象整数类型间的隐式转换那样敏感。记住这点很重要，因为你可能会认为以下代码应该抛出异常。
double d=0.123456789123456;
float f=0.123456;
try {
f=boost::numeric_cast<float>(d);
}
catch(boost::bad_numeric_cast& e) {
std::cout << e.what();
}
运行这段代码不会有异常抛出。在许多实现中，从 double 到 float 的转换都会导致精度的损失，虽然C++标准没有保证会这样。我们所能知道的就是，double 至少具有 float 的精度。
从浮点数类型转为整数类型又会怎样呢？当一个浮点数类型被转换为一个整数类型，它会被截断；小数部分会被扔掉。numeric_cast 对截断后的数值与目标类型进行相同的检查，就象在两个整数类型间的检查一样。
double d=127.123456789123456;
char c;
std::cout << "char type maximum: ";
std::cout << (int)std::numeric_limits<char>::max() << "\n\n";
c=d;
std::cout << "Assignment from double to char: \n";
std::cout << "double: " << d << "\n";
std::cout << "char: " << (int)c << "\n";
std::cout << "Trying the same thing with numeric_cast:\n";
try {
c=boost::numeric_cast<char>(d);
std::cout << "double: " << d;
std::cout << "char: " << (int)c;
}
catch(boost::bad_numeric_cast& e) {
std::cout << e.what();
}
象前面的代码那样进行范围检查以确保有效的赋值是一件令人畏缩的工作。虽然规则看起来很简单，但是有很多组合要被考虑。例如，测试从浮点数到整数的代码看起来就象这样：
template <typename INT, typename FLOAT>
bool is_valid_assignment(FLOAT f) {
return std::numeric_limits<INT>::max() >=
static_cast<INT>(f);
}
尽管我已经提起过在一个浮点数类型被转换时，小数部分会被丢弃，在这个实现中还得很容易忽略这个错误。这对于算术类型的转换和提升是自然的。去掉static_cast 就可以正确地测试，因为这样 numeric_limits<INT>::max 的结果会被转换为浮点数类型[14]。如果是浮点数类型转为整数类型，它会被截断；换句话说，这个函数的问题在于丢失了小数部分。
[14] 这是正常的算术转换结果。
总结
numeric_cast 提供了算术类型间高效的范围检查转换。在目标类型可以持有所有源类型的值时，使用 numeric_cast没有额外的效率代价。它只在目标类型仅能表示源类型的值的子集时有影响。当转换失败时，numeric_cast 通过抛出一个 bad_numeric_cast异常来表示失败。对于数值类型间的转换有很多复杂的规则，确保转换的正确性是很重要的。
以下情况时使用 numeric_cast:
在这里注意到一个模式了吗？模仿已有的语言和库的名字及行为是简化学习及使用的好方法，但也需要仔细地考虑。增加内建的C++转型就象沿着狭窄的小路行走；一旦迷路会带来很高的代价。遵循语言的语法及语义规则才是负责任的。事实上，对于初学者，内建的转型操作符与看起来象转型操作符的函数可能并没有不同，所以如果行为错误将会导致灾难。numeric_cast 有着与 static_cast, dynamic_cast, 和 reinterpret_cast类似的语法和语义。如果它看起来和用起来象转型操作，它就是转型操作，是对转型操作的一个良好的扩展
polymorphic_cast
头文件: "boost/cast.hpp"
C++中的多态转型是用 dynamic_cast来实现的。dynamic_cast有一个有时会导致错误代码的特性，那就是它对于所使用的不同类型会有不同的行为。在用于一个引用类型时，如果转型失败，dynamic_cast 会抛出一个std::bad_cast异常。这样做的原因很简单，因为C++里不允许有空的引用，所以要么转型成功，要么转型失败而你获得一个异常。当然，在 dynamic_cast 用于一个指针类型时，失败时将返回空指针。
dynamic_cast的这种对指针和引用类型的不同行为以前被认为是一个有用的特性，因为它允许程序员表达他们的意图。典型地，如果转型失败不是一种逻辑错误，就使用指针转型，如果它确是一种错误，就使用引用转型。不幸的是，两种方法之间的区别仅在于一个*号和一个&号，这种细微的差别是不自然的。如果想把指针转型失败作为错误处理，该怎么办？为了通过自动抛出异常来清楚地表达这一点，也为了让代码更一致，Boost提供了polymorphic_cast. 它在转型失败时总是抛出一个 std::bad_cast 异常。
在《The C++ Programming Language 3rd Edition》中，Stroustrup对于指针类型的dynamic_cast说了以下一段话，事实是它可以返回空指针：
"偶尔可能会不小心忘了测试指针是否为空。如果这困扰了你，你可以写一转型函数在转型失败时抛出异常。"
polymorphic_cast 正是这样一个转型函数。
用法
polymorphic_cast 的用法类似于 dynamic_cast, 除了 (正是它的意图) 在转型失败时总是抛出一个 std::bad_cast 异常。polymorphic_cast 的另一个特点是它是一个函数，必要时可以被重载。作为对我们的C++词汇表的一个自然扩展，它使得代码更清晰，类型转换也更少错误。要使用它，就要包含头文件"boost/cast.hpp". 这个函数泛化了要转换的类型，并接受一个要进行转型的参数。
template <class Target, class Source>
polymorphic_cast(Source* p);
要注意的是，polymorphic_cast 没有针对引用类型的版本。原因是那是dynamic_cast已经实现了的，没有必须让 polymorphic_cast 重复C++语言中已有的功能。以下例子示范了与 dynamic_cast类似的语法。
向下转型和交叉转型
使用dynamic_cast 或 polymorphic_cast可能有两种典型的情况：从基类向派生类的向下转型，或者交叉转型，即从一个基类到另一个基类。以下例子示范了使用polymorphic_cast的两类转型。这里有两个基类，base1 和 base2, 以及一个从两个基类公有派生而来的类 derived 。
#include <iostream>
#include <string>
#include "boost/cast.hpp"
class base1 {
public:
virtual void print() {
std::cout << "base1::print()\n";
}
virtual ~base1() {}
};
class base2 {
public:
void only_base2() {
std::cout << "only_base2()\n";
}
virtual ~base2() {}
};
class derived : public base1, public base2 {
public:
void print() {
std::cout << "derived::print()\n";
}
void only_here() {
std::cout << "derived::only_here()\n";
}
void only_base2() {
std::cout << "Oops, here too!\n";
}
};
int main() {
base1* p1=new derived;
p1->print();
try {
derived* pD=boost::polymorphic_cast<derived*>(p1);
pD->only_here();
pD->only_base2();
base2* pB=boost::polymorphic_cast<base2*>(p1);
pB->only_base2();
}
catch(std::bad_cast& e) {
std::cout << e.what() << '\n';
}
delete p1;
}
我们来看看 polymorphic_cast 是如何工作的，首先我们创建一个 derived 的实例，然后通过不同的基类指针以及派生类指针来操作它。对p1使用的第一个函数是print, 它是base1 和 derived的一个虚拟函数。我们还使用了向下转型，以便可以调用 only_here, 它仅在 derived中可用：
derived* pD=boost::polymorphic_cast<derived*>(p1);
pD->only_here();
注意，如果 polymorphic_cast 失败了，将抛出一个 std::bad_cast 异常，因此这段代码被保护在一个 try/catch 块中。这种做法与使用引用类型的dynamic_cast正好是一样的。指针 pD 随后被用来调用函数 only_base2. 这个函数是base2中的非虚拟函数，但是在derived中也提供了，因此隐藏了base2中的版本。因而我们需要执行一个交叉转型来获得一个base2指针，才可以调用到 base2::only_base2 而不是 derived::only_base2.
base2* pB=boost::polymorphic_cast<base2*>(p1);
pB->only_base2();
再一次，如果转型失败，将会抛出异常。这个例子示范了如果转型失败被认为是错误的话，使用polymorphic_cast可以多容易地进行错误处理。不需要测试空指针，也不会把错误传播到函数以外。正如我们即将看到的，dynamic_cast 有时会为这类代码增加不必要的复杂性；它还可能导致未定义行为。
dynamic_cast 对 polymorphic_cast
为了看一下这两种转型方法之间的不同，[3] 我们把它们放在一起来比较一下复杂性。我们将重用前面例子中的类 base1, base2, 和 derived。你会发现在对指针类型使用dynamic_cast时，测试指针的有效性是一种既乏味又反复的事情，这使得测试很容易被紧张的程序员所忽略掉。
[3] 技术上，dynamic_cast 是转型操作符，而 polymorphic_cast 是函数模板。
void polymorphic_cast_example(base1* p) {
derived* pD=boost::polymorphic_cast<derived*>(p);
pD->print();
base2* pB=boost::polymorphic_cast<base2*>(p);
pB->only_base2();
}
void dynamic_cast_example(base1* p) {
derived* pD=dynamic_cast<derived*>(p);
if (!pD)
throw std::bad_cast();
pD->print();
base2* pB=dynamic_cast<base2*>(p);
if (!pB)
throw std::bad_cast();
pB->only_base2();
}
int main() {
base1* p=new derived;
try {
polymorphic_cast_example(p);
dynamic_cast_example(p);
}
catch(std::bad_cast& e) {
std::cout << e.what() << '\n';
}
delete p;
}
这两个函数，polymorphic_cast_example 和 dynamic_cast_example, 使用不同的方法完成相同的工作。差别在于无论何时对指针使用 dynamic_cast ，我们都要记住测试返回的指针是否为空。在我们的例子里，这种情况被认为是错误的，因此要抛出一个类型为 bad_cast 的异常。[4] 如果使用polymorphic_cast, 错误的处理被局限在std::bad_cast的异常处理例程中， 这意味着我们不需要为测试转型的返回值而操心。在这个简单的例子中，不难记住要测试返回指针的有效性，但还是要比使用polymorphic_cast做更多的工作。如果是几百行的代码，再加上两三个程序员来维护这个函数的话，忘记测试或者抛出了错误的异常的风险就会大大增加。
[4] 当然，返回指针无论如何都必须被检查，除非你绝对肯定转型不会失败。
polymorphic_cast 不总是正确的选择
如果说失败的指针转型不应被视为错误，你就应该使用 dynamic_cast 而不是 polymorphic_cast. 例如，一种常见的情形是使用 dynamic_cast 来进行类型确定测试。使用异常处理来进行几种类型的转换测试是低效的，代码也很难看。这种情形下 dynamic_cast 就很有用了。当我们同时使用polymorphic_cast 和 dynamic_cast时，你应该非常清楚你自己的意图。即使没有 polymorphic_cast, 如果人们知道使用dynamic_cast的方法，他仍然可以达到相同的安全性，如下例所示。
void failure_is_error(base1* p) {
try {
some_other_class& soc=dynamic_cast<some_other_class&>(*p);
// 使用 soc
}
catch(std::bad_cast& e) {
std::cout << e.what() << '\n';
}
}
void failure_is_ok(base1* p) {
if (some_other_class* psoc=
dynamic_cast<some_other_class*>(p)) {
// 使用 psoc
}
}
在这个例子中，指针 p 被解引用[5] 并被转型为 some_other_class的引用。这调用了dynamic_cast的异常抛出版本。例子中的第二部分使用了不会抛出异常的版本来转型到指针类型。你是否认为这是清晰、简明的代码，答案取决于你的经验。经验丰富的C++程序员会非常明白这段程序。是不是所有看到这段代码的人都十分熟悉dynamic_cast呢，或者他们不知道dynamic_cast的行为要取决于进行转型的是指针还是引用呢？你或者一个维护程序员是否总能记得对空指针进行测试？维护代码的程序员是否知道要对指针进行解引用才可以在转型失败时获得异常？你真的想在每次你需要这样的行为时都写相同的逻辑吗？抱歉说了这么多，这只是想表明，如果转型失败应该要抛出异常，那么 polymorphic_cast 要比 dynamic_cast 更坚固也更清晰。它要么成功，产生一个有效的指针，要么失败，抛出一个异常。简单的规则总是更容易被记住。
[5] 如果指针 p 为空，该例将导致未定义行为，因为它解引用了一个空指针。
我们还没有看到如何通过重载 polymorphic_cast 来解决一些不常见的转型需求，但你应该知道这是可能的。何时你会想改变多态转型的缺省行为呢？有一种情形是句柄/实体类(handle/body-classes), 向下转型的规则可能会与缺省的不同，或者是根本不允许。
总结
必须记住，其它人将要维护我们写的代码。这意味着我们必须确保代码以及它的意图是清晰并且易懂的。这一点可以通过注释部分地解决，但对于任何人，更容易的方法是不需加以说明的代码。当(指针)转型失败被认为是异常时，polymorphic_cast 比dynamic_cast更能清晰地表明代码的意图，它也导致更短的代码。如果转型失败不应被认为是错误，则应该使用dynamic_cast，这使得dynamic_cast的使用更为清楚。仅仅使用 dynamic_cast 来表明两种不同的意图很容易出错，而不够清楚。抛出异常与不抛出异常这两个不同的版本对于大多数程序员而言太微妙了。
何时使用 polymorphic_cast 和 dynamic_cast:
当一个多态转型的失败是预期的时候，使用 dynamic_cast<T*>. 它清楚地表明转型失败不是一种错误。
当一个多态转型必须成功以确保逻辑的正确性时，使用 polymorphic_cast<T*>. 它清楚地表明转型失败是一种错误。
对引用类型执行多态转型时，使用 dynamic_cast.
