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explicit 的作用（如何避免编译器进行隐式类型转换）

news 来源：原创 2024/9/20 4:57:48

1. 隐式转换（Implicit Conversion）

2. 显式转换（Explicit Conversion）

3. 隐式转换的风险与显式转换的必要性

4. 隐式类型转换的例子

5. explicit 的作用

6. explicit 在构造函数中的作用

7. explicit 适用于转换操作符

隐式类型转换 发生在类的单参数构造函数和类型转换操作符被自动调用的情况下。
explicit 的作用：阻止编译器进行隐式类型转换，要求调用者显式地进行类型转换或对象创建。
使用场景：在类的单参数构造函数和类型转换操作符中，当隐式转换可能引发错误或误解时，使用 explicit 关键字可以提高代码的可读性和安全性。

在说明explicit 的作用之前，我们先来搞清楚什么是隐式转换，什么是显示转换。

隐式转换和显式转换是两种类型转换方式，它们用于将一种类型的值转换为另一种类型。在编程语言中（如 C++、Java、Python 等），这两者的区别主要体现在转换的自动性和控制权上。

explicit 是 C++ 中的关键字，用于防止编译器在某些情况下进行隐式类型转换，尤其是在构造函数和类型转换操作符中。它可以显式声明构造函数或类型转换，避免潜在的意外行为，从而提高代码的安全性和可读性。

1. 隐式转换（Implicit Conversion）

隐式转换是由编译器自动执行的类型转换。通常，当需要将一个类型的值转换为兼容的另一种类型时，编译器会隐式地进行这种转换。它不需要显式的操作或用户的干预。

特点：

自动执行：不需要程序员明确地进行转换，编译器在适当的时候自动完成。
安全性：隐式转换通常在转换不会丢失数据或引起精度问题时发生。
简化代码：减少了类型转换的显式操作，使代码更加简洁。

常见的隐式转换：

整数到浮点数的转换。
窄类型到宽类型的转换，例如 int 到 double。
从派生类到基类的转换（向上转型）。

C++ 示例：

int a = 10;
double b = a;  // 隐式转换：int 转换为 double

在这个例子中，a 被隐式地转换为 double 类型赋值给 b。

Python 示例：

a = 10
b = a + 1.5  # 隐式转换：int 转换为 float

a 在进行加法操作时，自动转换为 float 类型。

2. 显式转换（Explicit Conversion）

显式转换是由程序员手动指定的类型转换方式。程序员必须通过特定的语法，明确告诉编译器执行转换操作。这种转换通常用于转换不兼容的类型，或者当隐式转换可能会导致数据丢失时。

特点：

需要手动指定：程序员必须使用明确的语法进行类型转换。
安全性控制：显式转换通常用于需要精确控制转换过程，避免潜在的错误或数据丢失。
灵活性：可以进行更复杂和不安全的类型转换。

常见的显式转换方式：

C++ 中的类型转换操作：如 static_cast、dynamic_cast、reinterpret_cast。
C 风格的类型转换：如 (int)， (double)。
Python 中的强制类型转换：如 int()， float()， str()。

C++ 示例：

double x = 9.7;
int y = static_cast<int>(x);  // 显式转换：double 转换为 int，截断小数部分

Python 示例：

x = 9.7
y = int(x)  # 显式转换：float 转换为 int，截断小数部分

在这两个示例中，x 被显式转换为 int，而转换后的小数部分会被舍弃。

隐式转换 vs 显式转换

3. 隐式转换的风险与显式转换的必要性

隐式转换虽然方便，但有时会引发意外的错误，特别是当类型不完全兼容时，可能会导致数据丢失或精度问题。这时候，显式转换就非常有用，可以确保程序员明确意识到可能的风险并加以控制。

风险示例：

double d = 9.99;
int i = d;  // 隐式转换，数据丢失，i 变成 9

这种情况下，小数部分被丢失。如果我们希望精确控制这种行为，应该使用显式转换：

int i = static_cast<int>(d);  // 显式转换，确保数据截断是程序员预期的行为

接下来我们再来说明explicit 的作用。

4. 隐式类型转换的例子

当一个类有一个带单参数的构造函数时，编译器会自动进行隐式类型转换，将参数类型转换为该类的对象。这种隐式转换有时会导致意想不到的结果。

示例：

#include <iostream>class MyClass {
public:// 构造函数，可以接受 int 类型MyClass(int x) {std::cout << "MyClass constructor called with " << x << std::endl;}
};void printObject(const MyClass& obj) {std::cout << "Object received" << std::endl;
}int main() {MyClass obj = 42;  // 隐式转换：int 转换为 MyClass 对象printObject(42);   // 隐式转换：int 被转换为 MyClass 对象
}

在上面的代码中：

MyClass obj = 42; 触发了隐式类型转换，编译器将 42 转换为 MyClass 对象。
printObject(42); 也触发了隐式类型转换，将 42 转换为 MyClass 对象。

虽然这种隐式转换看似方便，但在某些情况下可能会导致难以发现的错误或非预期的行为。

5. `explicit` 的作用

为防止不必要的隐式转换，可以在构造函数前加上 explicit 关键字。explicit 使得构造函数不能被隐式调用，只能通过显式地传递参数来调用。

示例：

#include <iostream>class MyClass {
public:// 使用 explicit 防止隐式类型转换explicit MyClass(int x) {std::cout << "MyClass constructor called with " << x << std::endl;}
};void printObject(const MyClass& obj) {std::cout << "Object received" << std::endl;
}int main() {// MyClass obj = 42;  // 错误！不能进行隐式类型转换MyClass obj(42);     // 必须显式调用构造函数// printObject(42);   // 错误！需要显式转换printObject(MyClass(42));  // 必须显式地转换为 MyClass 对象
}

在此例中，由于使用了 explicit，编译器不再允许隐式类型转换，必须通过显式地构造对象来使用 MyClass。

6. `explicit` 在构造函数中的作用

隐式转换：当一个类有一个带单参数的构造函数时，可以通过传递该类型的参数直接创建对象，而无需显式调用构造函数，这称为隐式类型转换。
使用 explicit：为构造函数添加 explicit 关键字可以阻止编译器执行隐式类型转换，要求调用者显式地进行类型转换。

代码对比：

没有 explicit：

class MyClass {
public:MyClass(int x) {// 构造函数}
};MyClass obj = 10;  // 隐式转换

没有 explicit：

class MyClass {
public:explicit MyClass(int x) {// 构造函数}
};MyClass obj(10);  // 显式调用

7. `explicit` 适用于转换操作符

除了构造函数外，explicit 也可以用于类型转换操作符，防止不合适的自动类型转换。

示例：

#include <iostream>class MyClass {
public:explicit operator int() const {return 42;}
};int main() {MyClass obj;// int x = obj;  // 错误！explicit 禁止隐式转换int x = static_cast<int>(obj);  // 正确，必须显式转换std::cout << x << std::endl;  // 输出 42
}

此例中，operator int() 被声明为 explicit，因此不能隐式转换为 int，但可以通过 static_cast 显式转换。