为什么 switch 和 if 语句与转换运算符的行为不同？

Question

为什么switch 和if 语句对转换运算符的行为不同？

struct WrapperA
{
    explicit operator bool() { return false; }    
};

struct WrapperB
{
    explicit operator int() { return 0; }
};

int main()
{
    WrapperA wrapper_a;
    if (wrapper_a) { /** this line compiles **/ }

    WrapperB wrapper_b;
    switch (wrapper_b) { /** this line does NOT compile **/ }
}

编译错误是switch quantity is not an integer，而在if 语句中它被完全识别为bool。 (海合会)

Answer 1

语法是switch ( condition ) statement with

条件 - 整数或枚举类型的任何表达式，或 contextually 隐式 可转换为整数或枚举类型的类类型，或单个非这种类型的数组变量，带有大括号或等号初始值设定项。

取自cppreference.

这意味着您只能对整数或枚举类型进行切换。为了使编译器能够将 Wrapper 隐式转换为整数/枚举类型，您需要删除显式关键字：

显式说明符指定构造函数或转换函数（C++11 起）不允许隐式转换

您也可以将 Wrapper 转换为 int 类型。

编辑地址@acraig5075 评论：

您必须注意哪个运算符是显式的，哪个是隐式的。如果两者都是隐式的，则代码将无法编译，因为会有歧义：

struct Wrapper
{
    operator int() { return 0; }
    operator bool() { return true; }    
};

source_file.cpp：在函数“int main()”中：source_file.cpp:12:14:

错误：'Wrapper' 的默认类型转换不明确

开关 (w) {

^ source_file.cpp:12:14: 注意：候选转换

包括‘Wrapper::operator int()’和‘Wrapper::operator bool()’

消除歧义的唯一方法是进行强制转换。

如果只有一个运算符是显式的，则另一个运算符将被选择用于 switch 语句：

#include <iostream>
struct Wrapper
{
    explicit operator int() { return 0; }
    operator bool() { return true; }    
};

int main()
{
    Wrapper w;
    if (w) { /** this line compiles **/std::cout << " if is true " << std::endl; }
    switch (w) { 
        case 0:
            std::cout << "case 0" << std::endl;
            break;
        case 1:
            std::cout << "case 1" << std::endl;
            break;
    }
    return 0;
}

输出：

 if is true 
case 1

w 已隐式转换为 1 (true)（因为 operator int 是显式的）并执行 case 1。

另一方面：

struct Wrapper
{
    operator int() { return 0; }
    explicit operator bool() { return true; }    
};

输出：

 if is true 
case 0

w 已隐式转换为 0，因为运算符 bool 是显式的。

在这两种情况下，if 语句都是正确的，因为 w 在 if 语句中被评估为 上下文 为布尔值。

Answer 2

我认为this 解释了为什么不接受switch 语句，而if 语句是：

在以下五种上下文中，如果声明 bool t(e); 格式正确，则需要类型 bool 并构建隐式转换序列。即考虑explicit T::operator bool() const;等显式用户自定义转换函数。据说这样的表达式 e 可以在上下文中转换为 bool。

• 控制 if、while、for 的表达式；
• 逻辑运算符 !、&& 和 ||;
• 条件运算符 ?:;
• static_assert;
• 没有例外。

Answer 3

声明转换运算符explicit 是为了防止隐式转换为该类型。这就是它的目的。 switch 尝试将其参数隐式转换为整数；因此不会调用explicit 运算符。这是预期的行为。

出乎意料的是explicit 运算符在if 的情况下被调用。从而挂了一个故事。

请看，鉴于上述规则，通过if 使类型可测试的方法是将非explicit 转换为bool。问题是……bool 是一个有问题的类型。它可以隐式转换为整数。因此，如果您创建一个可隐式转换为 bool 的类型，则这是合法代码：

void foo(int);
foo(convertible_type{});

但这也是无意义的代码。你从来没有打算让convertible_type 隐式转换为整数。您只是希望将其转换为布尔值以进行测试。

Pre-C++11，解决这个问题的方法是“安全布尔成语”，这是一种复杂的痛苦并且没有逻辑意义（基本上，您提供了对成员指针的隐式转换，该指针可以转换为一个布尔值，但不是整数或常规指针）。

所以在 C++11 中，当他们添加explicit 转换运算符时，他们为bool 做了一个例外。如果您有explicit operator bool()，则此类型可以在一组语言定义的位置内“根据上下文转换为bool”。这允许explicit operator bool() 表示“可在布尔条件下测试”。

switch 不需要这种保护。如果您希望某个类型可以隐式转换为 int 以达到 switch 的目的，那么它也没有理由不能隐式地转换为 int 以用于其他目的。

Answer 4

一个答案是if 和switch 的行为不同，因为这就是标准的编写方式。另一个答案可能会推测为什么标准是这样编写的。好吧，我想标准制定的if 语句的行为方式是解决特定问题（隐式转换为bool had been problematic），但我想采用不同的观点。

在if 语句中，条件必须是布尔值。不是每个人都以这种方式考虑if 语句，大概是因为语言内置的各种便利性。然而，在其核心，if 语句需要知道“做这个”或“做那个”； “是还是不是”; true 或 false - 即布尔值。在这方面，将某些内容放在语句的条件中是明确要求将某些内容转换为bool。

另一方面，switch 语句接受任何整数类型。也就是说，没有任何一种类型优于所有其他类型。使用switch 可以被视为将值转换为整数类型的显式请求，但不一定专门针对int。因此，当需要明确请求特定转换时，不适合使用到 int 的转换。

Answer 5

我相信这种行为的真正原因源于 C，但在解释之前，我将尝试用 C++ 术语来证明它的合理性。

if/while/for 语句应该采用任何标量（整数、浮点数或指针）或可转换为 bool 的类实例。它只是检查该值是否等于零。鉴于这种许可性，编译器使用explicit 运算符将值放入if 语句中相对无害。

另一方面，switch 只有整数和enums 才真正有意义。如果您尝试将switch 与double 或指针一起使用，则会出现相同的错误。这使得定义离散案例值变得更加容易。由于switch 语句特别需要查看整数，因此使用未定义隐式转换的类实例可能是错误的。

从历史上看，原因是 C 就是这样做的。

C++ 最初旨在与 C 向后兼容（尽管它从未成功过）。直到最近，C 才具有布尔类型。 C 的if 语句必须是允许的，因为没有其他方法可以做到这一点。虽然 C 不像 C++ 那样进行结构到标量的类型转换，但 C++ 对explicit 方法的处理反映了if 语句在两种语言中都非常宽松的事实。

C 的switch 语句，与if 不同，需要处理离散值，因此不能这么随意。

Answer 6

您的代码有两个问题。 首先，转换运算符不能显式地与switch 语句一起使用。 其次，switch 条件需要整数类型，而int 和bool 都是此类类型，因此存在歧义。 如果您更改您的类以使其不存在这两个问题，switch 将按预期编译和工作。

另一个不需要更改类的解决方案是将值显式转换为（static_cast 可以）int 或 bool。