4.29.类型转换

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小牛编辑

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2023-12-01

Rust，和它对安全的关注，提供了两种不同的在不同类型间转换的方式。第一个，as，用于安全转换。相反，transmute允许任意的转换，而这是 Rust 中最危险的功能之一！

强制转换（Coercion）

类型间的强制转换是隐式的并没有自己的语法，不过可以写作as。

强转出现在let，const和static语句；函数调用参数；结构体初始化的字符值；和函数返回值中。

最常用的强转的例子是从引用中去掉可变性：

&mut T到&T

一个相似的转换时去掉一个裸指针的可变性：

*mut T到*const T

引用也能被强转为裸指针：

&T到*const T
&mut T到*mut T

自定义强转可以用Deref定义。

强转是可传递的。

`as`

as关键字进行安全的转换：

let x: i32 = 5;

let y = x as i64;

有三种形式的安全转换：显式转换，数字类型之间的转换，和指针转换。

转换并不是可传递的：即便是e as U1 as U2是一个有效的表达式，e as U2也不必要是（事实上只有在U1强转为U2时才有效）。

显式转换（Explicit coercions）

e as U是有效的仅当e是T类型而且T能强转为U。

数值转换

e as U的转换在如下情况下也是有效的：

e是T类型而且T和U是任意数值类型：numeric-cast
e是一个类 C 语言枚举（变量并没有附加值），而且U是一个整型：enum-cast
e是bool或char而且T是一个整型：prim-int-cast
e是u8而且U是char：u8-char-cast

例如：

let one = true as u8;
let at_sign = 64 as char;
let two_hundred = -56i8 as u8;

数值转换的语义是：

两个相同大小的整型之间（例如：i32->u32）的转换是一个no-op
从一个大的整型转换为一个小的整型（例如：u32->u8）会截断
从一个小的整型转换为一个大的整型（例如：u8->u32）会
- 如果源类型是无符号的会补零（zero-extend）
- 如果源类型是有符号的会符号（sign-extend）
从一个浮点转换为一个整型会向 0 舍入
- 注意：目前如果舍入的值并不能用目标整型表示的话会导致未定义行为（Undefined Behavior）。这包括 Inf 和 NaN。这是一个 bug 并会被修复。
从一个整型转换为一个浮点会产生整型的浮点表示，如有必要会舍入（未指定舍入策略）
从 f32 转换为 f64 是完美无缺的
从 f64 转换为 f32 会产生最接近的可能值（未指定舍入策略）
- 注意：目前如果值是有限的不过大于或小于 f32 所能表示的最大最小值会导致未定义行为（Undefined Behavior）。这是一个 bug 并会被修复。

指针转换

你也许会惊讶，裸指针与整型之间的转换是安全的，而且不同类型的指针之间的转换遵循一些限制。只有解引用指针是不安全的：

let a = 300 as *const char; // `a` is a pointer to location 300.
let b = a as u32;

e as U在如下情况是一个有效的指针转换：

e是*T类型，U是*U_0类型，且要么U_0: Sized要么unsize_kind(T) == unsize_kind(U_0)：ptr-ptr-cast
e是*T类型且U是数值类型，同时T: Sized：ptr-addr-cast
e是一个整型且U是*U_0类型，同时U_0: Sized：addr-ptr-cast
e是&[T; n]类型且U是*const T类型：array-ptr-cast
e是函数指针且U是*T类型，同时T: Sized：fptr-ptr-cast
e是函数指针且U是一个整型：fptr-addr-cast

`transmute`

as只允许安全的转换，并会拒绝例如尝试将 4 个字节转换为一个u32：

let a = [0u8, 0u8, 0u8, 0u8];

let b = a as u32; // Four u8s makes a u32.

这个错误为：

error: non-scalar cast: `[u8; 4]` as `u32`
let b = a as u32; // Four u8s makes a u32.
        ^~~~~~~~

这是一个“非标量转换（non-scalar cast）”因为这里我们有多个值：四个元素的数组。这种类型的转换是非常危险的，因为他们假设多种底层结构的实现方式。为此，我们需要一些更危险的东西。

transmute函数由编译器固有功能提供，它做的工作非常简单，不过非常可怕。它告诉Rust对待一个类型的值就像它是另一个类型一样。它这样做并不管类型检查系统，并完全信任你。

在我们之前的例子中，我们知道一个有 4 个u8的数组可以正常代表一个u32，并且我们想要进行转换。使用transmute而不是as，Rust 允许我们：

use std::mem;

fn main() {
    unsafe {
        let a = [0u8, 1u8, 0u8, 0u8];
        let b = mem::transmute::<[u8; 4], u32>(a);
        println!("{}", b); // 256
        // Or, more concisely:
        let c: u32 = mem::transmute(a);
        println!("{}", c); // 256
    }
}

为了使它编译通过我们要把这些操作封装到一个unsafe块中。技术上讲，只有mem::transmute调用自身需要位于块中，不过在这个情况下包含所有相关的内容是有好处的，这样你就知道该看哪了。在这例子中，a的细节也是重要的，所以它们放到了块中。你会看到各种风格的代码，有时上下文离得太远，因此在unsafe中包含所有的代码并不是一个好主意。

虽然transmute做了非常少的检查，至少它确保了这些类型是相同大小的，这个错误：

use std::mem;

unsafe {
    let a = [0u8, 0u8, 0u8, 0u8];

    let b = mem::transmute::<[u8; 4], u64>(a);
}

和：

error: transmute called with differently sized types: [u8; 4] (32 bits) to u64
(64 bits)

除了这些，你可以自行随意转换，只能帮你这么多了！