Н.А. Вязовик - Программирование на Java
Рассмотрим их по отдельности.
Тождественное преобразование
Самым простым является тождественное преобразование. В Java преобразование выражения любого типа к точно такому же типу всегда допустимо и успешно выполняется.
Зачем нужно тождественное приведение? Есть две причины для того, чтобы выделить такое преобразование в особый вид.
Во-первых, с теоретической точки зрения теперь можно утверждать, что любой тип в Java может участвовать в преобразовании, хотя бы в тождественном. Например, примитивный тип boolean нельзя привести ни к какому другому типу, кроме него самого.
Во-вторых, иногда в Java могут встречаться такие выражения, как длинный последовательный вызов методов:
print(getCity().getStreet().getHouse().getFlat().getRoom());
При исполнении такого выражения сначала вызывается первый метод getCity(). Можно предположить, что возвращаемым значением будет объект класса City. У этого объекта далее будет вызван следующий метод getStreet(). Чтобы узнать, значение какого типа он вернет, необходимо посмотреть описание класса City. У этого значения будет вызван следующий метод ( getHouse() ), и так далее. Чтобы узнать результирующий тип всего выражения, необходимо просмотреть описание каждого метода и класса.
Компилятор без труда справится с такой задачей, однако разработчику будет нелегко проследить всю цепочку. В этом случае можно воспользоваться тождественным преобразованием, выполнив приведение к точно такому же типу. Это ничего не изменит в структуре программы, но значительно облегчит чтение кода:
print((MyFlatImpl)(getCity().getStreet().getHouse().getFlat()));
Преобразование примитивных типов (расширение и сужение)
Очевидно, что следующие четыре вида приведений легко представляются в виде таблицы 7.1.
Таблица 7.1. Виды приведений.
простой тип, расширение
ссылочный тип, расширение
простой тип, сужение
ссылочный тип, сужение
Что все это означает? Начнем по порядку. Для простых типов расширение означает, что осуществляется переход от менее емкого типа к более емкому. Например, от типа byte (длина 1 байт) к типу int (длина 4 байта). Такие преобразования безопасны в том смысле, что новый тип всегда гарантированно вмещает в себя все данные, которые хранились в старом типе, и таким образом не происходит потери данных. Именно поэтому компилятор осуществляет его сам, незаметно для разработчика:
byte b=3;
int a=b;
В последней строке значение переменной b типа byte будет преобразовано к типу переменной a (то есть, int ) автоматически, никаких специальных действий для этого предпринимать не нужно.
Следующие 19 преобразований являются расширяющими:
* от byte к short, int, long, float, double
* от short к int, long, float, double
* от char к int, long, float, double
* от int к long, float, double
* от long к float, double
* от float к double
Обратите внимание, что нельзя провести преобразование к типу char от типов меньшей или равной длины ( byte, short ), или, наоборот, к short от char без потери данных. Это связано с тем, что char, в отличие от остальных целочисленных типов, является беззнаковым.
Тем не менее, следует помнить, что даже при расширении данные все-таки могут быть в особых случаях искажены. Они уже рассматривались в предыдущей лекции, это приведение значений int к типу float и приведение значений типа long к типу float или double. Хотя эти дробные типы вмещают гораздо большие числа, чем соответствующие целые, но у них меньше значащих разрядов.
Повторим этот пример:
long a=111111111111L;
float f = a;
a = (long) f;
print(a);
Результатом будет:
111111110656
Обратное преобразование - сужение - означает, что переход осуществляется от более емкого типа к менее емкому. При таком преобразовании есть риск потерять данные. Например, если число типа int было больше 127, то при приведении его к byte значения битов старше восьмого будут потеряны. В Java такое преобразование должно совершаться явным образом, т.е. программист в коде должен явно указать, что он намеревается осуществить такое преобразование и готов потерять данные.
Следующие 23 преобразования являются сужающими:
* от byte к char
* от short к byte, char
* от char к byte, short
* от int к byte, short, char
* от long к byte, short, char, int
* от float к byte, short, char, int, long
* от double к byte, short, char, int, long, float
При сужении целочисленного типа к более узкому целочисленному все старшие биты, не попадающие в новый тип, просто отбрасываются. Не производится никакого округления или других действий для получения более корректного результата:
print((byte)383);
print((byte)384);
print((byte)-384);
Результатом будет:
127
-128
-128
Видно, что знаковый бит при сужении не оказал никакого влияния, так как был просто отброшен - результат приведения обратных чисел (384 и -384) оказался одинаковым. Следовательно, может быть потеряно не только точное абсолютное значение, но и знак величины.
Это верно и для типа char:
char c=40000;
print((short)c);
Результатом будет:
-25536
Сужение дробного типа до целочисленного является более сложной процедурой. Она проводится в два этапа.
На первом шаге дробное значение преобразуется в long, если целевым типом является long, или в int - в противном случае (целевой тип byte, short, char или int ). Для этого исходное дробное число сначала математически округляется в сторону нуля, то есть дробная часть просто отбрасывается.
Например, число 3,84 будет округлено до 3, а -3,84 превратится в -3. При этом могут возникнуть особые случаи:
* если исходное дробное значение является NaN, то результатом первого шага будет 0 выбранного типа (т.е. int или long );
* если исходное дробное значение является положительной или отрицательной бесконечностью, то результатом первого шага будет, соответственно, максимально или минимально возможное значение для выбранного типа (т.е. для int или long );
* наконец, если дробное значение было конечной величиной, но в результате округления получилось слишком большое по модулю число для выбранного типа (т.е. для int или long ), то, как и в предыдущем пункте, результатом первого шага будет, соответственно, максимально или минимально возможное значение этого типа. Если же результат округления укладывается в диапазон значений выбранного типа, то он и будет результатом первого шага.
На втором шаге производится дальнейшее сужение от выбранного целочисленного типа к целевому, если таковое требуется, то есть может иметь место дополнительное преобразование от int к byte, short или char.
Проиллюстрируем описанный алгоритм преобразованием от бесконечности ко всем целочисленным типам:
float fmin = Float.NEGATIVE_INFINITY;
float fmax = Float.POSITIVE_INFINITY;
print("long: " + (long)fmin + ".." + (long)fmax);
print("int: " + (int)fmin + ".." + (int)fmax);
print("short: " + (short)fmin + ".." + (short)fmax);
print("char: " + (int)(char)fmin + ".." + (int)(char)fmax);
print("byte: " + (byte)fmin + ".." + (byte)fmax);
Результатом будет:
long: -9223372036854775808..9223372036854775807
int: -2147483648..2147483647
short: 0..-1
char: 0..65535
byte: 0..-1
Значения long и int вполне очевидны - дробные бесконечности преобразовались в, соответственно, минимально и максимально возможные значения этих типов. Результат для следующих трех типов ( short, char, byte ) есть, по сути, дальнейшее сужение значений, полученных для int, согласно второму шагу процедуры преобразования. А делается это, как было описано, просто за счет отбрасывания старших битов. Вспомним, что минимально возможное значение в битовом виде представляется как 1000..000 (всего 32 бита для int, то есть единица и 31 ноль). Максимально возможное - 1111..111 (32 единицы). Отбрасывая старшие биты, получаем для отрицательной бесконечности результат 0, одинаковый для всех трех типов. Для положительной же бесконечности получаем результат, все биты которого равняются 1. Для знаковых типов byte и short такая комбинация рассматривается как -1, а для беззнакового char - как максимально возможное значение, то есть 65535.
Может сложиться впечатление, что для char приведение дает точное значение. Однако это был частный случай - отбрасывание битов в большинстве случаев все же дает искажение. Например, сужение дробного значения 2 миллиарда:
float f=2e9f;
print((int)(char)f);
print((int)(char)-f);
Результатом будет:
37888
27648
Обратите внимание на двойное приведение для значений типа char в двух последних примерах. Понятно, что преобразование от char к int не приводит к потере точности, но позволяет распечатывать не символ, а его числовой код, что более удобно для анализа.
В заключение еще раз обратим внимание на то, что примитивные значения типа boolean могут участвовать только в тождественных преобразованиях.
Преобразование ссылочных типов (расширение и сужение)
Переходим к ссылочным типам. Преобразование объектных типов лучше всего иллюстрируется с помощью дерева наследования. Рассмотрим небольшой пример наследования:
