C#-12 轉換

一 什麼是轉換

轉換是接受一個類型的值並使用它作為另一個類型的等價值的過程。

下列代碼演示了將1個short類型的值強制轉換成byte類型的值。

short var1 = 5;
byte var2 = 10;

var2 = (byte) var1;    //強制轉換，將var1的值轉換成byte類型

二 隱式轉換

有些類型的轉換不會丟失數據與精度，如將8位的值轉換成16位的值是非常容易的，不會丟失精度。

C#語言會自動進行轉換，稱為隱式轉換。

從位數更少的源轉換成位數更多的目標類型時，目標中多出的位需要用0或1填充。

當從更小的無符號類型轉換為更大的無符號類型時，目標類型多出的最高位都以0進行填充，這叫做零擴展。

下圖演示使用零擴展將8位的10轉換成16位的10：

對於有符號類型的轉換而言，額外的高位用源表達式的符號位進行填充，這樣就維持了被轉換值的正確符號和大小。 

下圖演示符號擴展：

三 顯示轉換和強制轉換

嘗試將ushort值1365轉換為byte值，會導致數據丟失。

對於預定義類型，C#會自動將一個數據類型轉換成另一個數據類型，但只是針對那些從源類型到目標類型不會發生數據丟失的情況。

而對於從源類型到目標類型轉換會發生數據丟失的情況，C#不提供自動轉換，就需要使用顯示轉換。這叫做強制轉換表達式。

四 轉換的類型

有很多標準的、預定義的用於數字和引用的轉換。

除了標準轉換，還可以為自定義類型定義隱式轉換和顯示轉換。

裝箱：將值類型轉換為object類型、System.ValueType類型。

拆箱：將一個裝箱的值轉換為原始類型。

五 引用轉換

引用類型對象有記憶體中的兩部分組成：引用和數據。

由引用保存的那部分信息是它指向的數據類型。

引用轉換接受源引用並返回一個指向堆中同一位置的引用，但是把引用標記為轉換的目標類型。

下例給出兩個引用變數，myVar1和myVar2，它們指向記憶體中的相同對象。

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        B myVar1 = new B();
        A myVar2 = (A)myVar1;   //將myVar1作為A類的引用返回

        Console.WriteLine(myVar1.Field1);   //正確
        Console.WriteLine(myVar2.Field2);   //錯誤，Field2對於myVar2不可見
    }
}

class A { public int Field1; }

class B : A { public int Field2; }

5.1 隱式引用轉換

C#可以自動實現隱式引用轉換。

• 所有引用類型都可以被隱式轉換為object類型；
• 任何類型可以隱式轉換到它繼承的介面；
• 類可以隱式轉換到它繼承鏈中的任何類和它實現的任何介面。

5.2 顯示引用轉換

顯示引用轉換是從一個普通類型到一個更精確類型的引用轉換。

顯示轉換包括：

• 從object到任何引用類型的轉換；
• 從基類到從它繼承的類的轉換。

六 裝箱轉換和拆箱轉換

6.1 裝箱轉換

裝箱是一種隱式轉換，它接受值類型的值，根據這個值在堆中創建一個完整的引用類型對象並返回對象引用。

6.2 拆箱轉換

拆箱是把裝箱後的對象轉換回值類型對象的過程。

拆箱是顯示轉換。

系統在把值拆箱成ValueTypeT時執行瞭如下步驟：

• 它檢測到要拆箱的對象實際是ValueTypeT的裝箱值；
• 它把對象的值複製到變數。

七 用戶自定義轉換

除了標準轉換，我們還可以為類和結構自定義隱式轉換和顯示轉換。

 語法如下：

public static implicit operator TargetType (SourceType Identifier)
{
       . . .
       return ObjectOfTargetType   
}      

用戶自定義轉換的約束：

• 只可以為類和結構定義用戶自定義轉換；
• 不能重定義標準隱式轉換或顯示轉換；
• 對於源類型S和目標類型T，S和T必須是不同類型；
• S和T不能通過繼承關聯，S和T都不能是介面類型或object類型；
• 轉換運算符必須是S或T的成員。 

implicit：隱式轉換
explicit：顯示轉換，需要強制轉換表達式

下麵演示一個用戶自定義轉換的例子：

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Person bill = new Person("bill", 25);
        int age = bill;     //將Person對象轉換為int
        Console.WriteLine($"Person Info ：{bill.Name},{age}");

        Person none = 35;   //將int轉換為Person對象
        Console.WriteLine($"Person Info ：{none.Name},{none.Age}");

        //輸出：
        //Person Info ：bill,25
        //Person Info ：none,35
    }
}

class Person
{
    public string Name;
    public int Age;

    public Person(string name, int age)
    {
        Name = name;
        Age = age;
    }

    //將Person隱式轉換為int
    public static implicit operator int(Person p)
    {
        return p.Age;
    }

    //將int隱式轉換為Person
    public static implicit operator Person(int i)
    {
        return new Person("none", i);
    }
}

八 is運算符和as運算符

有些轉換是非法的，會在運行時拋出一個InvalidCastException異常。我們可以使用Is運算符來檢查轉換是否會成功完成。

as運算符和強制轉換運算符類似，只是它不拋出異常。如果轉換失敗，它返回null而不是拋出異常。

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        var student = new Student();
        student.Name = "jack";
        student.Age = 16;
        // is 第1種用法：檢測student是否能轉換為Person類型，如果可以，則返回true
        if (student is Person)
        {
            Console.WriteLine("stundent is Person");
        }
        // is 第2種用法：檢測student是否能轉換為Person類型，如果可以，則返回true，並將其轉換賦值給Person類型的變數p
        if (student is Person p)
        {
            Console.WriteLine($"Person p:{p.Name},{p.Age}");
        }

        // as 用法
        var p1 = student as Person;
        if (p1 != null)
        {
            Console.WriteLine($"Person p:{p1.Name},{p1.Age}");
        }
    }
}

class Person
{
    public string Name;
    public int Age;
}

class Student : Person { }