C#类型转换之初级篇

学过编程的朋友都知道类型转换，并且也都清楚“隐式转换”、“显式转换”、“装箱”、“拆箱”等概念。但是，类型转换究竟有多少种？如何对其进行划分？何时应该使用何种类型转换？ 

本文将就这些问题进行一个简要解释。需要说明的是，本文中的几乎所有内容都来自我在讲课过程中的积累，在此强烈感谢我的学员，尤其是对我的看法提出疑问和建议的学员！另外，本文不一定对您的实际编程工作有太多帮助，不过可以让您对类型转换有一个新的理解。 

1、相关概念 

类型转换发生的时机 (Occasion)——当发生值的复制时，可能会发生类型转换。所谓“值的复制”，包括赋值运算和方法传参。如果被赋值的变量或方法的形式参数的类型与实际的对象类型不同，就需要进行类型转换。 

下面给出两种发生类型转换的情况。

 1// 例1
 2int x = 10;
 3long y = x;  // 此处发生类型转换，因为x与y的类型不同。
 4
 5// 例2
 6void F(long var) ...{ ... }
 7
 8void G()
 9...{
10    int i = 10;
11    F(i);  // 此处发生类型转换，因为实参i与形参var的类型不同。
12}
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源类型 (Source Type) 和目标类型 (Destination Type) ——当发生类型转换时，被赋值的变量或方法的形参的类型称为目标类型，而实际的对象的类型称为源类型。

例如前面例1中，变量x的类型int是源类型，而变量y的类型long是目标类型；例2中，变量i的类型int是源类型，而方法F的形参var的类型long是目标类型。

2、类型转换的分类 

C#中的类型转换有两种分类方法，一种是根据转换方式的不同进行划分，可以分为显式 (Explicit) 转换和隐式 (Implicit) 转换两种；另外一种是根据源类型和目标类型之间的关系进行划分，可以分为变换 (Conversion)、投射 (Cast)和装箱/拆箱 (Boxing/Unboxing)。 

下面这张图描绘了各种类型转化，以及它们发生的时机。

2.1 显式转换和隐式转换

从直观上看，显式和隐式转换只是语法上面的差别。当发生类型转换时，如果在代码中明确指定了目标类型，则称为显式转换，否则则称为隐式转换。

C#通过将形如“(目标类型)”这样的语法构造放在待转换对象的前面，来表示一个显式转换。

下面的代码介绍了在C#语言中进行显式和隐式转换时的语法。

int x = 10;
long y = x;  // 隐式转换
x = (int) long;  // 显示转换

需要注意的是，不是任意两种类型之间都能随意进行转换的。另外，无论显式转换还是隐式转换，都可能会失败。 

如果显式转换失败，会在运行时抛出异常（这个异常可能是InvalidCastException，也可能是InvalidOperationException、OverflowException等具体异常）；如果隐式转换失败，则会在编译时得到一个错误，指出不能进行隐式转换。 

最后，隐式转换也可以用显式转换替代，但显式转换不能用隐式转换替代。换句话说，可以用显式转换的地方，用隐式转换也没什么问题；但需要显式转换的地方，就一定不能用隐式转换。 

下面将从另外一种角度介绍各种不同的类型转换。 #p#

2.2 变换、投射、装箱/拆箱 

根据参与类型转换的两种类型（源类型和目标类型）的关系不同，可以将类型转换分成三种；即：

如果源类型和目标类型一个是值类型一个是引用类型，则称为装箱/拆箱；

如果源类型和目标类型之间存在着直接或间接继承，则称为投射；

如果源类型和目标类型不具备上述两种关系，如两种简单值类型或兄弟/邻居类型（有着共同的祖先类）之间，则称为普通类型转换（或称“变换”）。 

变换 

变换是最普通的一种类型转换，通常发生在：

简单（内置）值类型之间；

重载了类型转换运算符的类型之间；

简单值类型就是int、long、float、double等类型。在这些类型之间转换的时候，如果不会发生精度损失，则可以使用隐式转换，否则必须使用显式转换。换言之，从较短的类型向较长的类型转换，可以用隐式转换；从较长的向较短的转换，必须用显式转换（“长短”指的是：int长4字节，long长8字节，所以int比long短。）

投射

当源类型和目标类型具有直接或间接的继承关系时，发生的类型转换属于投射。如果将子类型的一个对象转换成祖先类型，则称向上投射 (Upcast)。反之，将祖先类型的对象转换为子孙类型，则称向下投射 (Downcast)。

上图中，CA到CB、CA到CC、CA到CD、CB到CC的转换属于向下投射，而CB到CA、CC到CA、CD到CA、CC到CB的转换属于向上投射。 

向上投射可以使用隐式转换，但向下投射必须使用显示转换。这是因为当发生继承关系时，子类将具有父类所有的成员（尽管父类中的private成员在子类中无法访问，但子类确实拥有这些成员），因此子类对象向父类转换时可以确保不会丢失成员，而如果父类对象向子类转换，不一定保证对象具备子类特有的成员。 

需要注意的是，如果两个类型位于同一继承树中，但没有直接或间接继承关系（通常称这样的类型为“兄弟类型”或“邻居类型”，如上图中的CB和CD、CC和CD），是不允许发生任何转换的，除非重载了类型转换运算符。 

下面解释一下为什么将这种类型的转换称为投射。 

假设类CA中定义了一个属性、一个事件和一个方法，现在用方块表示属性、用三角表示事件、用圆圈表示方法，则可以将CA绘制为下面的图形。 

假设类CB继承自CA，并定义了额外的一个属性和一个方法，则可以将CB绘制为下面的图形。

现在考虑用一个和CA形状一致的模板罩在CB类型的一个对象上，并透过模板去看这个对象（如下图所示），则可以看到对象的一个视图，并且从其中只能看到CA类中定义的成员。

这个情形符合这种转换。如果将视线想象成光线，则形成了一个光线的投射。

装箱/拆箱

当发生类型转换时，如果源类型和目标类型一个是值类型而另一个是引用类型时，将发生装箱/拆箱转换。

从值类型向引用类型的转换称为装箱，而从引用类型向值类型转换称为拆箱。

装箱时，会在堆中创建一个新的对象（作为一个“箱子”），并将值类型值复制到这个对象中（把这个值“装起来”）；而拆箱时，只需将对象中的值复制到栈上。 

在装箱/拆箱中，何时使用显式（隐式）转换是不确定的，取决于类型中重载了哪种转换运算符。