C言語 明示的キャストと暗黙のキャストの違い【使う時の注意点】

こんにちは、ナナです。

「キャスト」とはデータ型を合わせこむ機能であり、演算や代入といったシーンにおいて必要な時があります。

キャストは「正しく使うこと」が必要であり、意味を分かった上で利用することが求められます。

本記事では次の疑問点を解消する内容となっています。

では、キャストの使い方を学んでいきましょう。

キャストの役割と種類

「キャスト」はプログラムを利用していると、皆さんの知らないところで活躍していたりします。

#include <stdio.h>

int main(void)
{
	long price = 10000;

	printf("%lf", price * 1.08);

	return 0;
}

ひとつの例ですが、このような「整数型×浮動小数点型」の演算の場合、「浮動小数点×浮動小数点」として演算が行われます。

このような、データ型を合わせこむ機能を「キャスト」と呼びます。

キャストの種類

キャストの種類には次のものがあります。

C言語ではデータ型の異なる変数に対して代入や演算をする時に、データ型を合わせこむ仕組みが働きます。

データ型には優先順位があり、次の順で優先度の高い型へと型変換が行われます。

キャストとコンパイラの関係性

「キャスト」というテーマは「コンパイラ」とつながりが深い機能です。

コンパイラには、プログラムの間違いを検知する校正機能と、ソースコードを解釈して機械語にする翻訳機能が備わっています。

コンパイラについて詳しくは『C言語 コンパイラの役割【エラーの取り除き方の鉄則教えます】』を見ておきましょう。

暗黙のキャストの使われ方

暗黙のキャストは、自然な形で行われるタイプの型変換です。

暗黙のキャスト：実例その１

最初の例として紹介したこちらにプログラムは、代表的な「暗黙のキャスト」が作用しているケースです。

#include <stdio.h>

int main(void)
{
	long price = 10000;

	// 整数型 x 浮動小数点型 
	//   ==> 浮動小数点型 x 浮動小数点型
	printf("%lf", price * 1.08);

	return 0;
}

このように異なるデータ型が混在する演算は、暗黙のキャストにより自動的に優先順位の高いデータ型に合わせて演算が行われます。

暗黙のキャスト：実例その２

暗黙のキャストが作用するその他のケースは、小さなデータ型から大きなデータ型への代入処理です。

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    short   num1 = 1000;
    long    num2;

    // short ==> long
    num2 = num1;

    return 0;
}

このプログラムは、ビルドをしてもエラーや警告は出力されません。

short型とlong型は共に整数を管理するデータ型であり、「long型」は「short型」よりもサイズが大きいですね。

そのため、「short型変数」の中身を「long型変数」は、そのまま受け入れることができます。

これは「小さいバケツの水を、大きなバケツに移し替えても溢れることがない」ということであり、コンパイラは安全であると判断しているからです。

明示的なキャストの使い方

明示的なキャストは、プログラマーが「キャストします」と明記することで実施されます。

暗黙のキャストで対処できない場合の問題

まず、暗黙のキャストで対処しきれない問題のケースを示します。

データ型の優先順位に従わない代入は、次のようにエラーや警告が出力されます。

#include <stdio.h>

int main(void)
{
	long  num1 = 100000;
	short num2;

	// long ==> short
	num2 = num1;

	return 0;
}

ビルドを行うと、コンパイラによって次の警告が検知されます。

main.c(9): warning C4244: '=': 'long' から 'short' への変換です。データが失われる可能性があります。

long型の格納範囲は非常に広く、short型は3万程度の数値までしか格納できません。

そのため、代入した際に「数が溢れる可能性があるけど大丈夫？」と、コンパイラが警告しているわけです。

このプログラムは「num1変数」の値が100であっても出力されます。つまり、コンパイラは情報が溢れる可能性に対して警告を行っているということです。

明示的キャストを使った型の強制変換

では、明示的なキャストを使ったケースを示しましょう。

#include <stdio.h>

int main(void)
{
	long	num1 = 100;
	short	num2;

	// キャストを使って明示的に型の強制変換
	num2 = (short)num1;

	return 0;
}

このように変数や数値の前に（データ型名）を明記することで、明示的キャストによる型の強制変換ができます。

ただし、このキャストは警告の指摘が消えたということだけであり、データが溢れないことを検証したうえでキャストすべきかを決定する必要があります。

明示的なキャストを使う上での注意点

コンパイラは校正機能によって、データ型の正当性に対して厳しくチェックを行います。

型の違いとは問題を起こしやすく、コンパイラは怪しい処理を見つけては警告やエラーを通知します。

「明示的なキャスト」というのは、

コンパイラのチェックをすり抜けるための変装

とも言えます。

コンパイラはプログラマーのミスを検知しようと善意でチェックしているのに、「明示的キャスト」によりチェックをすり抜けてしまうからです。

「キャスト」は状況によって必要なケースもあるのですが、必要悪であると捉え極力使わなくてよいように設計することが最善手です。

型変換が必要になるということは、型の選択がそもそも間違っている可能性に対して目を向けるのです。