类型转换和兼容性

本文档深入讲解类型转换和兼容性，包括 Conversion 类型、隐式/显式转换、类型兼容性检查等。

📋 文档信息

难度级别: 高级
预计阅读时间: 15 分钟
前置知识:
- C# 类型系统
- 语义模型基础

🎯 学习目标

完成本文档后，您将能够：

✅ 理解 Conversion 类型
✅ 检查隐式和显式转换
✅ 判断类型兼容性
✅ 在源生成器中应用类型转换

类型转换和兼容性

Conversion 类型

Roslyn 提供了 Conversion 结构来表示类型之间的转换关系。通过 SemanticModel.ClassifyConversion 方法，可以检查两个类型之间是否存在转换，以及转换的类型。

csharp

using Microsoft.CodeAnalysis;
using Microsoft.CodeAnalysis.CSharp;

/// <summary>
/// Conversion 结构表示类型转换信息
/// </summary>
public class ConversionDemo
{
    /// <summary>
    /// 演示 Conversion 的基本属性
    /// </summary>
    public void DemonstrateConversionProperties(Conversion conversion)
    {
        // 检查是否存在转换
        bool exists = conversion.Exists;
        
        // 检查是否是隐式转换
        bool isImplicit = conversion.IsImplicit;
        
        // 检查是否是显式转换
        bool isExplicit = conversion.IsExplicit;
        
        // 检查是否是标识转换（类型相同）
        bool isIdentity = conversion.IsIdentity;
        
        // 检查是否是引用转换
        bool isReference = conversion.IsReference;
        
        // 检查是否是装箱转换
        bool isBoxing = conversion.IsBoxing;
        
        // 检查是否是拆箱转换
        bool isUnboxing = conversion.IsUnboxing;
        
        // 检查是否是数值转换
        bool isNumeric = conversion.IsNumeric;
        
        // 检查是否是可空转换
        bool isNullable = conversion.IsNullable;
        
        // 检查是否是用户定义的转换
        bool isUserDefined = conversion.IsUserDefined;
    }
}

ClassifyConversion 方法

ClassifyConversion 方法用于分析两个类型之间的转换关系。

csharp

using Microsoft.CodeAnalysis;
using Microsoft.CodeAnalysis.CSharp;
using Microsoft.CodeAnalysis.CSharp.Syntax;

/// <summary>
/// 演示如何使用 ClassifyConversion 方法
/// </summary>
public class ConversionClassification
{
    /// <summary>
    /// 检查表达式到目标类型的转换
    /// </summary>
    public void ClassifyExpressionConversion(
        SemanticModel semanticModel,
        ExpressionSyntax expression,
        ITypeSymbol targetType)
    {
        // 分类从表达式到目标类型的转换
        var conversion = semanticModel.ClassifyConversion(expression, targetType);
        
        if (conversion.Exists)
        {
            if (conversion.IsImplicit)
            {
                // 可以隐式转换
                // 例如：int -> long, string -> object
                Console.WriteLine("可以隐式转换");
            }
            else if (conversion.IsExplicit)
            {
                // 需要显式转换（强制类型转换）
                // 例如：long -> int, object -> string
                Console.WriteLine("需要显式转换");
            }
        }
        else
        {
            // 不存在转换
            Console.WriteLine("无法转换");
        }
    }
    
    /// <summary>
    /// 检查两个类型之间的转换
    /// </summary>
    public void ClassifyTypeConversion(
        SemanticModel semanticModel,
        ITypeSymbol sourceType,
        ITypeSymbol targetType)
    {
        // 分类从源类型到目标类型的转换
        var conversion = semanticModel.Compilation.ClassifyConversion(
            sourceType, targetType);
        
        // 分析转换类型
        AnalyzeConversion(conversion, sourceType, targetType);
    }
    
    /// <summary>
    /// 分析转换的详细信息
    /// </summary>
    private void AnalyzeConversion(
        Conversion conversion,
        ITypeSymbol sourceType,
        ITypeSymbol targetType)
    {
        if (!conversion.Exists)
        {
            Console.WriteLine($"无法从 {sourceType} 转换到 {targetType}");
            return;
        }
        
        // 标识转换（类型相同）
        if (conversion.IsIdentity)
        {
            Console.WriteLine("标识转换（类型相同）");
        }
        // 引用转换
        else if (conversion.IsReference)
        {
            Console.WriteLine("引用转换（例如：派生类 -> 基类）");
        }
        // 装箱转换
        else if (conversion.IsBoxing)
        {
            Console.WriteLine("装箱转换（值类型 -> object）");
        }
        // 拆箱转换
        else if (conversion.IsUnboxing)
        {
            Console.WriteLine("拆箱转换（object -> 值类型）");
        }
        // 数值转换
        else if (conversion.IsNumeric)
        {
            Console.WriteLine("数值转换（例如：int -> long）");
        }
        // 可空转换
        else if (conversion.IsNullable)
        {
            Console.WriteLine("可空转换（例如：int -> int?）");
        }
        // 用户定义的转换
        else if (conversion.IsUserDefined)
        {
            Console.WriteLine("用户定义的转换（自定义转换运算符）");
        }
    }
}

隐式转换检查

隐式转换是指不需要显式类型转换运算符就能进行的转换。

csharp

using Microsoft.CodeAnalysis;
using Microsoft.CodeAnalysis.CSharp;

/// <summary>
/// 演示如何检查隐式转换
/// </summary>
public class ImplicitConversionChecker
{
    /// <summary>
    /// 检查是否可以隐式转换
    /// </summary>
    public bool CanImplicitlyConvert(
        Compilation compilation,
        ITypeSymbol sourceType,
        ITypeSymbol targetType)
    {
        // 分类转换
        var conversion = compilation.ClassifyConversion(sourceType, targetType);
        
        // 检查是否存在隐式转换
        return conversion.IsImplicit;
    }
    
    /// <summary>
    /// 检查常见的隐式转换场景
    /// </summary>
    public void CheckCommonImplicitConversions(Compilation compilation)
    {
        // 获取常用类型
        var intType = compilation.GetSpecialType(SpecialType.System_Int32);
        var longType = compilation.GetSpecialType(SpecialType.System_Int64);
        var objectType = compilation.GetSpecialType(SpecialType.System_Object);
        var stringType = compilation.GetSpecialType(SpecialType.System_String);
        
        // 1. 数值类型的隐式转换
        // int -> long (✅ 可以隐式转换)
        var intToLong = compilation.ClassifyConversion(intType, longType);
        Console.WriteLine($"int -> long: {intToLong.IsImplicit}"); // True
        
        // long -> int (❌ 需要显式转换)
        var longToInt = compilation.ClassifyConversion(longType, intType);
        Console.WriteLine($"long -> int: {longToInt.IsImplicit}"); // False
        
        // 2. 引用类型的隐式转换
        // string -> object (✅ 可以隐式转换)
        var stringToObject = compilation.ClassifyConversion(stringType, objectType);
        Console.WriteLine($"string -> object: {stringToObject.IsImplicit}"); // True
        
        // object -> string (❌ 需要显式转换)
        var objectToString = compilation.ClassifyConversion(objectType, stringType);
        Console.WriteLine($"object -> string: {objectToString.IsImplicit}"); // False
    }
    
    /// <summary>
    /// 检查派生类到基类的隐式转换
    /// </summary>
    public bool CanConvertDerivedToBase(
        INamedTypeSymbol derivedType,
        INamedTypeSymbol baseType)
    {
        // 检查 derivedType 是否继承自 baseType
        var currentBase = derivedType.BaseType;
        
        while (currentBase != null)
        {
            if (SymbolEqualityComparer.Default.Equals(currentBase, baseType))
            {
                // 派生类可以隐式转换为基类
                return true;
            }
            currentBase = currentBase.BaseType;
        }
        
        return false;
    }
}

显式转换检查

显式转换需要使用类型转换运算符，可能会导致数据丢失或运行时异常。

csharp

using Microsoft.CodeAnalysis;

/// <summary>
/// 演示如何检查显式转换
/// </summary>
public class ExplicitConversionChecker
{
    /// <summary>
    /// 检查是否可以显式转换
    /// </summary>
    public bool CanExplicitlyConvert(
        Compilation compilation,
        ITypeSymbol sourceType,
        ITypeSymbol targetType)
    {
        // 分类转换
        var conversion = compilation.ClassifyConversion(sourceType, targetType);
        
        // 检查是否存在显式转换
        // 注意：隐式转换也算作显式转换（因为可以显式地写出来）
        return conversion.IsExplicit || conversion.IsImplicit;
    }
    
    /// <summary>
    /// 检查是否需要显式转换（不能隐式转换）
    /// </summary>
    public bool RequiresExplicitConversion(
        Compilation compilation,
        ITypeSymbol sourceType,
        ITypeSymbol targetType)
    {
        var conversion = compilation.ClassifyConversion(sourceType, targetType);
        
        // 存在转换但不是隐式转换
        return conversion.Exists && !conversion.IsImplicit;
    }
    
    /// <summary>
    /// 检查常见的显式转换场景
    /// </summary>
    public void CheckCommonExplicitConversions(Compilation compilation)
    {
        var intType = compilation.GetSpecialType(SpecialType.System_Int32);
        var longType = compilation.GetSpecialType(SpecialType.System_Int64);
        var doubleType = compilation.GetSpecialType(SpecialType.System_Double);
        var objectType = compilation.GetSpecialType(SpecialType.System_Object);
        var stringType = compilation.GetSpecialType(SpecialType.System_String);
        
        // 1. 数值类型的显式转换（可能丢失精度）
        // long -> int (需要显式转换，可能溢出)
        var longToInt = compilation.ClassifyConversion(longType, intType);
        Console.WriteLine($"long -> int 需要显式转换: {!longToInt.IsImplicit && longToInt.Exists}");
        
        // double -> int (需要显式转换，丢失小数部分)
        var doubleToInt = compilation.ClassifyConversion(doubleType, intType);
        Console.WriteLine($"double -> int 需要显式转换: {!doubleToInt.IsImplicit && doubleToInt.Exists}");
        
        // 2. 引用类型的显式转换（可能失败）
        // object -> string (需要显式转换，可能抛出 InvalidCastException)
        var objectToString = compilation.ClassifyConversion(objectType, stringType);
        Console.WriteLine($"object -> string 需要显式转换: {!objectToString.IsImplicit && objectToString.Exists}");
    }
    
    /// <summary>
    /// 生成类型转换代码
    /// </summary>
    public string GenerateConversionCode(
        Compilation compilation,
        ITypeSymbol sourceType,
        ITypeSymbol targetType,
        string variableName)
    {
        var conversion = compilation.ClassifyConversion(sourceType, targetType);
        
        if (!conversion.Exists)
        {
            return $"// 无法从 {sourceType} 转换到 {targetType}";
        }
        
        if (conversion.IsImplicit)
        {
            // 隐式转换，不需要类型转换运算符
            return $"{targetType} result = {variableName};";
        }
        else
        {
            // 显式转换，需要类型转换运算符
            return $"{targetType} result = ({targetType}){variableName};";
        }
    }
}

装箱和拆箱

装箱是将值类型转换为引用类型（object 或接口），拆箱是反向操作。

csharp

using Microsoft.CodeAnalysis;

/// <summary>
/// 演示如何检查装箱和拆箱转换
/// </summary>
public class BoxingUnboxingChecker
{
    /// <summary>
    /// 检查是否是装箱转换
    /// </summary>
    public bool IsBoxingConversion(
        Compilation compilation,
        ITypeSymbol sourceType,
        ITypeSymbol targetType)
    {
        var conversion = compilation.ClassifyConversion(sourceType, targetType);
        return conversion.IsBoxing;
    }
    
    /// <summary>
    /// 检查是否是拆箱转换
    /// </summary>
    public bool IsUnboxingConversion(
        Compilation compilation,
        ITypeSymbol sourceType,
        ITypeSymbol targetType)
    {
        var conversion = compilation.ClassifyConversion(sourceType, targetType);
        return conversion.IsUnboxing;
    }
    
    /// <summary>
    /// 演示装箱和拆箱的检测
    /// </summary>
    public void DemonstrateBoxingUnboxing(Compilation compilation)
    {
        var intType = compilation.GetSpecialType(SpecialType.System_Int32);
        var objectType = compilation.GetSpecialType(SpecialType.System_Object);
        
        // 装箱：int -> object
        var boxing = compilation.ClassifyConversion(intType, objectType);
        Console.WriteLine($"int -> object 是装箱: {boxing.IsBoxing}"); // True
        Console.WriteLine($"int -> object 是隐式转换: {boxing.IsImplicit}"); // True
        
        // 拆箱：object -> int
        var unboxing = compilation.ClassifyConversion(objectType, intType);
        Console.WriteLine($"object -> int 是拆箱: {unboxing.IsUnboxing}"); // True
        Console.WriteLine($"object -> int 是显式转换: {unboxing.IsExplicit}"); // True
        Console.WriteLine($"object -> int 是隐式转换: {unboxing.IsImplicit}"); // False
    }
    
    /// <summary>
    /// 检查值类型到接口的装箱
    /// </summary>
    public bool IsBoxingToInterface(
        Compilation compilation,
        ITypeSymbol valueType,
        ITypeSymbol interfaceType)
    {
        // 检查是否是值类型
        if (!valueType.IsValueType)
        {
            return false;
        }
        
        // 检查目标是否是接口
        if (interfaceType.TypeKind != TypeKind.Interface)
        {
            return false;
        }
        
        // 检查转换
        var conversion = compilation.ClassifyConversion(valueType, interfaceType);
        return conversion.IsBoxing;
    }
}

类型转换完整示例

以下是一个完整的示例，展示如何在源生成器中使用类型转换检查：

csharp

using Microsoft.CodeAnalysis;
using Microsoft.CodeAnalysis.CSharp;
using Microsoft.CodeAnalysis.CSharp.Syntax;
using System.Text;

/// <summary>
/// 自动生成类型转换扩展方法的源生成器
/// </summary>
public class TypeConversionGenerator
{
    /// <summary>
    /// 为类型生成转换方法
    /// </summary>
    public string GenerateConversionMethods(
        Compilation compilation,
        INamedTypeSymbol sourceType,
        ITypeSymbol[] targetTypes)
    {
        var sb = new StringBuilder();
        
        // 生成类声明
        sb.AppendLine($"public static class {sourceType.Name}Extensions");
        sb.AppendLine("{");
        
        // 为每个目标类型生成转换方法
        foreach (var targetType in targetTypes)
        {
            GenerateConversionMethod(compilation, sourceType, targetType, sb);
        }
        
        sb.AppendLine("}");
        
        return sb.ToString();
    }
    
    /// <summary>
    /// 生成单个转换方法
    /// </summary>
    private void GenerateConversionMethod(
        Compilation compilation,
        ITypeSymbol sourceType,
        ITypeSymbol targetType,
        StringBuilder sb)
    {
        // 检查转换类型
        var conversion = compilation.ClassifyConversion(sourceType, targetType);
        
        if (!conversion.Exists)
        {
            // 无法转换，跳过
            return;
        }
        
        // 生成方法名
        var methodName = $"To{targetType.Name}";
        
        // 生成方法签名
        sb.AppendLine($"    /// <summary>");
        sb.AppendLine($"    /// 将 {sourceType.Name} 转换为 {targetType.Name}");
        sb.AppendLine($"    /// </summary>");
        sb.AppendLine($"    public static {targetType} {methodName}(this {sourceType} value)");
        sb.AppendLine("    {");
        
        // 生成转换代码
        if (conversion.IsImplicit)
        {
            // 隐式转换
            sb.AppendLine($"        return value;");
        }
        else if (conversion.IsExplicit)
        {
            // 显式转换
            sb.AppendLine($"        return ({targetType})value;");
        }
        else if (conversion.IsUserDefined)
        {
            // 用户定义的转换
            sb.AppendLine($"        return ({targetType})value;");
        }
        
        sb.AppendLine("    }");
        sb.AppendLine();
    }
    
    /// <summary>
    /// 生成安全的转换方法（返回可空类型）
    /// </summary>
    public string GenerateSafeConversionMethod(
        Compilation compilation,
        ITypeSymbol sourceType,
        ITypeSymbol targetType)
    {
        var sb = new StringBuilder();
        var conversion = compilation.ClassifyConversion(sourceType, targetType);
        
        if (!conversion.Exists)
        {
            return string.Empty;
        }
        
        // 生成方法名
        var methodName = $"TryConvertTo{targetType.Name}";
        
        // 生成方法
        sb.AppendLine($"/// <summary>");
        sb.AppendLine($"/// 尝试将 {sourceType} 转换为 {targetType}");
        sb.AppendLine($"/// </summary>");
        sb.AppendLine($"public static {targetType}? {methodName}(this {sourceType} value)");
        sb.AppendLine("{");
        sb.AppendLine("    try");
        sb.AppendLine("    {");
        
        if (conversion.IsImplicit)
        {
            sb.AppendLine($"        return value;");
        }
        else
        {
            sb.AppendLine($"        return ({targetType})value;");
        }
        
        sb.AppendLine("    }");
        sb.AppendLine("    catch");
        sb.AppendLine("    {");
        sb.AppendLine("        return null;");
        sb.AppendLine("    }");
        sb.AppendLine("}");
        
        return sb.ToString();
    }
}

🔑 关键要点

使用 ClassifyConversion - 检查类型转换
理解转换类型 - 隐式 vs 显式
检查兼容性 - 使用 IsAssignableTo
处理泛型 - 考虑类型参数

📝 下一步

探索符号查找和导航
学习符号比较和等价性

📝 文档质量保证

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✅ 所有代码示例包含详细中文注释
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最后更新: 2025-01-21

编译 API (完整)

代码生成 API (完整)

诊断 API (完整)

语义模型 API (完整)

增量管道 API (完整)

类型系统深入

表达式和语句

语义模型：类型和方法

语义模型：成员符号

语义模型：命名空间、事件和类型参数

语义模型：符号比较、类型转换与查找

常见场景实现

调试和诊断

最佳实践

反模式和陷阱

高级技巧

类型转换和兼容性

📋 文档信息

🎯 学习目标

类型转换和兼容性

Conversion 类型

ClassifyConversion 方法

隐式转换检查

显式转换检查

装箱和拆箱

类型转换完整示例

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