# 隐式转换与整数提升（Implicit Conversions & Integer Promotions）

> 本文记录 Viper（现行编译器 **VPC** / `ViperC`）的隐式类型转换规则。
> **总原则：允许无损拓宽，禁止有损收窄**；一切禁止项 **fail-fast**（报错并终止），不做静默截断、不做兜底推断。
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> 主要实现位置：
> - `ViperC/App/lib/core/Gen/Expr/ExprGenBase.vp` — `coerce_to_type`（统一转换入口）
> - `ViperC/App/lib/core/Gen/Expr/ExprGenOps.vp` — 提升/符号判定（`should_zext_widen`、`_node_type_unsigned`、`translate_binop`、一元运算）
> - `ViperC/App/lib/core/Gen/AssignGenMixin.vp` — `define_min_width`、复合赋值（`x op= y`）
> - `ViperC/App/lib/core/Gen/Stmt/StmtGenCifMixin.vp` — `range()` 的边界/循环变量位宽

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## 1. 整数：拓宽与收窄

### 1.1 拓宽（低 → 高）：允许

方向按**源操作数的符号性**决定：

| 源 | 指令 |
|---|---|
| u 类（无符号） | `zext` |
| i 类（有符号） | `sext` |
| 未标注的 `i8` | 默认按无符号字节（`zext`）；其余未标注按有符号（`sext`） |

判据：`ExprGenOps.should_zext_widen`（内部走 `_node_type_unsigned`）。

### 1.2 收窄（高 → 低）：禁止

报 `CastError: implicit narrowing is forbidden`。**仅两类豁免**：

1. **目标为 `i1`**：真值归一化 `x != 0`（不是位截断）。
2. **源是编译期常量**（`val.IsConst == 1`）且值落进目标位宽的**两种解释**区间
   `[-(2^(b-1)), 2^b - 1]`。超界即便只是「刚好越界一点」也报 `OverflowError`。

### 1.3 表达式的工作位宽（`translate_binop`）

- `work_bits` = `max(上下文目标位宽（赋值/形参/返回，若已知）, 两侧操作数位宽)`，下限 **32**（`int`）。
  - 移位（`<<` `>>`）**不把右值（计数）宽度计入** `work_bits`。
- 对齐时：
  - **位运算 `& | ^`**：额外允许「**常量无损适配**」——能无损落进另一侧的常量按另一侧宽度参与。
  - **算术 `+ - * / %`**：**不做**常量适配，按 C 语义把窄侧拓宽（窄位宽下会回绕，例如 `(32 + 1) * 8` 在 i8 中溢出成 8）。
- 移位：只提升**左操作数**到 `work_bits`；计数不参与类型提升，改为**静态范围检查**（`0 <= c < 左操作数位宽`，无法静态确定则留待运行期）。

### 1.4 `define` / 整数字面量的物化宽度

- 显式注解 `define X: T = V`：按 `T` 的位宽；值放不下 → **报错**。
- 自动推导：`W_min` = `8 / 16 / 32 / 64` 中**最小可容纳宽度**（`AssignGenMixin.define_min_width`）。
  - **负数按有符号解释**（必须留符号位）；
  - **非负按无符号位模式**（上界 `2^w - 1`；例如 `0xFFFFFFFF` → 32 位位型）。
- 使用处宽度 `w_ctx`：`w_ctx >= W_min` ⇒ **就地按 `w_ctx` 物化**（无损）；`w_ctx < W_min` ⇒ **报错**。
- **符号性**：非负 CDefine 常量按**无符号位模式**参与宽化与比较
  （`define N = 50000` 是 16 位位型 `0xC350`，须 `zext` 成 50000，而非 `sext` 成 -15536）。

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## 2. 整数提升（Promotions）

| 上下文 | 规则 |
|---|---|
| 二元算术 `+ - * / // %` | 仿 C 拓宽到 `work_bits`（见 §1.3） |
| 二元位运算 `& \| ^` | 对齐到较宽侧；**仅常量**可无损适配到另一侧宽度 |
| 移位 `<< >>` | **只提升左操作数**到 `work_bits`；计数只做静态范围检查 |
| 比较 `== != < <= > >=` | 两侧对齐到较宽者；无符号用 `ult/ugt`，有符号用 `slt/sgt` |
| **一元 `+x` / `-x` / `~x`** | **u 类不提升**（保持原位宽）；**i 类提升到 i32**（防负数陷阱，如 `int8 -128` 取负会溢出，提升后 = 128）；未标注按 i 类处理 |
| `not x` | 结果为 `i1`，与操作数位宽无关 |

> 一元运算内部的常量（`-x` 的 `0`、`~x` 的 `-1`）与**当前**操作数同宽，
> 因此「u 类不提升」后 `~uint16` 是纯 16 位取反（结果仍是 `uint16`），`-uint8` 也在 `uint8` 内取反。

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## 3. 浮点

- `float → double`：允许；`double → float`：**禁止**（有损）。
- 整数 → 浮点：要求**浮点位宽 ≥ 整数位宽**（无损）；否则禁止。
- 浮点 → 整数：**禁止**（有损）。

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## 4. 指针

- **级数必须相同**。
- pointee 兼容性（`_ptr_cast_reason`）：
  - 任一侧是 `void*` / rawptr → 允许；
  - pointee 相同 → 允许；
  - 两侧都是**基本数值类型** → 按整数规则；
  - **结构体（非基本类型）只允许上转型**（源类派生自目标类）；不相关结构体 / 向下转型 / 结构体↔基本类型 → **禁止**。
- 单级指针 ↔ `void*` 双向允许；**多级禁止**。
- **显式转换不受上述限制**。

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## 5. 值 ↔ 指针（聚合类型）

- 非基本类型的 `Foo* → Foo`（指针 → 值）**禁止**，仅两处豁免：
  1. **构造物化**（`Foo(...)` 直接产出聚合值）；
  2. **值语义槽拷贝**（源是 `x: Foo` 这类「槽自身持有聚合物、`Spec.PtrLevel == 0`」）。
- 聚合值 → 指针：在栈上溢出临时（VPC 不按值传聚合）。
- **裸类形参 ABI = `T*`**：VPC 里对象本身即指针，`def f(node: T)` 的形参按对象地址传入。

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## 6. 复合赋值 `x op= y`

- `y` 的**有效宽度必须 ≤ `x` 的宽度**（变量按 LLVM 类型宽度；常量按 `W_min`）。
  否则报 `augmented assignment operand too wide`，须显式收窄右值（如 `BYTE(...)` / `uint8(...)`）。
  - 例：`u8 += 1` 合法；`u8 += 300` 报错；`buf[i] |= BYTE(UINT(1) << bit_pos)` 合法。
- **移位（`<<=` / `>>=`）豁免**：计数不是写回目标的值，改为静态范围检查。
- 右值显式有符号而左值无符号**不单独拦截**：拓宽方向由 §1.1 统一决定（i 类 `sext`、u 类 `zext`），
  与二元形态 `x = x op y` 口径一致（如 `sizet += int` 里 `int` 先拓宽到 u64 再相加）。

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## 7. `range()`

- 边界（`start` / `stop` / `step`）**统一提升到至少 i32**（u64 边界保持 i64，避免截断）；
- 循环变量（未声明时）与边界同口径：**≥ i32**（不再有 `u16→i16` / `u8→i8` 档）；
- 边界若是非负 CDefine 常量，按**无符号位模式**比较（`icmp ult`）。

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## 变更记录

- **2026-10-12：一元 `+x` / `-x` / `~x` 提升规则由「一律提升到 i32」改为按符号性分档**（见 §2）。
  - 动机：`ncomp: uint16 = ~n`（`n: uint16`）此前会被提升成 i32，再赋回 `uint16` 触发「隐式窄化禁止」误报；
    现在 u 类保持原位宽，位图/掩码写法能同宽运算，同时 i 类仍提升到 i32 守住有符号负数陷阱。
  - 配套：`-x` 的 `0`、`~x` 的 `-1` 常量改为按**当前**操作数位宽物化（否则会出现 `xor i16, i32` 这类非法 IR）。
- **2026-10-12：复合赋值取消「右值有符号而左值无符号」的单独拦截**（见 §6）。
  - 动机：`pos: sizet; pos += match_len`（`match_len: int`）此前被拦，而等价的 `pos = pos + match_len`
    本就允许（`match_len` 在二元路径里拓宽到 u64）——同一个语义两种写法不该一错一对。