Viper_Wiki/Implicit.md

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。

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

---

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）。

---

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。

---

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）。

---

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。

---

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。

---

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）。

---

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）。

---

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。