Преобразование и продвижение

Функция convert вызывается следующими конструкциями языка.

Может показаться, что вызов convert(T, x) работает практически так же, как T(x). Действительно, обычно этот так. Однако обратите внимание на важное семантическое отличие: так как функция convert может вызываться неявно, ее методы ограничены случаями, которые считаются безопасными или ожидаемыми. convert выполняет преобразование только между типами, которые представляют сущности одинаковой природы (например, разные представления чисел или строки в разной кодировке). Кроме того, преобразование обычно осуществляется без потерь: если преобразовать значение в другой тип, а затем обратно, должно получиться точно то же самое значение.

Есть четыре основных сценария, в которых конструкторы отличаются от функции convert.

При определении нового типа изначально все способы его создания должны определяться как конструкторы. Если выяснится, что могут быть полезны неявные преобразования и что некоторые конструкторы отвечают изложенным выше критериям безопасности, можно добавить методы convert. Как правило, эти методы достаточно простые, так как они всего лишь вызывают соответствующие конструкторы. Такое определение может выглядеть следующим образом.

Первый аргумент этого метода имеет тип Type{MyType}, единственный экземпляр которого — MyType. Таким образом, этот метод вызывается, только если первый аргумент — это значение типа MyType. Обратите внимание на синтаксис, используемый для первого аргумента: имя аргумента перед символом :: опускается, указывается только тип. Такой синтаксис применяется в Julia для аргумента функции, тип которого указан, но на значение которого не требуется ссылаться по имени.

Все экземпляры некоторых абстрактных типов по умолчанию считаются достаточно схожими, так что в модуле Base Julia предоставляется универсальное определение функции convert. Например, согласно следующему определению, любой числовой тип (Number) можно преобразовать с помощью convert в любой другой числовой тип, вызвав конструктор с одним аргументом.

Это означает, что для новых числовых типов (Number) достаточно определить конструкторы, так как за работу convert отвечает данное определение. Для случаев, когда аргумент уже имеет запрошенный тип, предоставляется тождественное преобразование.

Аналогичные определения имеются для типов AbstractString, AbstractArray и AbstractDict.

Хотя в принципе определить методы для функции promote можно было бы напрямую, это потребовало бы множества определений для всех возможных сочетаний типов аргументов. Вместо этого поведение promote определяется посредством вспомогательной функции promote_rule, для которой можно предоставить методы. Функция promote_rule принимает пару объектов типов и возвращает другой объект типа так, что экземпляры типов аргументов продвигаются до возвращаемого типа. Таким образом, с помощью следующего правила:

объявляется, что при продвижении 64-битного и 32-битного значений с плавающей запятой они должны продвигаться до 64-битного значения с плавающей запятой. Результирующий тип продвижения необязательно должен быть одним из типов аргументов. Например, в модуле Base Julia есть следующие правила продвижения.

В последнем случае результирующим типом является BigInt, так как BigInt — это единственный тип, размера которого достаточно для хранения целых чисел, используемых в арифметических операциях произвольной точности. Кроме того, обратите внимание, что определять и правило promote_rule(::Type{A}, ::Type{B}), и правило promote_rule(::Type{B}, ::Type{A}) не нужно — в процессе продвижения функция promote_rule применяется симметрично.

Функция promote_rule служит компонентом для определения другой функции — promote_type, которая принимает любое количество объектов типов и возвращает общий тип, до которого будут продвинуты соответствующие значения, переданные в качестве аргументов функции promote. Таким образом, с помощью функции promote_type можно узнать, до какого типа будет продвинут набор значений определенных типов, когда сами значения еще не известны.

Обратите внимание, что функция promote_type не перегружается напрямую: вместо этого перегружается promote_rule. Функция promote_type использует promote_rule и добавляет симметричное правило. Если перегрузить ее напрямую, могут происходить ошибки вследствие неоднозначности. Чтобы определить, как должны продвигаться типы, мы перегружаем promote_rule, а чтобы узнать, как оно происходит, используем promote_type.

На внутреннем уровне функция promote_type используется внутри promote для определения типа, в который значения аргументов должны быть преобразованы для продвижения. Любопытный читатель может ознакомиться с кодом в модуле promotion.jl, в котором примерно в 35 строках полностью определяется механизм продвижения.

В завершение мы продолжим изучение примера с типом рациональных чисел в Julia, который имеет относительно сложные правила для реализации механизма продвижения.

Согласно первому правилу, сочетание рационального числа с любым целочисленным типом продвигается до рационального типа, тип числителя и знаменателя которого является результатом продвижения исходного типа числителя и знаменателя и исходного целочисленного типа. Второе правило применяет ту же логику к двум рациональным числам разных типов: получившийся рациональный тип является результатом продвижения исходных типов числителей и знаменателей. Третье и последнее правило предписывает продвигать сочетание рационального числа и числа с плавающей запятой до типа, до которого продвигаются тип числителя и знаменателя и тип с плавающей запятой.

Этого небольшого набора правил продвижения вместе с конструкторами типа и методом convert по умолчанию для чисел достаточно для того, чтобы рациональные числа можно было совершенно естественным образом использовать вместе с любыми другими числовыми типами в Julia — целочисленными, с плавающей запятой и комплексными. Предоставив аналогичным образом методы преобразования и правила продвижения для любого пользовательского числового типа, можно обеспечить его работу с предопределенными числовыми типами Julia.