# Integer promotion

C++ от C досталось тяжелое наследство. Одна его часть была исправлена и беспощадно зарезана для большей надежности — так, например, поступили с неявными `const` преобразованиями. Другая же часть, доставляющая не меньше проблем, перешла в первозданном виде.

В C и C++ много различных типов целых чисел разных размеров. И над ними определены операции. Правда, операции определены не для каждого типа чисел.

Например, здесь нет +, -, *, / для `uint16_t`. Но применить мы их можем.

```C++
uint16_t x = 1;
uint16_t y = 2;
auto a = x - y;
auto b = x + y;
auto c = x * y;
auto d = x / y;
```
и [результатом](https://godbolt.org/z/bdKjsor9T) операций над беззнаковыми числами станет число со знаком.
Но стоит тип хотя бы одного аргумента поменять на `uint32_t`, как результат сразу же [теряет знак](https://godbolt.org/z/aY1nhdr37).

## Что происходит?

Происходят две неявные операции:

1. Типы, меньшие `int`, приводятся к `int` (integer promotion). Знаковому! Независимо от знаковости исходного типа!
2. Когда в операции участвуют аргументы разных типов целых чисел, они приводятся к общему типу (usual arithmetic conversion):
    - Меньший тип приводится к большему
    - Если размеры одинаковы, то знаковый приводится к беззнаковому 

Аналогичные операции проводятся и над числами с плавающей точкой.
За полной таблицей и цепочкой, что и в кого неявно превращается, стоит обратиться к тексту [стандарта](https://eel.is/c++draft/conv.rank).

## К чему это приводит?

1. К ошибкам в логике:
    Неявные преобразования вовлекаются в любую операцию. Вы выполняете сравнение знакового и беззнакового числа и забыли явно привести типы? Готовьтесь к тому, что `-1 < 1` может [вернуть](https://godbolt.org/z/sqvrasjE4) `false`:
    ```C++
    std::vector<int> v = {1};
    auto idx = -1;
    if (idx < v.size()) {
        std::cout << "less!\n";
    } else {
        std::cout << "oops!\n";
    }
    ```
2. К [неопределенному поведению](https://godbolt.org/z/M3Kx3e3q6):
    ```C++
    unsigned short x=0xFFFF;
    unsigned short y=0xFFFF;
    auto z=x*y;
    ```
    Integer promotion неявно приводит `x` и `y` к `int`, в котором происходит переполнение. Переполнение `int` — неопределенное поведение.
3. К трудностями в переносе программ с одной платформы на другую. Если меняется размер `int`/`long` применение правил неявных конверсий к вашему коду также [меняется](https://godbolt.org/z/hs59o3zca):
    ```C++
    std::cout << (-1L < 1U);
    ```
    Выводит разные значения в зависимости от размера типа `long`.

## Что делать?

1. Не смешивать в одном выражении знаковые и беззнаковые типы
2. Уделять особое внимание коду, работающему с типами, меньшими `int`. 
3. Включать предупреждения от компилятора (`-Wconversion`, не всегда работает)


## Полезные ссылки
1. https://eel.is/c++draft/conv.prom
2. https://eel.is/c++draft/expr.arith.conv
3. https://stackoverflow.com/questions/46073295/implicit-type-promotion-rules
4. https://shafik.github.io/c++/2021/12/30/usual_arithmetic_confusions.html