Por que 'char -> int' é promoção, mas 'char -> short' é conversão (mas não promoção)?

Motivação histórica: C

A ideia de promoções integrais remonta ao pré-padrão C. Ao fornecer argumentos para funções variadas ( ...) ou para funções sem protótipo, promoções são aplicadas. Ou seja, ligando:

// function declaration with no prototype
void mystery();
// ...
char c = 'c';
mystery(c); // this promotes c to int

// in another .c file, someone could define
void mystery(int x) { /* ... */ }

As promoções são basicamente uma atualização “mínima” do tipo, enquanto as conversões podem ser qualquer coisa. Você poderia até argumentar que o design é uma consequência da construção da linguagem de programação B, que nem sequer tinha vários tipos inteiros como C.

Redação relevante no padrão C++

O parágrafo relevante no C++ padrão é:

Um pré-valor que não é um campo de bits convertido e tem um tipo inteiro diferente de bool, char8_t, , ou cuja classificação de char16_tconversão de inteiro é menor que a classificação de pode ser convertido em um pré-valor do tipo se puder representar todos os valores do tipo de origem ; caso contrário, o pré-valor de origem poderá ser convertido em um pré-valor do tipo .char32_twchar_tintintintunsigned int

- [conv.prom] p2

A diferença entre promoções e conversões é explicada aqui:

As conversões permitidas como promoções integrais estão excluídas do conjunto de conversões integrais.

- [conv.integral] p4

Como você pode ver, existe alguma sobreposição entre os dois conceitos, mas qualquer conversão que também seja uma promoção não é considerada uma conversão.

Impacto na resolução de sobrecarga

Como você destacou, char -> shorté uma conversão e char -> intuma promoção. Isto tem um impacto significativo na resolução de sobrecarga em alguns casos:

// A conversion sequence from char -> int is empty
// because char -> int is a promotion, and so it doesn't contribute
// to the conversion sequence.
void f(int);
// A conversion sequence from char -> short has length 1
// because char -> short is not a promotion.
void f(short);

int main() {
    // Not an ambiguous call; calls f(int), because the conversion sequence
    // for this call is shorter.
    // Note that in C, a character literal has type 'int', not 'char', so
    // it is more symmetrical to favor 'int' whenever possible.
    f('x');
}

Se o C++ fosse projetado do zero hoje em dia, as promoções e conversões provavelmente seriam definidas de maneira muito diferente; no entanto, o status quo é o que temos e é improvável que mude. Mudar esse comportamento e redação depois de todos esses anos é basicamente impossível devido à quantidade de código que depende disso.

Tal como acontece com tantas decisões de design em C++, a resposta é: razões históricas.

Tanto charpara intquanto charpara shortsão conversões. Observe o uso de “todas as outras conversões” no texto após discutir promoções: Promoções são um tipo de conversão.

Uma conversão é uma operação que recebe um valor de uma forma e produz o mesmo valor (o mais próximo possível) de outra forma:

• Pegar um charvalor e produzir um intcom o mesmo valor é uma conversão.
• Pegar um intvalor e produzir uma string contendo um número decimal representando o mesmo valor é uma conversão.
• Pegar um peso em libras e produzir o mesmo peso em quilogramas é uma conversão.

Em muitos lugares das expressões, o C++ converte automaticamente tipos inteiros estreitos em tipos inteiros mais amplos. Isso é feito em grande parte para fins históricos e também porque poderia ser complicado fazer aritmética puramente em tipos restritos - a chararitmética transbordaria muito facilmente e exigir que o programador inserisse explicitamente conversões tornaria o intcódigo complicado.

Essas conversões especiais são chamadas de “promoções”. O significado natural da palavra em inglês, avançando para uma posição mais elevada, se ajusta a esses tipos de conversões: todas elas convertem de um tipo mais restrito para um tipo mais amplo (ou para um pelo menos tão amplo). Além disso, a palavra é adotada para designar particularmente essas conversões especiais. Uma característica importante das promoções integrais é que elas nunca alteram o valor. (Idealmente, nenhuma conversão alteraria um valor, mas isso acontece devido a restrições. Um exemplo é que a conversão de um floatvalor de 3¼ para intdeve produzir um número inteiro, então 3 é produzido em vez de 3¼. Outro é que a conversão de um intvalor de -3 paraunsignedforça o empacotamento, de modo que um valor nominalmente muito diferente é produzido, embora tenha uma relação especial com o valor de entrada e possa ser considerado o mesmo valor no módulo aritmético.)

O padrão C++ especifica um conjunto de regras para promoções integrais, e essas regras não são baseadas apenas no tamanho dos tipos. A decisão de promover a charpara an intem vez de a shorté baseada no design histórico da linguagem e no desejo de comportamento consistente em diferentes plataformas.

De acordo com o padrão C++, as promoções integrais são definidas para converter pequenos tipos integrais em um tipo específico definido pela implementação, que geralmente é int. Como inté escolhido como tipo de destino para promoção integral, a conversão de a charem a shortnão se qualifica como promoção, mesmo que shortseja maior que char. Em vez disso, ele se enquadra na categoria de conversões.

As regras específicas podem variar entre diferentes implementações e arquiteturas, mas este é o raciocínio geral por trás do comportamento que você observou. Faz parte do design da linguagem, guiado por considerações históricas e aspectos práticos da implementação do compilador, em vez de uma progressão estritamente lógica baseada no tamanho do tipo.

A resposta curta (desculpe o trocadilho) é assim que é definido.

Claramente, passar de char (1 byte) para short (2 bytes) deve ser uma conversão "segura" (e portanto uma "promoção"?). No entanto, a seção referenciada indica especificamente quais conversões são classificadas como "promoções", e short não existe. É assim que as coisas são. Por que? Não tenho certeza - o texto diz que os operadores aritméticos não aceitam operandos menores que um int e, portanto, talvez não faça sentido "promover" para um short, quando só precisaria ser promovido para int posteriormente.