如果有人問C語法規則中最複雜的是哪一部分，我一定會說是類型轉換。從上面兩節可以看出，有符號、無符號整數和浮點數加起來有那麼多種類型，每兩種類型之間都要定義一個轉換規則，轉換規則的數量自然很龐大，更何況由於各種體繫結構對於整數和浮點數的實現很不相同，很多類型轉換的情況都是C標準未做明確規定的陰暗角落。雖然我們寫代碼時不會故意去觸碰這些陰暗角落，但有時候會不小心犯錯，所以瞭解一些未明確規定的情況還是有必要的，可以在出錯時更容易分析錯誤原因。本節分成幾小節，首先介紹哪些情況下會發生類型轉換，會把什麼類型轉成什麼類型，然後介紹編譯器如何處理這樣的類型轉換。
在一個表達式中，凡是可以使用int或unsigned int類型做右值的地方也都可以使用有符號或無符號的char型、short型和Bit-field。如果原始類型的取值範圍都能用int型表示，則其類型被提升為int，如果原始類型的取值範圍用int型表示不了，則提升為unsigned int型，這稱為Integer Promotion。做Integer Promotion只影響上述幾種類型的值，對其它類型無影響。C99規定Integer Promotion適用於以下幾種情況：
1、如果一個函數的形參類型未知，例如使用了Old Style C風格的函數聲明（詳見第 2 節 “自定義函數”），或者函數的參數列表中有...，那麼調用函數時要對相應的實參做Integer Promotion，此外，相應的實參如果是float型的也要被提升為double型，這條規則稱為Default Argument Promotion。我們知道printf的參數列表中有...，除了第一個形參之外，其它形參的類型都是未知的，比如有這樣的代碼：
char ch = 'A';
printf("%c", ch);ch要被提升為int型之後再傳給printf。
2、算術運算中的類型轉換。有符號或無符號的char型、short型和Bit-field在做算術運算之前首先要做Integer Promotion，然後才能參與計算。例如：
unsigned char c1 = 255, c2 = 2; int n = c1 + c2;
計算表達式c1 + c2的過程其實是先把c1和c2提升為int型然後再相加（unsigned char的取值範圍是0~255，完全可以用int表示，所以提升為int就可以了，不需要提升為unsigned int），整個表達式的值也是int型，最後的結果是257。假如沒有這個提升的過程，c1 + c2就溢出了，溢出會得到什麼結果是Undefined，在大多數平台上會把進位截掉，得到的結果應該是1。
除了+號之外還有哪些運算符在計算之前需要做Integer Promotion呢？我們在下一小節先介紹Usual Arithmetic Conversion規則，然後再解答這個問題。
兩個算術類型的操作數做算術運算，比如a + b，如果兩邊操作數的類型不同，編譯器會自動做類型轉換，使兩邊類型相同之後才做運算，這稱為Usual Arithmetic Conversion。轉換規則如下：
如果有一邊的類型是long double，則把另一邊也轉成long double。
否則，如果有一邊的類型是double，則把另一邊也轉成double。
否則，如果有一邊的類型是float，則把另一邊也轉成float。
否則，兩邊應該都是整型，首先按上一小節講過的規則對a和b做Integer Promotion，然後如果類型仍不相同，則需要繼續轉換。首先我們規定char、short、int、long、long long的轉換級別（Integer Conversion Rank）一個比一個高，同一類型的有符號和無符號數具有相同的Rank。轉換規則如下：
如果兩邊都是有符號數，或者都是無符號數，那麼較低Rank的類型轉換成較高Rank的類型。例如unsigned int和unsigned long做算術運算時都轉成unsigned long。
否則，如果一邊是無符號數另一邊是有符號數，無符號數的Rank不低於有符號數的Rank，則把有符號數轉成另一邊的無符號類型。例如unsigned long和int做算術運算時都轉成unsigned long，unsigned long和long做算術運算時也都轉成unsigned long。
剩下的情況是：一邊有符號另一邊無符號，並且無符號數的Rank低於有符號數的Rank。這時又分為兩種情況，如果這個有符號數類型能夠覆蓋這個無符號數類型的取值範圍，則把無符號數轉成另一邊的有符號類型。例如遵循LP64的平台上unsigned int和long在做算術運算時都轉成long。
否則，也就是這個有符號數類型不足以覆蓋這個無符號數類型的取值範圍，則把兩邊都轉成有符號數的Rank對應的無符號類型。例如在遵循ILP32的平台上unsigned int和long在做算術運算時都轉成unsigned long。
可見有符號和無符號整數的轉換規則是十分複雜的，雖然這是有明確規定的，不屬於陰暗角落，但為了程序的可讀性不應該依賴這些規則來寫代碼。我講這些規則，不是為了讓你用，而是為了讓你瞭解有符號數和無符號數混用會非常麻煩，從而避免觸及這些規則，並且在程序出錯時記得往這上面找原因。所以這些規則不需要牢記，但要知道有這麼回事，以便在用到的時候能找到我書上的這一段。
到目前為止我們學過的+ - * / % > < >= <= == !=運算符都需要做Usual Arithmetic Conversion，因為都要求兩邊操作數的類型一致，在下一章會介紹幾種新的運算符也需要做Usual Arithmetic Conversion。單目運算符+ - ~只有一個操作數，移位運算符<< >>兩邊的操作數類型不要求一致，這些運算不需要做Usual Arithmetic Conversion，但也需要做Integer Promotion，運算符~ << >>將在下一章介紹。
如果賦值或初始化時等號兩邊的類型不相同，則編譯器會把等號右邊的類型轉換成等號左邊的類型再做賦值。例如int c = 3.14;，編譯器會把右邊的double型轉成int型再賦給變數c。
我們知道，函數調用傳參的過程相當於定義形參並且用實參對其做初始化，函數返回的過程相當於定義一個臨時變數並且用return的表達式對其做初始化，所以由賦值產生的類型轉換也適用於這兩種情況。例如一個函數的原型是int foo(int, int);，則調用foo(3.1, 4.2)時會自動把兩個double型的實參轉成int型賦給形參，如果這個函數定義中有返回語句return 1.2;，則返回值1.2會自動轉成int型再返回。
在函數調用和返回過程中發生的類型轉換往往容易被忽視，因為函數原型和函數調用並沒有寫在一起。例如char c = getchar();，看到這一句往往會想當然地認為getchar的返回值是char型，而事實上getchar的返回值是int型，這樣賦值會引起類型轉換，可能產生Bug，我們在第 2.5 節 “以位元組為單位的I/O函數”詳細討論這個問題。
以上三種情況通稱為隱式類型轉換（Implicit Conversion，或者叫Coercion），編譯器根據它自己的一套規則將一種類型自動轉換成另一種類型。除此之外，程序員也可以通過類型轉換運算符（Cast Operator）自己規定某個表達式要轉換成何種類型，這稱為顯式類型轉換（Explicit Conversion）或強制類型轉換（Type Cast）。例如計算表達式(double)3 + i，首先將整數3強制轉換成double型（值為3.0），然後和整型變數i相加，這時適用Usual Arithmetic Conversion規則，首先把i也轉成double型，然後兩者相加，最後整個表達式也是double型的。這裡的(double)就是一個類型轉換運算符，這種運算符由一個類型名套()括號組成，屬於單目運算符，後面的3是這個運算符的操作數。注意操作數的類型必須是標量類型，轉換之後的類型必須是標量類型或者void型。
以上幾小節介紹了哪些情況下會發生類型轉換，並且明確了每種情況下會把什麼類型轉成什麼類型，本節介紹編譯器如何處理任意兩種類型之間的轉換。現在要把一個M位的類型（值為X）轉換成一個N位的類型，所有可能的情況如下表所示。
表 15.3. 如何做類型轉換
| 待轉換的類型 | M > N的情況 | M == N的情況 | M < N的情況 |
|---|---|---|---|
| signed integer to signed integer | 如果X在目標類型的取值範圍內則值不變，否則Implementation-defined | 值不變 | 值不變 |
| unsigned integer to signed integer | 如果X在目標類型的取值範圍內則值不變，否則Implementation-defined | 如果X在目標類型的取值範圍內則值不變，否則Implementation-defined | 值不變 |
| signed integer to unsigned integer | X % 2N | X % 2N | X % 2N |
| unsigned integer to unsigned integer | X % 2N | 值不變 | 值不變 |
| floating-point to signed or unsigned integer | Truncate toward Zero，如果X的整數部分超出目標類型的取值範圍則Undefined | ||
| signed or unsigned integer to floating-point | 如果X在目標類型的取值範圍內則值不變，但有可能損失精度，如果X超出目標類型的取值範圍則Undefined | ||
| floating-point to floating-point | 如果X在目標類型的取值範圍內則值不變，但有可能損失精度，如果X超出目標類型的取值範圍則Undefined | 值不變 | 值不變 |
注意上表中的“X % 2N”，我想表達的意思是“把X加上或者減去2N的整數倍，使結果落入[0, 2N-1]的範圍內”，當X是負數時運算結果也得是正數，即運算結果和除數同號而不是和被除數同號，這不同於C語言%運算的定義。寫程序時不要故意用上表中的規則，尤其不要觸碰Implementation-defined和Undefined的情況，但程序出錯時可以借助上表分析錯誤原因。
下面舉幾個例子說明上表的用法。比如把double型轉換成short型，對應表中的“floating-point to signed or unsigned integer”，如果原值在(-32769.0, 32768.0)之間則截掉小數部分得到轉換結果，否則產生溢出，結果是Undefined，例如對於short s = 32768.4;這個語句gcc會報警告。
比如把int型轉換成unsigned short型，對應表中的“signed integer to unsigned integer”，如果原值是正的，則把它除以216取模，其實就是取它的低16位，如果原值是負的，則加上216的整數倍，使結果落在[0, 65535]之間。
比如把int類型轉換成short類型，對應表中的“signed integer to signed integer”，如果原值在[-32768, 32767]之間則值不變，否則產生溢出，結果是Implementation-defined，例如對於short s = -32769;這個語句gcc會報警告。
最後一個例子，把short型轉換成int型，對應表中的“signed integer to signed integer”，轉換之後應該值不變。那怎麼維持值不變呢？是不是在高位補16個0就行了呢？如果原值是-1，十六進製表示就是ffff，要轉成int型的-1需要變成ffffffff，因此需要在高位補16個1而不是16個0。換句話說，要維持值不變，在高位補1還是補0取決於原來的符號位，這稱為符號擴展（Sign Extension）。