Chapter 2 C++: Variables and Basic Types

Introducing the basic knowledge of the language and the standard library

Chapter 2 Variables and Basic Types

Some languages, such as Smalltalk and Python, check the data type when the program is running; In contrast, C is a statically typed language, where type checking occurs at compile time.
- Built-in type: A type defined by the language, such as int.
- Class type: Programmer-defined data type.

Data types tell us what the data means and what operations we can perform on the data.

Basic built-in types

Term chunk (block): The most basic method used to handle storage and make the storage have a structure. The number of bits in a block is generally a power of 2, so that 8, 16, 32, 64, or 128 bits can be processed at a time. Pay attention to distinguish blocks.

The smallest addressable memory block is called "byte"; the basic unit of storage is called "word", which usually consists of several bytes.
- Arithmetic type (arithmetic type) : integer, floating point number, single character, Boolean value
- Integral type : The arithmetic types representing integers, characters and Boolean values ​​are collectively called integral types
- Character type: char (single machine byte: byte) and wchar_t (wide character type, used to extend character sets, such as Chinese characters and Japanese)
- short: half a machine word; int: one machine word; long: two machine words. ps: The word lengths of int and long are usually equal in 32-bit machines. The minimum storage space is 16 bits, 16 bits and 32 bits respectively
- Assignment of integer type: When assigning a value, take the value modulo the number of values ​​of the type.
- Floating point type: single precision, double precision, extended precision (long double)
- Generally speaking, float occupies 1 word (32 bits), double occupies 2 words (64 bits), and long double is represented by 3 or 4 words (96 or 128 bits).
- Usually double is chosen, float has a large loss of accuracy (double can guarantee at least 10 significant digits, float can only guarantee 6 digits), and the calculation cost of double is negligible compared to float.
- The maximum number of 16-bit signed is 32767, and the maximum number of unsigned is 65535.
- Empty type (void): Usually used as the return type of functions without return values

Type conversion

unsigned char c = -1;     //假设char占8比特，c的值为255signed char c2 = 256;     //假设char占8比特，c2的值是未定义的

• When we assign When an unsigned type is given a value outside the range it represents, the result is the remainder of the initial value modulo the total number of values ​​represented by the unsigned type.

• When we assign a value to a signed type that is outside the range it represents, the result is undefined (undefined). At this point, the program may continue to work, may crash, or may generate garbage data.

• Signed and unsigned types cannot be mixed. If both types are present in an expression, signed numbers are automatically converted to unsigned numbers.

Literal constant (literal constant)

• It is called a literal value because it can only be called by its value. A constant is because its value cannot be modified.

• Only built-in types have literal values, there are no literal values ​​for class types, and therefore there are no literal values ​​for standard library types.

• Use decimal, octal (starting with 0) or hexadecimal (starting with 0x or 0X)

//20的三种表示：20      /*十进制*/024     /*八进制*/0x14    /*十六进制*/

1. Integer literal value: The literal constant type defaults to int or long type. By adding a suffix, the literal value can be forced to be converted into long, unsinged, or unsigned long. The suffix is ​​L, U, UL, or LU (lowercase is also acceptable. The use of l is not recommended, and it is easy to be confused with 1).

2. Floating point literal value: expressed in decimal or scientific notation (use e or E). The default double type is, add F or f to indicate single precision, add L or l to indicate extended precision.

3. Boolean literals: true and false.

4. Character literal value:

   ##NameWritingLine break\n##Horizontal tabVertical tab characterBackspace characterCarriage returnQuestion markDouble quotes

   • \ooo：这里的ooo表示三个八进制数字，这三个数字表示字符的数字值。如’\0’通常表示“空字符（null character）”。

   • 也可以用十六进制转义字符来定义：\xddd。一个反斜线、一个x和一个或多个十六进制数组成。

   • 通用转义字符：
     

   • 可打印字符通常用一对单引号定义，如‘a’；在前面加L就能得到wchar_t类型的宽字符字面值，如L‘a’。

   • 不可打印字符和特殊字符都用转义字符书写，转义字符以反斜线开始。

   字符串字面值：

   • 双引号括起来的0个或多个字符。

   • 为了兼容C语言，C++所有的字符串字面值都由编译器自动在末尾添加一个空字符(‘\0’)，因此，其实际长度要比它的内容多1。

   • 宽字符字面值：在字符串前面加L，如L“asdff”。

   • 多行字面值：两个字符串字面值位置紧邻且仅由空格、缩进和换行符分割，则它们实际上是一个整体。

   • 不依赖未定义行为和机器相关行为，否则这样的程序时不可移植的（nonportable）。

   指针字面值：nullptr

   变量

   变量提供了程序可操作的有名字的存储区
   - 左值和右值
     - 左值(lvalue)：变量的地址，或者是一个代表“ 对象在内存中的位置”的表达式。
     - 右值(rvalue)：变量的值

   变量名出现在赋值运算符的左边，就是一个左值；而出现在赋值运算符右边的变量名或字面常量就是一个右值。
   
       如：
       val1=val2/8
       这里的val1是个左值，而val2和8都是右值。

   - 对象：内存中具有类型的区域
   - 变量名：即变量的标识符（identifier）。
      1. 由字母、数字和下划线组成.
      2. 变量名必须以字母或下划线开头，并且区分大小写。（函数体外的变量名不能以下划线开头）
      3. C++关键字不能用做标识符
      4. 不能包含两个连续的下划线
      5. 不能以下划线开头后紧跟一个大写字母

   • 定义对象（如：int a；）

     每个定义都是以类型说明符(type specifier)开始的（如：int）

     int ival(1024);//direct-initialization,直接初始化int ival = 1024;//copy-initialization,复制初始化//注：直接初始化语法更灵活，且效率更高。

   • 列表初始化（list initialization）(C++11新特性)

     int ival{1024};int ival = {1024}；long double ld = 3.1415926536;int a{ld}, b = {ld};    //错误：转换未执行，因为存在丢失信息的风险int c(ld), d = ld;      //正确：转换执行，且丢失部分值

   • 初始化&赋值：初始化不是赋值。

   • 默认初始化（default initialized）：如果内置类型的变量未被显示初始化，它的值由定义的位置决定。定义于任何函数体之外的变量被初始化为0，内部的将不被初始化。

   • 建议初始化每个内置型变量，以保证程序安全。

   • 初始化

   • 变量的声明

     extern int i;   //声明i而非定义iint j;          //定义j

   • 变量只能被定义一次，但能被多次声明。

   • 如果要在多个文件中使用同一个变量，就必须将声明和定义分离。变量的定义必须出现且只能处在在一个文件中，而其他用到该变量的文件必须对其进行声明，却决不能重复定义。

   • 如果想声明一个变量而非定义它，在变量名前加关键字extern，且不要显示地初始化变量：

   • 变量名的作用域（scope）：以花括号分隔

     全局作用域（global scope）

     块作用域（block scope）

   复合类型（compound type）

   • 引用（reference），此处指左值引用（lvalue reference）。

     int ival = 1024;int &refVal = ival; //refVal指向ival（是ival的另一个名字）int &refVal；       //报错，引用必须被初始化

   • 引用不是对象，只是已经存在的对象的另一个名字。程序将引用和他的初始值绑定（bind）在一起，而不是直接将初始值拷贝给引用。

   • 指针（pointer）

     int i = 42;     
     int &r = i;     //&紧随类名出现，因此是声明的一部分，r是一个引用int *p;         //*紧随类名出现，因此是声明的一部分，p是一个指针p = &i;         //&出现在表达式中，是一个取地址符*p = i;         //*出现在表达式中，是一个解引用符int &r2 = *p;

   • 指针是对象，允许赋值和拷贝，且在指针的生命周期内它可以先后指向不同的几个对象。

   • 指针无需在定义时赋值。

   • 指针类型和它所指向的对象的类型必须匹配。

     int *ip1, *ip2;int val = 4;int *p = &val;

   • 如果指针指向了一个对象，则允许用解引用符（操作符*）来访问该对象：

     int ival - 42;int *p = &ival;cout << *p;     //由符号*得到指针p所指的对象，输出42*p = 0;         //由符号*得到指针p所指的对象，即可经由p为变量ival赋值cout << *p;     //输出0

   • 符号的含义由上下文决定

   • 空指针

   int *p1 = nullptr;int *p2 = 0;int *p3 = NULL;     //需要首先#include cstdlib

   • 建议初始化所有指针

   • 面对一条比较复杂的指针或引用的声明语句时，从右向左阅读有助于弄清它的真实含义。

   const限定符

   定义常量。
   - 指针和const
      - 顶层const（top-level const）：表示指针本身是个常量
      - 底层const（low-level condt）：表示指针所指的对象是个常量

   • 指向常量的指针（pointer to const）

     const double pi = 3.14;double *ptr = π          //错误！const double *cptr = π   //正确*cptr = 42;                 //错误！cptr指向常量，不能向常量赋值double dval = 3.14;
     cptr = &dval;               //正确，但不能通过cptr改变dval的值，因为cptr以为自己指向的是常量

   • 常量指针（const pointer）

     int errNum = 0;int *const curErr = &errBum;    //curErr将一直指向errNumconst double pi = 3.14;const double *const pip = π  //pip是一个指向常量对象的常量指针

   • constexpr和常量表达式

   • C++11新标准：将变量声明为constexpr类型以便由编译器来验证变量的值是否是一个常量表达式。（用const，有些常量的具体值直到运行时才能获取）

   • 在constexpr声明中如果定义了一个指针，限定符仅对指针有效，与指针所知的对象无关。也就是说它把所定义的对象置为顶层const。
     

     const int *p = nullptr;     //p是一个指向常量的普通指针constexpr int *q= nullptr;  //q是一个常量指针constexpr int i = 42;constexpr const *p = &i;

   处理类型

   • 类型别名（type alias）
     

   • typedef
     <br>typedef double wages;   //wages是double的同义词 <br>typedef wages base, *p; //base是double的同义词，p是double*的同义词 <br>

   • 别名声明（alias declaration）
     <br>using S1 = Sales_item;  //S1是Sales_item的同义词 <br>

   • auto类型说明符
     

   • 让编译器替代我们去分析表达式所属的类型。

   • auto一般会忽略顶层const
     <br>const int i =1;     //i是整型常量 <br>auto b = i;         //b是一个整数 <br>const auto c = i;   //c是整型常量 <br>

   • decltype类型指示符

     const int ci = 0, &cj = ci; 
     decltype(ci) x = 0;         //x的类型是const intdecltype(cj) y = x;         //y的类型是const int&，y绑定到变量xdecltype(cj) z;             //错误：z是一个引用，必须初始化

     int i = 42, *p = &i, &r = i;
     decltype(r + 0) b;  //正确：加法的结果是int，因此b是一个未初始化的intdecltype(*p) c;     //错误：c是int&，必须初始化

   • decltype((v))(注意双层括号)的结果永远是引用。

   • decltype处理顶层const和引用的方式与auto有些许不同。如果decltype使用的表达式是一个变量，则decltype返回该变量的类型（包括顶层const和引用在内）。

   自定义数据结构

   • 头文件通常包含哪些只能被定义一次的实体，如类、const和constexpr变量等。

   • 预处理器（preprocessor）：如#include，当预处理器看到#include标记时就会用指定的头文件内容替代#include。

   • 头文件保护符（header guard）:有效防止重复包含发生
     

   • 一般把预处理变量的名字全部大写
     <br>#ifdef      //当且仅当变量已定义时为真 <br>#ifndef     //当且仅当变量未定义是为真 <br>#define     //把一个名字设定为预处理变量 <br>#endif      //与#ifdef和#ifndef匹配，执行它们的后续操作知道#endif指令止 <br>

   #ifndef SALES_DATA_H#define SALES_DATA_H#include <string>struct Sales_data {    ... //此处省略
   }；#endif

   参考：C++Primer第五版

   介绍语言的基本知识和标准库

   相关文章：

   第一章C++：函数返回值、GNU编译器命令

   第三章C++：字符串string、向量vector和数组

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