第二章C++：變數和基本類型

介紹語言的基本知識和標準函式庫

第二章變數和基本型別

一些語言，如Smalltalk和Python等，在程式執行時檢查資料型別；與之相反，C 是一種靜態資料類型語言，它的類型檢查發生在編譯時。
- 內建類型（built-in type）：由語言定義的類型，如int。
- 類別類型（class type）：程式設計師自訂的資料類型。

資料類型告訴我嘛資料的意義以及我們能在資料上執行的操作。

基本內建類型

術語chunk（區塊）：用於處理存儲，使存儲具有結構的最基本方法。塊的位數一般是2的冪，這樣可以一次處理8、16、32、64或128位元。注意區分block。

可尋址的最小記憶體區塊稱為“位元組（byte）”；儲存的基本單元稱為“字（word）”，通常由幾個位元組組成。
- 算數類型（arithmetic type）：整數、浮點數、單一字元、布林值
 - 整數（integral type）：表示整數、字元和布林值的算術型別合併為整數  
#    - 字元型：char（單一機器位元組：byte）和wchar_t（寬字元型，用於擴充字元集，例如漢字和日文）
   - short：半機器字長；int：一個機器字長；long：兩個機器字長。 ps：在32位元機器中int和long的字長通常是相等的。最小儲存空間分別為16位元、16位元和32位元
   - 整數型的賦值：賦值時，取該值對此型別取值數目求模後的值。
 - 浮點型：單精確度、雙精確度、擴展精準度（long double）
   - 一般而言，float佔1個字（32位元），double佔2個字（64位元），long double以3或4個字（96或128位元）來表示。
   - 通常選用double，float的精確度損失大（double能至少保證10位元有效數字，float只能保證6位元），而double的計算代價相對於float可以忽略。
 - 16位signed最大數32767，unsigned最大數65535。
- 空白型別（void）：通常用作無回傳值函數的回傳型別

#型別轉換

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

• 當我們賦給無符號類型一個超出它表示範圍的值時，結果是初始值對無符號類型表示數值總數取模後的餘數。

• 當我們賦給帶符號類型一個超出它表示範圍的值時，結果是未定義的（undefined）。此時，程式可能繼續工作、可能崩潰，也可能產生垃圾資料。

• 不可混用帶符號型別和無符號型別。如果表達式裡這兩種類型都有，則帶符號數會自動轉換為無符號數。

字面值常數（literal constant）

• #稱之為字面值是因為只能用它的值稱呼他，稱之為常量是因為它的值不能夠修改。

• 只有內建類型存在字面值，沒有類別類型的字面值，因此也沒有標準函式庫類型的字面值。

• 使用十進位、八進位（0開頭）或十六進位（0x或0X開頭）

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

1. 整數字面值：字面值常數類型預設為int或long型。透過加上字尾能夠強制將字面值轉換為long、unsinged、unsigned long，後綴為L、U、UL或LU（小寫亦可。不提倡使用l，易與1混淆）。

2. 浮點字面值：十進位或科學計數法來表示（用e或E）。預設double類型，加F或f表示單精度，加L或l表示擴展精度。

3. 布林字面值：true和false。

4. 字元字面值：

   ##書寫換行符號\n水平製表符\t 縱向製表符\v#退格符號回車符號問題編號

   #名稱
   ##\b
   \r
   \?

   ########### ###雙引號######\”############

• \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

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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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