C++（2）变量和基本类型

介绍语言的基本知识和标准库

第二章变量和基本类型

一些语言，如Smalltalk和Python等，在程序运行时检查数据类型；与之相反，C++是一种静态数据类型语言，它的类型检查发生在编译时。
- 内置类型（built-in type）：由语言定义的类型，如int。
- 类类型（class type）：程序员自定义的数据类型。

++数据类型告诉我嘛数据的意义以及我们能在数据上执行的操作。++

基本内置类型

术语chunk（块）：用于处理存储，使存储具有结构的最基本方法。块的位数一般是2的幂，这样可以一次处理8、16、32、64或者128位。注意区分block。

++可寻址的最小内存块称为“字节（byte）”；存储的基本单元称为“字（word）”，通常由几个字节组成。++
- 算数类型（arithmetic type）：整数、浮点数、单个字符、布尔值
- 整型（integral type）：表示整数、字符和布尔值的算术类型合称为整型
- 字符型：char（单个机器字节：byte）和wchar_t（宽字符型，用于扩展字符集，比如汉字和日语）
- short：半个机器字长；int：一个机器字长；long：两个机器字长。ps：在32位机器中int和long的字长通常是相等的。最小存储空间分别为16位、16位和32位
- 整型的赋值：赋值时，取该值对该类型取值数目求模后的值。
- 浮点型：单精度、双精度、扩展精度（long double）
- 一般而言，float占1个字（32比特），double占2个字（64比特），long double以3或4个字（96或128比特）来表示。
- 通常选用double，float的精度损失大（double能至少保证10位有效数字，float只能保证6位），而double的计算代价相对于float可以忽略。
- 16位signed最大数32767，unsigned最大数65535。
- 空类型（void）：通常用作无返回值函数的返回类型

类型转换

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

当我们赋给无符号类型一个超出它表示范围的值时，结果是初始值对无符号类型表示数值总数取模后的余数。
当我们赋给带符号类型一个超出它表示范围的值时，结果是未定义的（undefined）。此时，程序可能继续工作、可能崩溃，也可能生成垃圾数据。
不可混用带符号类型和无符号类型。如果表达式里这两种类型都有，带符号数会自动转换为无符号数。

字面值常量（literal constant）

称之为字面值是因为只能用它的值称呼他，称之为常量是因为它的值不能够修改。
只有内置类型存在字面值，没有类类型的字面值，因此也没有标准库类型的字面值。
使用十进制、八进制（0开头）或十六进制（0x或0X开头）

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

整型字面值：字面值常量类型默认为int或long型。通过加后缀能够强制将字面值转化为long、unsinged、unsigned long，后缀为L、U、UL或LU（小写亦可。不提倡使用l，易与1混淆）。
浮点字面值：十进制或科学计数法来表示（用e或者E）。默认double类型，加F或f表示单精度，加L或l表示扩展精度。
布尔字面值：true和false。

字符字面值：

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。

名称书写

换行符 \n

水平制表符 \t

纵向制表符 \v

退格符 \b

回车符 \r

疑问号 \?

双引号 \”

通用转义字符：

\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。

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

名称	书写
换行符	\n
水平制表符	\t
纵向制表符	\v
退格符	\b
回车符	\r
疑问号	\?
双引号	\”

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）
- 初始化
```
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。
变量的声明
- 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：
```
extern int i;   //声明i而非定义i
int 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。
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）。
- 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。
```
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
```

指针（pointer）

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

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;

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 = &pi;          //错误！
const double *cptr = &pi;   //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errNum

const double pi = 3.14;
const double *const pip = &pi;  //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
  typedef double wages; //wages是double的同义词 typedef wages base, *p; //base是double的同义词，p是double*的同义词
- 别名声明（alias declaration）
  using S1 = Sales_item; //S1是Sales_item的同义词
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
  const int i =1; //i是整型常量 auto b = i; //b是一个整数 const auto c = i; //c是整型常量

decltype类型指示符

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

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）。

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int
decltype(*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。

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
  #ifdef //当且仅当变量已定义时为真 #ifndef //当且仅当变量未定义是为真 #define //把一个名字设定为预处理变量 #endif //与#ifdef和#ifndef匹配，执行它们的后续操作知道#endif指令止

#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