02.变量和基本类型

第二章 变量和基本类型

任何常用的编程语言都具备一组公共的语法特征，最基本的特征包括：

  • 整型、字符型等内置类型
  • 变量，用来为对象命名
  • 表达式和语句，用于操作上述数据类型的具体值
  • if 或 while 等控制结构，有选择地执行一些语句或重复地执行一些语句
  • 函数，用于定义可供随时调用的计算单元

大多数编程语言通过两种方式来进一步补充其基本特征：

  • 自定义数据类型，实现对语言的扩展
  • 将一些有用的功能封装成库函数

基本内置类型

基本算数类型：

类型 含义 最小尺寸
bool 布尔类型 8bits
char 字符 8bits
wchar_t 宽字符 16bits
char16_t Unicode 字符 16bits
char32_t Unicode 字符 32bits
short 短整型 16bits
int 整型 16bits (在 32 位机器中是 32bits)
long 长整型 32bits
long long 长整型 64bits （是在 C++11 中新定义的）
float 单精度浮点数 6 位有效数字
double 双精度浮点数 10 位有效数字
long double 扩展精度浮点数 10 位有效数字

如何选择类型

  • 1.当明确知晓数值不可能是负数时，选用无符号类型；
  • 2.使用int执行整数运算。一般long的大小和int一样，而short常常显得太小。除非超过了int的范围，选择long long。
  • 3.算术表达式中不要使用char或bool。
  • 4.浮点运算选用double。

类型转换

  • 非布尔型赋给布尔型，初始值为 0 则结果为 false，否则为 true。
  • 布尔型赋给非布尔型，初始值为 false 结果为 0，初始值为 true 结果为 1。

字面值常量

  • 一个形如42的值被称作字面值常量（literal）。
    • 整型和浮点型字面值。
    • 字符和字符串字面值。
      • 使用空格连接，继承自 C。
      • 字符字面值：单引号， 'a'
      • 字符串字面值：双引号， "Hello World"
      • 分多行书写字符串。 
        std:cout<<"wow, a really, really long string"
          "literal that spans two lines" <<std::endl;
    • 转义序列。\n、\t等。
    • 布尔字面值。true，false。
    • 指针字面值。nullptr

字符串型实际上时常量字符构成的数组，结尾处以'\0'结束，所以字符串类型实际上长度比内容多 1。

变量

变量提供一个具名的、可供程序操作的存储空间。C++中变量和对象一般可以互换使用。

变量定义（define）

  • 定义形式：类型说明符（type specifier） + 一个或多个变量名组成的列表。如int sum = 0, value, units_sold = 0;
  • 初始化（initialize）：对象在创建时获得了一个特定的值。
    • 初始化不是赋值！：
    • 初始化 = 创建变量 + 赋予初始值
    • 赋值 = 擦除对象的当前值 + 用新值代替
    • 列表初始化：使用花括号{}，如int units_sold{0};
    • 默认初始化：定义时没有指定初始值会被默认初始化；在函数体内部的内置类型变量将不会被初始化。
    • 建议初始化每一个内置类型的变量。

变量的声明（declaration） vs 定义（define）

  • 为了支持分离式编译，C++将声明和定义区分开。声明使得名字为程序所知。定义负责创建与名字关联的实体。
  • extern：只是说明变量定义在其他地方。
  • 只声明而不定义： 在变量名前添加关键字 extern，如extern int i;。但如果包含了初始值，就变成了定义：extern double pi = 3.14;
  • 变量只能被定义一次，但是可以多次声明。定义只出现在一个文件中，其他文件使用该变量时需要对其声明。
  • 名字的作用域（namescope）{}
    • 第一次使用变量时再定义它。
    • 嵌套的作用域
      • 同时存在全局和局部变量时，已定义局部变量的作用域中可用::reused显式访问全局变量 reused。
      • 但是用到全局变量时，尽量不适用重名的局部变量。

变量命名规范

  1. 需体现实际意义
  2. 变量名用小写字母
  3. 自定义类名用大写字母开头：Sales_item
  4. 标识符由多个单词组成，中间须有明确区分：student_loan 或 studentLoan，不要用 studentloan。

左值和右值

  • 左值（l-value）可以出现在赋值语句的左边或者右边，比如变量；
  • 右值（r-value）只能出现在赋值语句的右边，比如常量。

复合类型

引用

一般说的引用是指的左值引用

  • 引用：引用是一个对象的别名，引用类型引用（refer to）另外一种类型。如int &refVal = val;。
  • 引用必须初始化。
  • 引用和它的初始值是绑定 bind在一起的，而不是拷贝。一旦定义就不能更改绑定为其他的对象

指针

int *p; //指向 int 型对象的指针

  • 是一种 "指向（point to）"另外一种类型的复合类型。

  • 定义指针类型： int *ip1;，从右向左读有助于阅读，ip1是指向int类型的指针。

  • 指针存放某个对象的地址。

  • 获取对象的地址： int i=42; int *p = &i;。&是取地址符。

  • 指针的类型与所指向的对象类型必须一致（均为同一类型 int、double 等）

  • 指针的值的四种状态：

    • 1.指向一个对象；
    • 2.指向紧邻对象的下一个位置；
    • 3.空指针；
    • 4.无效指针。

    • 对无效指针的操作均会引发错误，第二种和第三种虽为有效的，但理论上是不被允许的

  • 指针访问对象： cout << *p;输出 p 指针所指对象的数据， *是解引用符。

  • 空指针不指向任何对象。使用int *p = nullptr;来使用空指针。

  • 指针和引用的区别：引用本身并非一个对象，引用定义后就不能绑定到其他的对象了；指针并没有此限制，相当于变量一样使用。

  • 赋值语句永远改变的是左侧的对象。

  • void*指针可以存放任意对象的地址。因无类型，仅操作内存空间，对所存对象无法访问。

  • 其他指针类型必须要与所指对象严格匹配。

  • 两个指针相减的类型是ptrdiff_t。

  • 建议：初始化所有指针。

  • int* p1, p2;//*是对p1的修饰，所以p2还是int型

const 限定符

  • 动机：希望定义一些不能被改变值的变量。

初始化和 const

  • const 对象必须初始化，且不能被改变。
  • const 变量默认不能被其他文件访问，非要访问，必须在指定 const 定义之前加 extern。要想在多个文件中使用 const 变量共享，定义和声明都加 const 关键字即可。

const 的引用

  • reference to const（对常量的引用）：指向 const 对象的引用，如 const int ival=1; const int &refVal = ival;，可以读取但不能修改refVal。
  • 临时量（temporary）对象：当编译器需要一个空间来暂存表达式的求值结果时，临时创建的一个未命名的对象。
  • 对临时量的引用是非法行为。

指针和 const

  • pointer to const（指向常量的指针）：不能用于改变其所指对象的值, 如 const double pi = 3.14; const double *cptr = &pi;。
  • const pointer：指针本身是常量，也就是说指针固定指向该对象，（存放在指针中的地址不变，地址所对应的那个对象值可以修改）如 int i = 0; int *const ptr = &i;

顶层 const

  • 顶层const：指针本身是个常量。
  • 底层const：指针指向的对象是个常量。拷贝时严格要求相同的底层 const 资格。

constexpr 和常量表达式（▲ 可选）

  • 常量表达式：指值不会改变，且在编译过程中就能得到计算结果的表达式。
  • C++11 新标准规定，允许将变量声明为constexpr类型以便由编译器来验证变量的值是否是一个常量的表达式。

处理类型

类型别名

  • 传统别名：使用typedef来定义类型的同义词。typedef double wages;
  • 新标准别名：别名声明（alias declaration）： using SI = Sales_item;（C++11）
// 对于复合类型（指针等）不能代回原式来进行理解
typedef char *pstring;  // pstring是char*的别名
const pstring cstr = 0; // 指向char的常量指针
// 如改写为const char *cstr = 0;不正确，为指向const char的指针

// 辅助理解（可代回后加括号）
// const pstring cstr = 0;代回后const (char *) cstr = 0;
// const char *cstr = 0;即为(const char *) cstr = 0;

auto 类型说明符 c++11

  • auto类型说明符：让编译器自动推断类型。
  • 一条声明语句只能有一个数据类型，所以一个 auto 声明多个变量时只能相同的变量类型(包括复杂类型 & 和 *)。auto sz = 0, pi =3.14//错误
  • int i = 0, &r = i; auto a = r; 推断a的类型是int。
  • 会忽略顶层const。
  • const int ci = 1; const auto f = ci;推断类型是int，如果希望是顶层 const 需要自己加const

decltype 类型指示符

  • 从表达式的类型推断出要定义的变量的类型。
  • decltype：选择并返回操作数的数据类型。
  • decltype(f()) sum = x; 推断sum的类型是函数f的返回类型。
  • 不会忽略顶层const。
  • 如果对变量加括号，编译器会将其认为是一个表达式，如 int i–>(i),则 decltype((i))得到结果为 int&引用。
  • 赋值是会产生引用的一类典型表达式，引用的类型就是左值的类型。也就是说，如果 i 是 int，则表达式 i=x 的类型是 int&。
  • C++11

自定义数据结构

struct

尽量不要吧类定义和对象定义放在一起。如struct Student{} xiaoming,xiaofang;

  • 类可以以关键字struct开始，紧跟类名和类体。
  • 类数据成员：类体定义类的成员。
  • C++11：可以为类数据成员提供一个类内初始值（in-class initializer）。

编写自己的头文件

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

预处理器概述：

  • 预处理器（preprocessor）：确保头文件多次包含仍能安全工作。
  • 当预处理器看到#include标记时，会用指定的头文件内容代替#include
  • 头文件保护符（header guard）：头文件保护符依赖于预处理变量的状态：已定义和未定义。
    • #indef 已定义时为真
    • #inndef 未定义时为真
    • 头文件保护符的名称需要唯一，且保持全部大写。养成良好习惯，不论是否该头文件被包含，要加保护符。
#ifndef SALES_DATA_H  //SALES_DATA_H 未定义时为真
#define SALES_DATA_H
strct Sale_data{
    ...
}
#endif
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