第二章C++：變數和基本類型

介紹語言的基本知識和標準庫

第二章 變數和基本類型

一些語言，如Smalltalk和Python等，在程式運行時檢查資料類型；與之相反，C++是一種待用資料類型語言，它的類型檢查發生在編譯時間。
- 內建類型（built-in type）：由語言定義的類型，如int。
- 類類型（class type）：程式員自訂的資料類型。

++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（塊）：用於處理儲存，使儲存具有結構的最基本方法。塊的位元一般是2的冪，這樣可以一次處理8、16、32、64或者128位。注意區分block。

++可定址的最小記憶體塊稱為“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、單個字元、布爾值
- 整型（integral type）：表示整數、字元和布爾值的算術類型合稱為整型
- 字元型：char（單個機器位元組：byte）和wchar_t（寬字元型，用於擴充字元集，比如漢字和日語）
- short：半個機器字長；int：一個機器字長；long：兩個機器字長。ps：在32位機器中int和long的字長通常是相等的。最小儲存空間分別為16位、16位和32位
- 整型的賦值：賦值時，取該值對該類型取值數目求模後的值。
- 浮點型：單精確度、雙精確度、擴充精度（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的精度損失大（double能至少保證10位有效數字，float只能保證6位），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。
- 空類型（void）：通常用作無傳回值函數的傳回型別

類型轉換

unsigned char c = -1;     //假設char佔8位元，c的值為255signed char c2 = 256;     //假設char佔8位元，c2的值是未定義的

• 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模數後的餘數。

• 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。

• 不可混用帶符號類型和無符號類型。如果運算式裡這兩種類型都有，帶符號數會自動轉換為無符號數。

字面值常量（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，沒有類類型的字面值，因此也沒有標準庫類型的字面值。

• 使用十進位、八進位（0開頭）或十六進位（0x或0X開頭）

//20的三種表示：20      /*十進位*/024     /*八進位*/0x14    /*十六進位*/

1. 整型字面值：字面值常量類型預設為int或long型。通過加尾碼能夠強制將字面值轉化為long、unsinged、unsigned long，尾碼為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或者E）。預設double類型，加F或f表示單精確度，加L或l表示擴充精度。

3. 布爾字面值：true和false。

4. 字元字面值：

   名稱	書寫
   分行符號	\n
   水平定位字元	\t
   縱向定位字元	\v
   退格符	\b
   斷行符號符	\r
   疑問號	\?
   雙引號	\”

• \ooo：這裡的ooo表示三個八位元字，這三個數字表示字元的數字值。如’\0’通常表示“Null 字元（null character）”。

• 也可以用十六進位逸出字元來定義：\xddd。一個反斜線、一個x和一個或多個十六進位數組成。

• 通用逸出字元：
  

• 可列印字元通常用一對單引號定義，如‘a’；在前面加L就能得到wchar_t類型的寬字元字面值，如L‘a’。

• 不可列印字元和特殊字元都用逸出字元書寫，逸出字元以反斜線開始。

5. 字串字面值：

• 雙引號括起來的0個或多個字元。

• 為了相容C語言，C++所有的字串字面值都由編譯器自動在末尾添加一個Null 字元(‘\0’)，因此，其實際長度要比它的內容多1。

• 寬字元字面值：在字串前面加L，如L“asdff”。

• 多行字面值：兩個字串字面值位置緊鄰且僅由空格、縮排和分行符號分割，則它們實際上是一個整體。

• 不依賴未定義行為和機器相關行為，否則這樣的程式時不可移植的（nonportable）。

6. 指標字面值：nullptr

變數

變數提供了程式可操作的有名字的儲存區
- 左值和右值
- 左值(lvalue)：變數的地址，或者是一個代表“ 對象在記憶體中的位置”的運算式。
- 右值(rvalue)：變數的值

變數名出現在賦值運算子的左邊，就是一個左值；而出現在賦值運算子右邊的變數名或字面常量就是一個右值。    如：    val1=val2/8    這裡的val1是個左值，而val2和8都是右值。

- 對象：記憶體中具有類型的地區
- 變數名：即變數的標識符（identifier）。
1. 由字母、數字和底線組成.
2. 變數名必須以字母或底線開頭，並且區分大小寫。（函數體外的變數名不能以底線開頭）
3. C++關鍵字不能用做標識符
4. 不能包含兩個連續的底線
5. 不能以底線開頭後緊跟一個大寫字母

• 定義對象（如：int a；）

  每個定義都是以類型說明符(type specifier)開始的（如：int）

  int ival(1024);//direct-initialization,直接初始化int ival = 1024;//copy-initialization,複製初始化//註：直接初始化文法更靈活，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};    //錯誤：轉換未執行，因為存在丟失資訊的風險int c(ld), d = ld;      //正確：轉換執行，且丟失部分值

• 初始化&賦值：初始化不是賦值。

• 預設初始化（default initialized）：如果內建類型的變數未被顯示初始化，它的值由定義的位置決定。定義於任何函數體之外的變數被初始化為0，內部的將不被初始化。

• 建議初始化每個內建型變數，以保證程式安全。

• 初始化

• 變數的聲明

  extern int i;   //聲明i而非定義iint j;          //定義j

• 變數只能被定義一次，但能被多次聲明。

• 如果要在多個檔案中使用同一個變數，就必須將聲明和定義分離。變數的定義必須出現且只能處在在一個檔案中，而其他用到該變數的檔案必須對其進行聲明，卻決不能重複定義。

• 如果想聲明一個變數而非定義它，在變數名前加關鍵字extern，且不要顯示地初始設定變數：

• 變數名的範圍（scope）：以花括弧分隔

  全域範圍（global scope）

  塊範圍（block scope）

複合類型（compound type）

• 引用（reference），此處指左值引用（lvalue reference）。

  int ival = 1024;int &refVal = ival; //refVal指向ival（是ival的另一個名字）int &refVal；       //報錯，引用必須被初始化

• 引用不是對象，只是已經存在的對象的另一個名字。程式將引用和他的初始值綁定（bind）在一起，而不是直接將初始值拷貝給引用。

• 指標（pointer）

  int i = 42;     int &r = i;     //&緊隨類名出現，因此是聲明的一部分，r是一個引用int *p;         //*緊隨類名出現，因此是聲明的一部分，p是一個指標p = &i;         //&出現在運算式中，是一個取地址符*p = i;         //*出現在運算式中，是一個解引用符int &r2 = *p;

• 指標是對象，允許賦值和拷貝，且在指標的生命週期內它可以先後指向不同的幾個對象。

• 指標無需在定義時賦值。

• 指標類型和它所指向的對象的類型必須匹配。

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

• 如果指標指向了一個對象，則允許用解引用符（操作符*）來訪問該對象：

  int ival - 42;int *p = &ival;cout << *p;     //由符號*得到指標p所指的對象，輸出42*p = 0;         //由符號*得到指標p所指的對象，即可經由p為變數ival賦值cout << *p;     //輸出0

• 符號的含義由上下文決定

• null 指標

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

• 建議初始化所有指標

• 面對一條比較複雜的指標或引用的聲明語句時，從右向左閱讀有助於弄清它的真實含義。

const限定符

定義常量。
- 指標和const
- 頂層const（top-level const）：表示指標本身是個常量
- 底層const（low-level condt）：表示指標所指的對象是個常量

• 指向常量的指標（pointer to const）

  const double pi = 3.14;double *ptr = π          //錯誤！const double *cptr = π   //正確*cptr = 42;                 //錯誤！cptr指向常量，不能向常量賦值double dval = 3.14;cptr = &dval;               //正確，但不能通過cptr改變dval的值，因為cptr以為自己指向的是常量

• 常量指標（const pointer）

  int errNum = 0;int *const curErr = &errBum;    //curErr將一直指向errNumconst double pi = 3.14;const double *const pip = π  //pip是一個指向常量對象的常量指標

• constexpr和常量運算式

• C++11新標準：將變數聲明為constexpr類型以便由編譯器來驗證變數的值是否是一個常量運算式。（用const，有些常量的具體值直到運行時才能擷取）

• 在constexpr聲明中如果定義了一個指標，限定符僅對指標有效，與指標所知的對象無關。也就是說它把所定義的對象置為頂層const。
  

  const int *p = nullptr;     //p是一個指向常量的普通指標constexpr int *q= nullptr;  //q是一個常量指標constexpr int i = 42;constexpr const *p = &i;

處理類型

• 類型別名（type alias）
  

• typedef
  
typedef double wages; //wages是double的同義字
typedef wages base, *p; //base是double的同義字，p是double*的同義字


• 別名聲明（alias declaration）
  
using S1 = Sales_item; //S1是Sales_item的同義字


• auto類型說明符
  

• 讓編譯器替代我們去分析運算式所屬的類型。

• auto一般會忽略頂層const
  
const int i =1; //i是整型常量
auto b = i; //b是一個整數
const auto c = i; //c是整型常量


• decltype類型指示符

  const int ci = 0, &cj = ci; decltype(ci) x = 0;         //x的類型是const intdecltype(cj) y = x;         //y的類型是const int&，y綁定到變數xdecltype(cj) z;             //錯誤：z是一個引用，必須初始化

  int i = 42, *p = &i, &r = i;decltype(r + 0) b;  //正確：加法的結果是int，因此b是一個未初始化的intdecltype(*p) c;     //錯誤：c是int&，必須初始化

• decltype((v))(注意雙層括弧)的結果永遠是引用。

• decltype處理頂層const和引用的方式與auto有些許不同。如果decltype使用的運算式是一個變數，則decltype返回該變數的類型（包括頂層const和引用在內）。

自訂資料結構

• 標頭檔通常包含哪些只能被定義一次的實體，如類、const和constexpr變數等。

• 前置處理器（preprocessor）：如#include，當前置處理器看到#include標記時就會用指定的標頭檔內容替代#include。

• 標頭檔保護符（header guard）:有效防止重複包含發生
  

• 一般把預先處理變數的名字全部大寫
  
#ifdef //若且唯若變數已定義時為真
#ifndef //若且唯若變數未定義是為真
#define //把一個名字設定為預先處理變數
#endif //與#ifdef和#ifndef匹配，執行它們的後續操作知道#endif指令止


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

參考：C++Primer第五版

介紹語言的基本知識和標準庫

相關文章：

第一章C++：函數傳回值、GNU編譯器命令

第三章C++：字串string、向量vector和數組