C++基础：第三章 对象与基本类型
文章目录
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- 第3章 对象与基本类型
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- 第1节 初始化/赋值语句
- 第2节 类型详述
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- 类型描述
- 类型种类划分
- 与类型相关的标准未定义部分
- 变量
- 第3节 复合类型：从指针到引用
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- 指针
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- 指针特点
- 相关操作符
- 指针的定义
- `void*`指针
- 指针的指针
- 指针v.s.对象
- 指针的问题：
- 引用
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- 指针的引用
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- 第4节 常量类型与常量表达式
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- 常量
- 常量指针与顶层常量（top-level const）
- 常量引用
- 常量表达式
- 第5节 类型别名与类型的自动推导
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- 类型别名
- 类型的自动推导
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- 第6节域与对象的声明周期
第3章 对象与基本类型
第1节 初始化/赋值语句
初始化的基本操作：
- 在内存中开辟空间（堆或栈），保存相应的数值
- 在编译器中构造符号表，将标识符与相关内存空间关联
值与对象都有类型
第2节 类型详述
类型是编译期概念，可执行文件中没有数据类型的概念
C++是强类型语言
引入类型是为了更好的描述程序，防止误用
类型描述
- 存储需要的尺寸（
sizeof，标准并没有严格限制）（一种类型对应的是汇编语言中一条简单的易处理的语句，汇编语句与程序的硬件相关） - 取值空间（
std::numeric_limits，超过范围可能溢出，上溢出变为最小值，下溢出变成最大值）
std::cout<
- 对齐信息 （
alignof(int)查看对齐信息）CPU读取内存中数据过程经过cache缓冲区，一次读取的大小为cache的大小，读取的地址为cache的整数倍，以int为例，如果在内存中存储的地址为7999 - 8002，那么在读取8000 - 8063后数据没有读取完整，会再次读取8000-64 - 7999段的数据，所以系统存储数据时会按照数据类型的对其信息存储，如8000 - 8003（数据类型的对其信息的整数倍），由于结构体内变量的对齐信息，结构体所占长度不一定等于所有变量长度加和。
struct Str{
int x;
char y;
};
例如Str的长度为8而不为5
- 可执行的操作
类型种类划分
- 基本（内建）类型：C++语言中支持的类型
- 数值类型
- 字符类型：
char,wchar_t,char16_t,char32_t - 整数类型
- 带符号整数
short,int,long,long long - 无符号整数
unsigned + 带符号整数(unsigned == unsigned int)
- 带符号整数
- 浮点类型
float,double,long double
- 字符类型：
- void
- 数值类型
- 复杂类型：由基本类型组合、变种所产生的类型，可能是标准库引入或类型定义。
与类型相关的标准未定义部分
char是否有符号，取决于编译器
可以通过定义unsigned char/signed char定义有符号和无符号
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整数在内存中的保存方式：大端、小端（两台机器之间传输数据时要考虑，解析时要一致）
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每种类型的大小
- C++11中引入固定尺寸整数类型，如
int32_t
- C++11中引入固定尺寸整数类型，如
字面值：在程序中直接表示为一个具体的数值或字符串的值
每个字面值有其类型
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整数：20（十进制），024（八进制），0x14（十六进制）
int型 -
浮点数： 1.3 1e-8
double型 -
字符： ‘c’ ‘\n’
char型 -
字符串：“hello”
char[6]型（字符串后隐式加上\0表示字符串结束） -
布尔：true false
boor型 -
指针：nullptr
nullptr_t型
float x = 1.3; //double转为float
unsigned long long y = 2ULL; //int转为unsigned long long
（可以引入自定义后缀改变字面值类型 User-defined literals）
int operator "" _ddd(long double x)
{
return (int)x*2;
}
int x = 3.14_ddd;
变量
对应一段存储空间，可以改变其中内容
变量类型在首次声明（定义）时指出：
int x;定义extern int x;不同编译端的声明 （如果在声明时赋值，系统会认为是定义）
变量的初始化和赋值
- 初始化：构造变量之初赋予值
- 缺省初始化（不赋值）如果变量缺省初始化在函数内，则赋予一个随机值，如果时全局变量，缺省初始化赋值为0。因为函数内定义变量时，多数要对变量进行操作，变量的初始化赋值是不必要的，为提升效率默认在初始化时不赋值，内存中为上一次程序在此处内存中存储的值。全局变量的初始化是在整个程序开始时只执行一次，代价较小，所以为保证程序每次执行的一致性，默认为初始变量缺省赋值为0；
- 直接/拷贝初始化 直接:
int x(10);拷贝：int x = 10;
变量赋值时可能设计类型的转换（高精度转为低精度时可能有损）
- bool与整数之间转换
bool x = 1;(为0则为false，非0为true)，bool转为整数对应0和1 - 浮点与整数之间
隐式类型转换
- if 判断
- 数值比较
- 无符号数与带符号数进行比较时，会把带符号数转化为无符号数
- 可以使用
std::cmp_XXX(C++ 20) 比较，满足数学定义。
第3节 复合类型：从指针到引用
指针
一种间接类型
指针表示存储变量的首个字节的地址
指针特点
- 指向不同对象
- 具有相同的尺寸（各种类型的指针，在64位机上通常大小都为8个字节）
（64位机 总线长度是64个字节，一次性处理64个字节，内存最大为264）
相关操作符
- 取地址
& - 解引用
*
int* p = &x; //*表示声明变量p是一个指针
int y = *p; //*表示解引用，访问指针所指向的变量
指针的定义
int main(){
int* p = &x;
int* p(&x);
int* p; //函数内缺省初始化，存放随机值（原内存中的数据被解析成一个地址）
}
int* p; //函数外缺省初始化，初始化为0，0地址特殊，不能被解引用
int* p = nullptr;
C语言中 NULL==0，函数内尽可能避免地址缺省初始化，可赋值为0
nullptr
- 一个特殊类型的对象，类型为nullptr_t，表示空指针
- 类似于C中的NULL，但更安全
函数重载
fun(int){} //1
fun(int*){} //2
//函数调用时会自动选择输入参数类型匹配的函数
int* p;
fun(0); //调用1
fun(p); //调用2
fun(nullptr) //调用2
指针与bool类型的隐式转换，if(p)语句中如果p指向0（空指针）地址则转换为false，否则为true，等同于if(p!=nullptr)
指针可以增加和减少，指针+1表示增加一个对应类型所占长度
int x = 42;
int* p = &x;
p=p+1;
指针还可判等和比较，当两个指针分别指向不同变量时不建议比较两个指针，因为所分配的地址不固定，与在堆或栈中建立有关。
void*指针
- 没有记录对象的尺寸信息，可以保存任意地址（因为指针的尺寸是相同的，等同于硬件总线长度，所以可以声明一个占位的指针，并与其他类型的指针转化）（由于没有类型信息，故不可以加减）
- 支持判等操作
指针的指针
指针v.s.对象
指针为间接调用，可以避免直接调用产生的数据传输。复制成本较低，读写成本较高。
struct Str
{
//.....这是一个较大的结构体
};
void fun(Str param)
{
}
int main(){
Str x;
fun(x); //这种情况会产生较大的数据传输
}
struct Str
{
//.....这是一个较大的结构体
};
void fun(Str* param)
{
}
int main(){
Str x;
Str* p = &x;
fun(p); //这种情况可以避免大数据传输，因为指针的大小为固定的8个字节（硬件总线决定）
}
指针的问题：
- 可以为空
- 地址信息可能非法
- 解决方案：引用
引用
int& ref = val;- 是对象的别名，不能绑定字面值
- 在构造时绑定对象，在其生命周期内不能绑定其他对象（赋值操作会改变对象内容）
- 不存在空引用，但可能存在非法引用（初始化为一个临时变量如函数内的变量）——总的来说比指针安全（作为函数的入口参数）
void fun(int& param){
//.......
}
- 属于编译期概念，在底层还是通过指针实现
指针的引用
- 指针也是对象，可以定义引用
第4节 常量类型与常量表达式
常量
与变量相对，表示不可修改的对象
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使用
const声明常量 -
是编译期概念，编译器利用常量
- 防止非法操作
- 优化程序逻辑
int x = 3; if(x = 4){ //如果此处错写，程序执行完全不同，为避免要const x = 3； //.... }const int x = 3; //...... int y = x + 1; //对比int x = 3;编译器默认x值不变，直接赋值y=4，减少一次读x操作
常量指针与顶层常量（top-level const）
int* const ptr = &x;常量指针，表示指针不能被修改const int* ptr = &x;表示不能通过ptr修改所指向地址处的值
区分：如果const出现在*右边，则表示指针不能被修改，如果const出现在*左边，则表示指针指向的内容不能被修改
解引用：
int* ptr1;
*ptr1; //int类型
int* const ptr2;
*ptr2; //int类型
const int* ptr3;
*ptr3; //const int类型
常量引用
const int& ref = x;
int x = 3;
const int& ref = x; //加强限制，只能读不能写
const int x = 3;
int& ref = x; //放松限制，报错
- 主要用于函数的形参
struct Str{
//.....
};
void fun(const Str& param){
//可以避免大量拷贝（引用），同时防止数据被写改变（常量引用）
}
int main(){
Str x;
fun(x);
}
- 常量引用可以绑定字面值（为保证常量引用做函数形参时，使用字面值调用函数）
常量表达式
C++11开始
- 使用
constexpr来声明 （不是一种类型，是一种类型的限定符） - 声明是编译期概念
- 编译器可以利用其进行优化
- 常量表达式指针
第5节 类型别名与类型的自动推导
类型别名
可以为类型引入别名，从而引入特殊的含义或便于使用（如size_t）同一种类型在不同的硬件中的长度可能不同，为了避免同一程序在不同硬件上执行的一致性
两种引入类型别名的方式
typedef int MyInt;using MyInt = int;（C++11开始）
使用using方式更好
typedef char MyCharArr[4];using MyCharArr = char[4];
类型别名与指针、引用的关系
- 应将指针的类型别名视为整体，在此基础上引入常量指针表示指针为常量的类型
- 不能构造引用的引用
类型的自动推导
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auto（C++11开始）从初始化表达式自动推导变量的类型 -
并不意味着弱化对象类型（python弱对象类型语言）
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几种常见形式
auto x = 6.5;会产生类型退化
类型退化：当变量放在等号右侧时，变量的类型会发生改变。典型的类型退化有引用、常量等（
int& ref = x; int y = ref;此处的ref的类型会退化成int类型。const int x = 3; int y = x;）auto&可以避免类型的退化decltype(exp);返回表达式的类型（类似于auto，但不会产生退化）（对一般意义表达式左值加引用）
int x = 3; int* ptr = &x; decltype(x); //变量 不加引用 返回int decltype(x); //表达式 左值 加引用 返回int& decltype(*ptr); //表达式 左值 加引用 返回int& decltype(3.5+5l); //表达式 右值 不加引用 返回double-
decltype(val);返回val的类型 -
decltype(auto) x = 3.5 + 15l;等同于下面的decltype(3.5 + 15l) x = 3.5 + 15l;C++14开始 -
concept auto
第6节域与对象的声明周期
域（scope）表示程序中的一部分，其中名称有唯一的含义
全局域（global scope）：程序最外围的域，其中定义的是全局变量
块域（block scope）： 使用大括号所限定的域，其中定义的是局部对象
还存在其他的域：类域，名字空间域
域可以嵌套，嵌套域中定义的名称可以隐藏外部域中定义的名称
对象的生命周期起始于被初始化的时刻，终止于被销毁的时刻
- 全局对象的生命周期是整个程序的运行期间
- 局部对象的生命周期起源于被初始化位置，终止于所在域被执行完成