学习c++的第二天

世俗ˊ2023-11-02 2:01

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数据类型

基本数据类型

[typedef 声明](#typedef 声明)

枚举类型

类型转换

变量类型

变量定义

变量声明

左值（Lvalues）和右值（Rvalues）

变量作用域

数据类型

基本数据类型

C++ 为程序员提供了种类丰富的内置数据类型和用户自定义的数据类型。下表列出了七种基本的 C++ 数据类型：

类型 关键字
布尔型 bool
字符型 char
整型 int
浮点型 float
双浮点型 double
无类型 void
宽字符型 wchar_t

类型修饰符：signed、unsigned、short、long

注：一些基本类型可以使用一个或多个类型修饰符进行修饰，比如：signed short int简写为short、signed long int 简写为long。

下表显示了各种变量类型在内存中存储值时需要占用的内存，以及该类型的变量所能存储的最大值和最小值。

**注意：**不同系统会有所差异，一字节为 8 位。默认情况下，int、short、long都是带符号的，即 signed。long int 8 个字节，int 都是 4 个字节，早期的 C 编译器定义了 long int 占用 4 个字节，int 占用 2 个字节，新版的 C/C++ 标准兼容了早期的这一设定。

类型 位 范围
char 1 个字节 -128 到 127 或者 0 到 255
unsigned char 1 个字节 0 到 255
signed char 1 个字节 -128 到 127
int 4 个字节 -2147483648 到 2147483647
unsigned int 4 个字节 0 到 4294967295
signed int 4 个字节 -2147483648 到 2147483647
short int 2 个字节 -32768 到 32767
unsigned short int 2 个字节 0 到 65,535
signed short int 2 个字节 -32768 到 32767
long int 8 个字节 -9,223,372,036,854,775,808 到 9,223,372,036,854,775,807
signed long int 8 个字节 -9,223,372,036,854,775,808 到 9,223,372,036,854,775,807
unsigned long int 8 个字节 0 到 18,446,744,073,709,551,615
float 4 个字节 精度型占4个字节（32位）内存空间，+/- 3.4e +/- 38 (~7 个数字)
double 8 个字节 双精度型占8 个字节（64位）内存空间，+/- 1.7e +/- 308 (~15 个数字)
long double 16 个字节 长双精度型 16 个字节（128位）内存空间，可提供18-19位有效数字。
wchar_t 2 或 4 个字节 1 个宽字符

注意，各种类型的存储大小与系统位数有关，但目前通用的以64位系统为主。

以下列出了32位系统与64位系统的存储大小的差别（windows 相同）：

typedef 声明

typedef是C和C++语言中的一个关键字，用于给一个已有的数据类型起一个新的别名。typedef可以提高代码可读性和可维护性。

typedef的语法如下：

cpp 复制代码 
typedef existing_type new_type_name;

其中，existing_type代表要起别名的已有数据类型，new_type_name代表新的别名。existing_type可以是任意合法的数据类型，包括基本数据类型、指针、结构体、联合体、枚举等。

typedef可以将一个复杂的数据类型（例如struct或者union）简化为一个易于使用和理解的名称，也可以定义新的类型名称以使得多个数据类型具有相同的类型名称，从而增加代码的清晰度。

下面是一些typedef的例子：

cpp 复制代码 
typedef int myint;   // 将 int 类型起个新的别名 myint
typedef float* pfloat;   // 将 float* 类型起个新的别名为 pfloat

// 用 typedef 定义结构体别名
typedef struct {
    char name[20];
    int age;
} Person;

// 用 typedef 定义枚举类型别名
typedef enum {
    Monday,
    Tuesday,
    Wednesday,
    Thursday,
    Friday,
    Saturday,
    Sunday
} Weekday;

在上面的例子中，myint是int类型的别名，pfloat是float*类型的别名。Person是一个结构体别名，可以通过Person代替struct { char name[20]; int age; }来定义结构体。Weekday是一个枚举类型的别名，可以通过Weekday代替enum { Monday, Tuesday, Wednesday, Thursday, Friday, Saturday, Sunday }来定义枚举类型。

需要注意的是，typedef只是给一个已有的数据类型起一个新的别名，它并不会创建新的数据类型。因此，typedef语句不能用于定义新的变量，而只能用于定义新的类型名称。

枚举类型

枚举类型是C和C++中的一种数据类型，用于定义一个有限的、命名的整数值集合。枚举类型可以简化代码的可读性和维护性，同时提供了一种方式来表示一组相关的常量。

在C/C++中，定义一个枚举类型使用enum关键字，其语法如下：

cpp 复制代码 
enum enum_name {
    value1,
    value2,
    value3,
    // ...
};

其中，enum_name是枚举类型的名称，value1、value2、value3等是枚举常量，表示枚举类型的取值。每个枚举常量都会被编译器分配一个整数值，默认情况下从0开始递增。

以下是一个示例：

cpp 复制代码 
enum Color {
    RED,    // 0
    GREEN,  // 1
    BLUE    // 2
};

enum Weekday {
    Monday,     // 0
    Tuesday,    // 1
    Wednesday,  // 2
    Thursday,   // 3
    Friday,     // 4
    Saturday,   // 5
    Sunday      // 6
};

在上面的示例中，Color是一个枚举类型，它包含了三个枚举常量RED、GREEN和BLUE。默认情况下，RED的值是0，GREEN的值是1，BLUE的值是2。

同样地，Weekday是另一个枚举类型，它包含了七个枚举常量，分别代表星期一到星期日，它们的值从0到6递增。

在使用枚举类型时，可以通过枚举常量来表示具体的值。例如：

cpp 复制代码 
Color myColor = RED;
Weekday today = Wednesday;

上述代码中，myColor被赋值为RED，today被赋值为Wednesday。

需要注意的是，枚举常量的作用域是在所属的枚举类型中，并且枚举常量之间是唯一的。也可以通过显式地指定枚举常量的值来自定义枚举常量的整数值。例如：

cpp 复制代码 
enum Status {
    OK = 0,
    ERROR = -1,
    WARNING = 1
};

在这个示例中，Status是一个枚举类型，它包含了三个枚举常量OK、ERROR和WARNING，并且分别被赋予了整数值0、-1和1。

枚举类型在编程中经常用于表示一组相关的常量，增加代码的可读性和可维护性。它在switch语句中也常用于改善代码的可读性，使得程序更加清晰易懂。

类型转换

类型转换是将一个数据类型的值转换为另一种数据类型的值。

C++ 中有四种类型转换：静态转换、动态转换、常量转换和重新解释转换。

1、静态转换（Static Cast）：

静态转换是一种编译时类型转换，在代码中使用 static_cast<type>(value) 的形式进行。它可以将基本数据类型或者用户定义的类型进行转换。静态转换通常用于比较宽松的类型转换，例如将一个指针转换为整数类型，或者将一个整数类型转换为枚举类型等。但需要注意的是，静态转换可能会导致数据精度损失或无效的转换，因此在进行类型转换时要谨慎使用，并确保转换操作是安全和合理的。

2、动态转换（Dynamic Cast）：

动态转换是一种运行时类型转换，在代码中使用 dynamic_cast<type>(pointer) 的形式进行。它通常用于将一个基类指针或引用转换为派生类指针或引用。在进行动态转换时，需要注意转换操作的安全性，如果指针或引用不是指向实际对象，则转换操作会失败，返回空指针或引用。

3、常量转换（Const Cast）：

常量转换是一种用于移除变量的常量属性或加上变量的常量属性的类型转换，使用 const_cast<type>(variable) 的形式进行。它通常用于解决一些编译器警告或者将 const 类型转换为非 const 类型的情况。但是需要注意，常量转换只能用于非常量变量上，否则会导致未定义的行为。

4、重新解释转换（Reinterpret Cast）：

重新解释转换是一种类型转换，它可以将一个指针转换为另一个无关类型的指针，或者将一个整数类型转换为一个指针类型，使用 reinterpret_cast 进行。它通常用于将不同类型之间的二进制数据进行转换，但需要注意的是，这种转换可能会产生危险和未定义的行为，因此在使用时要格外小心。

下面是一个简单的代码示例，演示了在 C++ 中如何使用不同类型转换方式：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
  // 静态转换
  int a = 10;
  double b = static_cast<double>(a);
  cout << "Static Cast: " << b << endl;

  // 动态转换
  class Base {
    public:
      virtual void print() {
        cout << "This is a Base class." << endl;
      }
  };
  class Derived : public Base {
    public:
      void print() {
        cout << "This is a Derived class." << endl;
      }
  };
  Base* base_ptr = new Derived;
  Derived* derived_ptr = dynamic_cast<Derived*>(base_ptr);
  if (derived_ptr != NULL) {
    derived_ptr->print();
  } else {
    cout << "Dynamic Cast Failed." << endl;
  }

  // 常量转换
  const int x = 5;
  int y = const_cast<int&>(x);
  y++;
  cout << "Const Cast: " << y << endl;

  // 重新解释转换
  int c = 100;
  void* ptr = reinterpret_cast<void*>(&c);
  int* d = reinterpret_cast<int*>(ptr);
  cout << "Reinterpret Cast: " << *d << endl;

  return 0;
}

输出结果如下：

cpp 复制代码 
Static Cast: 10
This is a Derived class.
Const Cast: 6
Reinterpret Cast: 100

该示例中分别使用了四种不同的类型转换方式，包括静态转换、动态转换、常量转换和重新解释转换。静态转换将整数类型转换为浮点数类型，动态转换将基类指针转换为派生类指针并调用其成员函数，常量转换将 const 类型的变量转换为非 const 类型的变量并修改其值，重新解释转换将整数类型的变量地址转换为 void 类型的指针并再次转换回整数类型的指针。通过该示例，可以更加深入地理解不同类型转换方式的使用方法和注意事项。

变量类型

1、整数类型（Integer Types）：

  • int：用于表示整数，通常占用4个字节。
  • short：用于表示短整数，通常占用2个字节。
  • long：用于表示长整数，通常占用4个字节。
  • long long：用于表示更长的整数，通常占用8个字节。

2、浮点类型（Floating-Point Types）：

  • float：用于表示单精度浮点数，通常占用4个字节。
  • double：用于表示双精度浮点数，通常占用8个字节。
  • long double：用于表示更高精度的浮点数，占用字节数可以根据实现而变化。

3、字符类型（Character Types）：

  • char：用于表示字符，通常占用1个字节。
  • wchar_t：用于表示宽字符，通常占用2或4个字节。
  • char16_t：用于表示16位Unicode字符，占用2个字节。
  • char32_t：用于表示32位Unicode字符，占用4个字节。

4、布尔类型（Boolean Type）：

  • bool：用于表示布尔值，只能取true或false。

5、枚举类型（Enumeration Types）：

  • enum：用于定义一组命名的整数常量。

6、指针类型（Pointer Types）：

  • type*：用于表示指向类型为type的对象的指针。

7、数组类型（Array Types）：

  • type[]或type[size]：用于表示具有相同类型的元素组成的数组。

8、结构体类型（Structure Types）：

  • struct：用于定义包含多个不同类型成员的结构。

9、类类型（Class Types）：

  • class：用于定义具有属性和方法的自定义类型。

10、共用体类型（Union Types）：

  • union：用于定义一种特殊的数据类型，它可以在相同的内存位置存储不同的数据类型。

11、其他类型：

  • 空类型（void）：空类型表示无类型。
  • nullptr类型（nullptr）：nullptr类型表示空指针。

12、引用类型：

  • 引用类型（int&，float&等）

**注意：**这些变量类型具有不同的特性和用途。基本数据类型用于存储单个数据值，复合数据类型可以存储多个相关数据值，指针类型和引用类型用于间接访问变量和内存地址，类类型用于创建自定义的对象类型，空类型表示无类型，nullptr类型表示空指针。

例如，以下是使用不同变量类型的示例：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
  int age = 25; // 整数类型
  double salary = 5000.75; // 浮点数类型
  char grade = 'A'; // 字符类型
  bool isPassed = true; // 布尔类型

  int numbers[] = {1, 2, 3, 4, 5}; // 数组类型

  struct Person {
    string name;
    int age;
  };
  Person person1 = {"John", 30}; // 结构体类型

  enum Color { RED, GREEN, BLUE }; // 枚举类型
  Color color = GREEN;

  int* ptr = nullptr; // 指针类型
  int& ref = age; // 引用类型

  class Circle {
    double radius;
  };
  Circle c; // 类类型

  void* p = nullptr; // 空类型

  return 0;
}

在这个示例中，我们用不同的变量类型声明和初始化了变量。请注意，C++是一种静态类型语言，变量必须在使用之前显式声明其类型，并且不能在运行时更改其类型。

变量定义

在C++中，可以使用以下语法来定义变量：

cpp 复制代码 
type variable_name;       // 变量定义，不初始化
type variable_name = value;  // 变量定义，并初始化为特定的值

其中，type表示变量的数据类型（type 必须是一个有效的 C++ 数据类型，可以是 char、wchar_t、int、float、double、bool 或任何用户自定义的对象），variable_name表示变量的名称（variable_list 可以由一个或多个标识符名称组成，多个标识符之间用逗号分隔。），value表示变量的初始值。

以下是一些示例：

cpp 复制代码 
int age;                         // 定义一个整数变量age
double salary = 5000.75;         // 定义一个双精度浮点数变量salary并初始化为5000.75
char grade = 'A';                // 定义一个字符变量grade并初始化为'A'
bool isPassed = true;            // 定义一个布尔变量isPassed并初始化为true

int x, y, z;                     // 同时定义多个整数变量x, y, z
double pi = 3.14159, radius = 5; // 同时定义多个双精度浮点数变量pi, radius并初始化

注意事项：

  • 变量名必须遵循标识符的命名规则，且不能与C++的关键字重复。
  • 在定义变量时，可以选择是否对其进行初始化。未初始化的变量将具有不确定的值。
  • 可以在定义变量时使用赋值运算符 = 进行初始化，将特定的值赋给变量。
  • 在同一行上可以定义多个相同类型的变量，并用逗号 , 分隔它们。

值得一提的是，C++还支持在函数内部定义局部变量、在类中定义成员变量以及在命名空间中定义全局变量。这些变量定义的语法稍有不同，但基本原则和概念相同。

变量声明

在C++中，变量的声明是指在使用变量之前提前声明其存在，告诉编译器变量的类型和名称。变量声明只会创建变量的标识符，而不会分配内存空间或初始化变量。

以下是一些变量声明的例子：

1、声明整数变量：

cpp 复制代码 
extern int age;      // 声明一个整数变量age

2、声明浮点数变量：

cpp 复制代码 
extern double pi;   // 声明一个双精度浮点数变量pi

3、声明字符变量：

cpp 复制代码 
extern char grade;   // 声明一个字符变量grade

4、声明布尔变量：

cpp 复制代码 
extern bool isPassed;   // 声明一个布尔变量isPassed

5、声明字符串变量：

cpp 复制代码 
#include <string>      // 引入<string>头文件
using namespace std;

extern string name;    // 声明一个字符串变量name

需要注意的是，变量的声明通常与变量的定义分开。变量的定义是在声明的基础上为变量分配内存空间并可能进行初始化。变量的声明一般放在头文件中，以便在多个源文件中共享同一个变量。

例如，在一个名为 variables.h 的头文件中声明变量：

cpp 复制代码 
extern int age;        // 声明整数变量age
extern double pi;      // 声明双精度浮点数变量pi
extern char grade;     // 声明字符变量grade

然后，在源文件中进行变量的定义和初始化：

cpp 复制代码 
#include "variables.h"

int age = 25;          // 定义并初始化整数变量age
double pi = 3.14159;   // 定义并初始化双精度浮点数变量pi
char grade = 'A';      // 定义并初始化字符变量grade

这样，通过在源文件中包含声明的头文件，可以在不同的源文件中访问和使用这些变量。

左值（Lvalues）和右值（Rvalues）

在C++中，表达式可以分为左值（lvalues）和右值（rvalues）。左值和右值的主要区别在于它们在赋值操作符的左边或右边出现的位置。

左值（lvalue）是一个具有内存地址并且可以被引用的表达式。它可以出现在赋值操作符的左边或右边。换句话说，左值是一个可以被取址的表达式。典型的左值包括变量、对象成员以及通过解引用指针获得的值。

右值（rvalue）是一个临时的、不具有内存地址的表达式。它只能出现在赋值操作符的右边。右值通常是临时生成的值、字面量或表达式的结果。右值不能直接被引用，但可以通过将其绑定到右值引用（rvalue reference）来延长其生命周期。

C++11引入了右值引用（rvalue references），它们是一种新的引用类型，用于延长右值的生命周期并支持移动语义。通过将右值绑定到右值引用上，可以对其进行修改或移动。

下面是一些示例：

cpp 复制代码 
int x = 5;       // x是一个左值
int& lvalueRef = x;  // 左值引用可以引用左值

int y = x + 3;  // x+3是一个右值
int&& rvalueRef = x + 3;  // 右值引用可以引用右值

int z = std::move(x);  // std::move()将左值转换为右值引用

需要注意的是，C++中的一些情况下，左值可以被隐式地转换为右值，例如在函数返回语句中，即使左值也可以用作右值。

总结来说，左值是具有内存地址的表达式，可以出现在赋值操作符的左边或右边。右值是临时生成的、不具有内存地址的表达式，只能出现在赋值操作符的右边。右值引用类型可以绑定到右值，并支持对其进行修改或移动。

变量作用域

一般来说有三个地方可以定义变量：

  • 在函数或一个代码块内部声明的变量，称为局部变量。

  • 在函数参数的定义中声明的变量，称为形式参数。

  • 在所有函数外部声明的变量，称为全局变量。

1、全局作用域（Global Scope）：在任何函数、代码块之外定义的变量具有全局作用域。这意味着它们在整个程序中都是可见和可访问的。全局变量在程序启动时被创建，在程序结束时销毁。

cpp 复制代码 
#include <iostream>

int globalVariable = 10;  // 全局变量

int main() {
    std::cout << globalVariable << std::endl;  // 可以在任何位置访问全局变量
    return 0;
}

2、块作用域（Block Scope）：在函数或代码块内部定义的变量具有块作用域。这意味着它们只在定义它们的代码块内部是可见和可访问的。当代码块执行完毕后，变量将被销毁。

cpp 复制代码 
#include <iostream>

int main() {
    int x = 5;  // 块作用域的变量
    {
        int y = 10;  // 嵌套的块作用域的变量
        std::cout << x << " " << y << std::endl;  // 可以在代码块内部访问x和y
    }
    std::cout << x << std::endl;  // 只能在外层代码块内部访问x
    // std::cout << y << std::endl;  // 错误：y超出了作用域，无法访问
    return 0;
}

3、函数参数作用域（Function Parameter Scope）：函数参数的作用域仅限于函数内部。它们在函数被调用时创建，并在函数执行完毕后销毁。

cpp 复制代码 
#include <iostream>

void myFunction(int param) {  // 参数param的作用域仅限于函数内部
    std::cout << param << std::endl;  // 可以在函数内部访问参数param
}

int main() {
    myFunction(5);
    // std::cout << param << std::endl;  // 错误：参数param的作用域仅限于函数内部，无法在main函数中访问
    return 0;
}

4、类作用域（Class Scope）：在类定义内部声明的变量具有类作用域。它们可以被类中的任何成员函数访问。

cpp 复制代码 
#include <iostream>

class MyClass {
public:
    int classVariable;  // 类作用域的变量

    void myMethod() {
        std::cout << classVariable << std::endl;  // 可以在成员函数中访问类作用域的变量
    }
};

int main() {
    MyClass obj;
    obj.classVariable = 10;
    obj.myMethod();
    return 0;
}

需要注意的是，当在内部作用域中声明的变量与外部作用域中的变量同名，内部作用域的变量会隐藏外部作用域的同名变量。

变量的作用域是C++中管理变量可见性和访问性的重要概念。了解变量作用域对于编写正确和清晰的代码非常重要。

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