第一章 基础知识

• 1.4 类型、变量和算术运算
• • 1.4.1 算术运算
  • 1.4.2 初始化

1.4 类型、变量和算术运算

每个名字、每个表达式都有自己的类型，类型决定了能对名字和表达式执行的操作。例如，下面的声明：

int inch;

指定inch的类型为int，也就是说，inch是一个整型变量。

一个声明(declaration)是一条语句，为程序引入一个实体，并为该实体指明类型：

• 一个类型(type)定义了一组可能的值以及一组(对象上的)操作。
• 一个对象(object)是存放某种类型值的内存空间。
• 一个值(value)是一组二进制位，具体的含义由其类型决定。
• 一个变量(variable)是一个命名的对象。

C++就像一个小型动物园，提供了各种基本类型，但我不是一个动物学家，因此在这里不会列出全部的C++基本类型。一些例子如下：

bool		//布尔值，可取true或false
char		//字符，如‘a’、‘z’和‘9’
int			//整数，如-273、42和1066
double		//双精度浮点数，如-273.15、3.14和6.626e-34
unsigned	//非负整数，如0、1和999（用于位逻辑运算）

每种基本类型都直接对应硬件设施，具有固定的大小，这决定了其中所能存储的值的范围：

一个char变量的实际大小为给定机器上存放一个字符所需的空间(通常是一个8位的字节)，其他类型的大小都是char大小的整数倍。类型的大小是依赖于实现的(即，在不同机器上可能不同)，可使用sizeof运算符获得这个值。例如，sizeof(char)等于1，sizeof(int)通常是4。

数包括浮点数和整数。

• 浮点数是通过小数点(如3.14)或指数(如3e-2)来区分的。
• 整数字面值默认是十进制(如，42表示四十二)。前缀0b指示二进制(基为2)的整数字面值(如0b10101010)。前缀0x指示十六进制(基为16)整数字面值(如0xBAD1234)。前缀0指示八进制(基为8)的整数字面值(如0334)。

为了令长字面常量对人类更易读，我们可以使用单引号(’)作为数字分隔符。例如，Π大约为3.14159’26535’89793’23846’26433’83279’50288，如果你更喜欢十六进制，就是0x3.243F’6A88’85A3’08D3。

1.4.1 算术运算

算术运算符可用于上述基本类型的恰当组合：

x + y		//加法
+x			//一元加法
x - y		//减法
-x			//一元减法
x * y		//乘法
x / y		//除法
x % y		//整数取余(取模)

比较运算符也是如此：

x == y		//相等
x != y		//不相等
x < y		//小于
x > y		//大于
x <= y		//小于等于
x >= y		//大于等于

除此之外，C++还提供了逻辑运算符：

x & y		//位与
x ! y		//位或
x ^ y		//位异或
~x			//按位求补
x && y		//逻辑与
x || y		//逻辑或
!x			//逻辑非(否定)

位逻辑运算符对运算对象逐位计算，产生结果的类型与运算对象的类型一致。逻辑运算符&&和||根据运算对象的值返回true或者false。

在赋值运算和算术运算中，C++会在基本类型之间进行有意义的转换，以便它们能自由地混合运算：

void some_function()		//不返回值的函数
{
	double d = 2.2;			//初始化浮点数
	int i = 7;				//初始化整数
	d = d + i;				//将求和结果赋给d
	i = d * i;				//将乘积结果赋给i；注意，double类型的d*i被截断为一个int
}

表达式中使用的类型转换称为常规算术类型转换(usual arithmetic conversion)，其目的是确保表达式以运算对象中最高的精度进行计算。例如，对一个double和一个int求和，执行的是双精度浮点数的加法。

注意，=是赋值运算符，而==是相等性检测。

除了常规的算术和逻辑运算符，C++还提供了更特殊的修改变量的运算：

x += y		//x = x + y
++x			//递增：x = x + 1
x -= y		//x = x - y
--x			//递减：x = x - 1
x *= y		//缩放：x = x * y
x /= y		//缩放：x = x / y
x %= y		//x = x % y

这些运算符简洁、方便，因此使用非常频繁。

表达式的求值顺序是从左至右的，赋值操作除外，它是从右至左求值的。不幸的是，函数实参的求值顺序是未指定的。

1.4.2 初始化

在使用对象之前，必须给它赋予一个值。C++提供了多种表达初始化的符号，如前面用到的=，以及一种更通用的形式——花括号限界的初始值列表：

double d1 = 2.3;				//将d1初始化为2.3
double d2{2.3};					//将d2初始化为2.3
double d3 = {2.3};				//将d3初始化为2.3（使用{…}初始化，=是可选的）
complex<double>z = 1;			//标量为双精度浮点数的复数
complex<double>z2{d1,d2};	
complex<double>z3 = {d1,d2};	//使用{…}初始化，=是可选的
vector<int>v{1,2,3,4,5,6};		//整数向量

=初始化是一种比较传统的形式，可追溯到C语言，但如果你心存疑虑，那么还是使用通用的{}列表形式。抛开其他不谈，这至少可以令你避免在类型转换中丢失信息：

int i1 = 7.8;		//i1变成了7（惊讶吗？）
int i2{7.8}			//错误：浮点数向整数的转换

不幸的是，丢失信息的类型转换，即收缩转换(narrowing conversion)，如double转换为int及int转换为char，在C++中是允许的，而且是隐式应用的。隐式收缩转换带来的问题是为了与C语言兼容而付出的代价。

我们不可以漏掉常量初始化，变量也只有在极其罕见的情况下可以不初始化。也就是说，在引入一个名字时，你应该已经为它准备好了一个适合的值。用户自定义类型(如string、vector、Matrix、Motor_controller和Orc_warrior)可以定义为隐式初始化方式。

在定义一个变量时，如果它的类型可以由初始值推断得到，则你无须显式指定：

auto b = true;		//一个bool
auto ch = ‘x’;		//一个char
auto i = 123;		//一个int
auto d = 1.2;		//一个double
auto z = sqrt(y);	//z的类型是sqrt(y)的返回类型
auto bb{true};		//bb是一个bool

当使用auto时，我们倾向于使用=初始化，因为其中不会涉及带来潜在的麻烦的类型转换，但如果你喜欢始终使用{}初始化，也是可以的。

当没有特殊理由需要显式指定数据类型时，一般使用auto。在这里，“特殊理由”包括：

• 该定义位于一个较大的作用域中，我们希望代码的读者清楚地看到数据类型
• 我们希望明确一个变量的范围和精度(比如希望使用double而非float)。

使用auto可以帮助我们避免冗余的代码，并且无须再书写长类型名。这一点在泛型编程中尤为重要，因为在泛型编程中程序员可能很难知道一个对象的确切类型，类型的名字也可能相当长。