第 2 章 对象和基本类型

1. 从初始化/赋值语句谈起

初始化 / 赋值语句是程序中最基本的操作，其功能是将某个值与一个对象关联起来
– 值：字面值、对象（变量或常量）所表示的值……
– 标识符：变量、常量、引用……
– 初始化基本操作：

1、在内存中开辟空间，保存相应的数值
2、在编译器中构造符号表，将标识符与相关内存空间关联起来

– 值与对象都有类型
– 初始化 / 赋值可能涉及到类型转换，一般会将赋值号右侧的值转换为左侧的类型

2. 类型详述

A、 类型是一个编译期概念，可执行文件中不存在类型的概念

• C++ 是强类型语言

• 引入类型是为了更好地描述程序，防止误用
  B、 类型描述了：
  – 存储所需要的尺寸 (sizeof ()，标准并没有严格限制 ),种类
  – 取值区间 (std::numeric_limits ，超过范围可能产生溢出 )
  – 对齐信息（ alignof ），对其的效果决定系统读取几次，32/64位系统
  alignof(类型)
  
  结构体中的内存对齐会以最大的类型位数对齐
  – 可以执行的操作

• 整数上溢出输出最小值，下溢出输出了最大值

C、类型可以划分为基本类型与复杂类型
基本（内建）类型： C++ 语言中所支持的类型
● 数值类型
● 字符类型（ char, wchar_t, char16_t, char32_t ）
char16_t, char32_t可以表示更复杂的字符；
不同编译器中有无符号依赖编译器
● 整数类型

• 带符号整数类型： short, int, long, long long
• 无符号整数类型： unsigned + 带符号整数类型
  unsigned == unsigned int
• 浮点类型：小数点可以前后移动的类型
  ● float, double, long double
• void：通常用于函数返回类型、参数中

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，或自定义类型

D、 与类型相关的标准未定义部分
– char 是否有符号， 不同编译器中有无符号可能不同，依赖编译器
– 整数中内存中的保存方式：大端 小端

每种类型的大小（间接影响取值范围）
● C++11 中引入了固定尺寸的整数类型，如 int32_t

E、字面值：在程序中直接表示为一个具体数值或字符串的值
● 每个字面值都有其类型
– 整数字面值： 20 （十进制）， 024 （八进制）， 0x14 （十六进制，X大小写都可以） int 型
– 浮点数： 1.3, 1e8 – double 型
– 字符字面值： ‘c’, ‘\n’, ‘\x4d’ – char 型 ; 单引号
– 字符串字面值： “Hello” – char[6] 型，多一个\n; 需要加双引号
– 布尔字面值： true, false – bool 型
– 指针字面值： nullptr – nullptr_t 型，c++ 11新增，之前只有NULL
F、类型转换：
● 可以为字面值引入前缀或后缀以改变其类型
– 1.3 （ double ） – 1.3f （ float ）
– 2 （ int ） – 2ULL (unsigned long long)
● 可以引入自定义后缀来修改字面值类型
● c++常用的其他类型转换方式：
静态转换（Static Cast）：
静态转换是最常用的类型转换方式之一，用于显式转换一种类型为另一种类型，但在转换时没有进行运行时检查。静态转换可以用于类层次结构中的上下转换（派生类向基类转换），以及非相关类型之间的转换。使用静态转换时，需要注意类型转换的安全性，因为它没有运行时检查。示例：

int x = 10;
double y = static_cast<double>(x);  // 将整数转换为浮点数

动态转换（Dynamic Cast）：
动态转换用于在类层次结构中进行安全的上下转换（派生类向基类转换），并提供运行时类型检查。如果转换无效，即源指针指向的对象不是目标类型的一个有效派生类对象，动态转换将返回空指针（对于指针类型）或引发 std::bad_cast 异常（对于引用类型）。
示例：cpp

Base* basePtr = new Derived();  // 派生类指针赋值给基类指针
Derived* derivedPtr = dynamic_cast<Derived*>(basePtr);  // 动态转换
if (derivedPtr != nullptr) {
    // 转换成功，可以安全使用 derivedPtr
    derivedPtr->doSomething();
}

重新解释转换（Reinterpret Cast）：
重新解释转换是一种较为低级别的转换方式，用于将一个指针或引用转换为不同类型的指针或引用，甚至可以将整数类型转换为指针类型或反之。它的行为比较危险，需要谨慎使用，因为它不会进行任何类型检查和转换。示例：

int x = 10;
double* ptr = reinterpret_cast<double*>(&x);  // 将整数指针转换为双精度浮点数指针

常量转换（Const Cast）：
常量转换用于移除表达式的常量性（const）或将常量性添加到表达式。它主要用于处理函数重载或操作函数返回类型为常量的情况。常量转换不能用于修改实际的常量对象。示例：

const int x = 10;
int* ptr = const_cast<int*>(&x);  // 移除常量性以获取非常量指针
*ptr = 20;  // 修改通过常量指针获取的值

使用Boost将数字型对象的值转换为字符文本格式:boost::lexical_cast
在进行类型转换时，应谨慎考虑类型安全性和潜在的运行时错误

G:
● 变量：对应了一段存储空间，可以改变其中内容
● 变量的类型在其首次**声明（定义）**时指定：
– int x : 定义一个变量 x ，其类型为 int
– 变量声明与定义的区别： extern 前缀, 延伸至别的文件（或者使用C语言完成）
● 变量的初始化与赋值
– 初始化：在构造变量之初为其赋予的初始值
● 缺省初始化：在定义时候没有赋值
● 直接 / 拷贝初始化 ：
直接/使用已经被赋值的对象进行初始化int x = 10; x(10);
● 其它初始化
– 赋值：修改变量所保存的数值

H、类型详述 （隐式）类型转换 ——
● 为变量赋值时可能涉及到类型转换
– bool 与 整数之间的转换
int ->bool 0转换为false, 其他转换为true
bool -> int 只能转换为0/1
– 浮点数与整数之间的类型转换，** **
● 隐式类型转换不只发生在赋值时
– if 判断
– 数值比较
● 无符号数据与带符号数据之间的比较[ 不同类型之间无法比较，除非先进行隐式转换]
● std::cmp_XXX （ C++ 20 ）

3. 复合类型：从指针到引用

指针：一种间接类型

64位机：CPU总线长度是64个字节，内存最大是2^64

● 特点
– 可以“指向”不同的对象
– 具有相同的尺寸
● 相关操作
– & – 取地址操作符
– * – 解引用操作符
64位取连续8字节，32位取连续4字节
指针的 定义：

int x = 42;
int* p = &x;

缺省初始化会初始化为0或者随机，直接读取可能崩溃，不建议
对指针初始化要直接进行赋值，如果没有已有的要赋值的内容，就赋值为nullptr，类型nullptr_t
在C中是NULL
关于 nullptr:
– 一个特殊的对象（类型为 nullptr_t ），表示空指针
– 类似于 C 中的 NULL ，但更加安全
指针转换bool:
空指针会转为false, 非空就会转换为true
函数重载：
通过不同个数、类型的参数使得同名函数完成不同的任务，在编译期选择对应函数
指针操作：
增加，减少，判等（地址是否相等）
void 指针*
– 没有记录对象的尺寸信息，可以保存任意地址
– 支持判等操作，不支持加减

指针的指针：
假如p是一个指针，那么指针的指针为：

int **pp = &p;

复合类型：从指针到引用

● 指针 V.S. 对象
– 指针属于间接引用，复制成本低，读写成本高
传值：拷贝但不改变变量在函数外的值
传址：会改变变量的值

引用
– int& ref = val;（引用）
– 是对象的别名，不能绑定字面值
– 构造时绑定对象，在其生命周期内不能绑定其它对象（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——总的来说比指针安全
– 属于编译期概念，在底层还是通过指针实现
● 指针的引用
– 指针是对象，因此可以定义引用
– int* p = &val; int* & ref = p;
– 类型信息从右向左解析
不存在引用的引用，不要在函数中返回局部变量

4.常量与常量表达式类型

常量与变量相对，表示不可修改的对象
– 使用 const 声明常量对象，初始化时候赋值就不可以修改了等

const int x = 4;

 = 为赋值
 ==为判等  

– 是编译期概念，编译器利用其
● 防止非法操作：判等变成赋值，预期之外的值的修改
● 优化程序逻辑

 **const int* p;     常量指针，指针指向的值不能改，指针的指向可以改   - 修饰指针  - 底层常量
 int* const p;     指针常量，指针的指向不能改，指针指向的值可以改   - 修饰常量  - 顶层常量**

** 在星号右边画一个竖线，const出现在右边，指针指向不能改，出现在左边，指针指向的值不能改*

● 常量指针与顶层常量（ top-level const ）
在前面就是顶[]层，在后面就是底层**

– const int* const p;
– 常量指针可指向变量
可以从变量Int转换为常量int，反之不行：
不合理：减少限制是不合理的

常量引用（也可绑定变量）
– const int&
– 可读但不可写
– 主要用于函数形参
– 可以绑定常量、变量、字面值
– 不可以改变指向和指向的值

int&  ref = 3;[非法]
int&  ref = 3;[合法]

● 常量表达式 （从 C++11 开始）
– 使用 constexpr 声明，constexpr是指示符，不是类型关键字
– 声明的是编译期常量
– 编译器可以利用其进行优化
– 常量表达式指针： constexpr 位于 * 左侧，但表示指针是常量表达式

类型是 const in* const

std::is_same_v<a, b>
//用于比较ab的类型，相同返回真，否则为假

5. 类型别名与类型的自动推导

A、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 ）
size_t ：可以表示无符号的任意整形
● 两种引入类型别名的方式
– typedef int MyInt;
– using MyInt = int; （从 C++11 开始）
● 使用 using 引入类型别名更好【推荐使用！】
– typedef char MyCharArr[4];
– using MyCharArr = char[4];
● 类型别名与指针、引用的关系
– 应将指针类型别名视为一个整体，在此基础上引入常量表示指针为常量的类型,const修饰 int* 而不是int

– 不能通过类型别名构造引用的引用,即使定义了类型也都是引用

B、类型的自动推导
– 从 C++11 开始，可以通过初始化表达式自动推导对象类型
– 自动推导类型并不意味着弱化类型，对象还是强类型，推导出以后类型是确定的，不会改变
– 自动推导的几种常见形式
● auto: 最常用的形式，但会产生类型退化 eg：int& -> int
● const auto / constexpr auto: 推导出的是常量 / 常量表达式类型
● auto& : 推导出引用类型，避免类型退化
● decltype(exp) ：返回 exp 表达式的类型（左值加引用）
● decltype(val) ：返回 val 的类型，不会产生类型退化
● decltype(auto) ：从 c++14 开始支持，简化 decltype 使用
● concept auto ：从 C++20 开始支持，表示一系列类型（ std::integral auto x = 3; ）

6. 域与对象的生命周期

A、域：
● 域 (scope) 表示了程序中的一部分，其中的名称有唯一的含义
● 全局域（ global scope ）：程序最外围的域，其中定义的是全局对象
● 块域（ block scope ），使用大括号所限定的域，其中定义的是局部对象
● 还存在其它的域：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

B、生命周期：
● 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
● 通常来说
– 全局对象的生命周期是整个程序的运行期间
– 局部对象生命周期起源于对象的初始化位置，终止于所在域被执行完成