C++ Primer Plus 第6版 读书笔记（3） 第3章 处理数据

目录

3.1 简单变量

3.1.1 变量名

*位与字节

3.1.4 无符号类型 

3.1.7 C++如何确定常量的类型

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C++是在 C 语言基础上开发的一种集面向对象编程、泛型编程和过程化编程于一体的编程语言，是C语言的超集。本书是根据2003年的ISO/ANSI C++标准编写的，通过大量短小精悍的程序详细而全面地阐述了 C++的基本概念和技术，并专辟一章介绍了C++11新增的功能。

《C++ Primer Plus（第6版）中文版》分18章，分别介绍了C++程序的运行方式、基本数据类型、复合数据类型、循环和关系表达式、分支语句和逻辑运算符、函数重载和函数模板、内存模型和名称空间、类的设计和使用、多态、虚函数、动态内存分配、继承、代码重用、友元、异常处理技术、string类和标准模板库、输入/输出、C++11新增功能等内容。

《C++ Primer Plus（第6版）中文版》针对C++初学者，从C语言基础知识开始介绍，然后在此基础上详细阐述C++新增的特性，因此不要求读者有C语言方面的背景知识。《C++ Primer Plus（第6版）中文版》可作为高等院校教授C++课程的教材，也可供初学者自学C++时使用。

本章内容包括：

C++变量的命名规则。

C++内置的整型——unsigned long、long、unsigned int、int、unsigned short、

short、char、unsigned char、signed char 和 bool。

C++11 新增的整型：unsigned long long 和 long long。 表示各种整型的系统限制的 climits 文件。

各种整型的数字字面值（常量）。

使用 const 限定符来创建符号常量。

C++内置的浮点类型：float、double 和 long double。

表示各种浮点类型的系统限制的 cfloat 文件。

各种浮点类型的数字字面值。

C++的算术运算符。

自动类型转换。

强制类型转换。

 

面向对象编程（OOP）的本质是设计并扩展自己的数据类型。设计自己的数据类型就是让类型与数据 匹配。如果正确做到了这一点，将会发现以后使用数据时会容易得多。然而，在创建自己的类型之前，必须了解并理解 C++内置的类型，因为这些类型是创建自己类型的基本组件。

内置的 C++类型分两组：基本类型和复合类型。本章将介绍基本类型，即整数和浮点数。似乎只有两种类型，但 C++知道，没有任何一种整型和浮点型能够满足所有的编程要求，因此对于这两种数据，它提供了多种变体。第 4 章将介绍在基本类型的基础上创建的复合类型，包括数组、字符串、指针和结构。

当然，程序还需要一种标识存储的数据的方法，本章将介绍这样一种方法—使用变量；然后介绍如 何在 C++中进行算术运算；最后，介绍 C++如何将值从一种类型转换为另一种类型。

 

3.1 简单变量

程序必须记录 3 个基本属性：

1. 信息将存储在哪里；
2. 要存储什么值；
3. 存储何种类型的信息

例如:

int braincount;
braincount 5;

这些语句告诉程序，它正在存储整数，并使用名称 braincount 来表示该整数的值（这里为 5）。实际上， 程序将找到一块能够存储整数的内存，将该内存单元标记为 braincount，并将 5 复制到该内存单元中；然 后，您可在程序中使用 braincount 来访问该内存单元。这些语句没有告诉您，这个值将存储在内存的什位置，但程序确实记录了这种信息。实际上，可以使用&运算符来检索 braincount 的内存地址。下一章介绍另一种标识数据的方法（使用指针）时，将介绍这个运算符。

3.1.1 变量名

必须遵循几种简单的 C++命名规则 

1. 在名称中只能使用字母字符、数字和下划线（_）。
2. 名称的第一个字符不能是数字。
3. 区分大写字符与小写字符。
4. 不能将 C++关键字用作名称。

以两个下划线或下划线和大写字母打头的名称被保留给实现（编译器及其使用的资源）使用。以一个下划线开头的名称被保留给实现，用作全局标识符。

C++对于名称的长度没有限制，名称中所有的字符都有意义，但有些平台有长度限制。

C++提供了一种灵活的标 准，它确保了最小长度（从 C 语言借鉴而来），如下所示：

short 至少 16 位；

int 至少与 short 一样长；

long 至少 32 位，且至少与 int 一样长；

long long 至少 64 位，且至少与 long 一样长

*位与字节

      计算机内存的基本单元是位（bit）。可以将位看作电子开关，可以开，也可以关。关表示值 0，开表示值 1。8 位的内存块可以设置出 256 种不同的组合，因为每一位都可以有两种设置，所以 8 位的总组合数为 2×2×2×2×2×2×2×2，即 256。因此，8 位单元可以表示 0-255 或者-128 到 127。每增加一位，组合数便加倍。这意味着可以把 16 位单元设置成 65 536 个不同的值，把 32 位单元设置成 4 294 672 296个不同的值，把 64 位单元设置为 18 446 744 073 709 551 616 个不同的值。作为比较，unsigned long 存储不了地球上当前的人数和银河系的星星数，而 long long 能够。
字节（byte）通常指的是 8 位的内存单元。从这个意义上说，字节指的就是描述计算机内存量的度量单位，1KB 等于 1024 字节，1MB 等于 1024KB。然而，C++对字节的定义与此不同。C++字节由至少能够容纳实现的基本字符集的相邻位组成，也就是说，可能取值的数目必须等于或超过字符数目。在美国，基本字符集通常是 ASCII 和 EBCDIC 字符集，它们都可以用 8 位来容纳，所以在使用这两种字符集的系统中，C++字节通常包含 8 位。然而，国际编程可能需要使用更大的字符集，如 Unicode，因此有些实现可能使用16 位甚至 32 位的字节。有些人使用术语八位组（octet）表示 8 位字节。

3.1.4 无符号类型 

前面介绍的 4 种整型都有一种不能存储负数值的无符号变体，其优点是可以增大变量能够存储的最大 值。例如，如果 short 表示的范围为−32768 到+32767，则无符号版本的表示范围为 0-65535。当然，仅当数值不会为负时才应使用无符号类型，如人口、粒数等。要创建无符号版本的基本整型，只需使用关键字 unsigned 来修改声明即可

 

 

 

整型溢出： 

 

 

 

该程序将一个 short 变量（sam）和一个 unsigned short 变量（sue）分别设置为最大的 short 值，在我们的系统上，是 32767。然后，将这些变量的值都加 1。这对于 sue 来说没有什么问题，因为新值仍比无符号整数的最大值小得多；但 sam 的值从 32767 变成了−32768！同样，对于 sam，将其设置为 0 并减去 1，也不会有问题；但对于无符号变量 sue，将其设置为 0 并减去后，它变成了 65535。可以看出，这些整型变量的行为就像里程表。如果超越了限制，其值将为范围另一端的取值（参见图 3.1）。C++确保了无符号类型的这种行为；但 C++并不保证符号整型超越限制（上溢和下溢）时不出错，而这正是当前实现中最为常见的行为。

 

3.1.7 C++如何确定常量的类型

程序的声明将特定的整型变量的类型告诉了 C++编译器，但编译器是如何知道常量的类型呢？假设在程序中使用常量表示一个数字：程序将把 1492 存储为 int、long 还是其他整型呢？答案是，除非有理由存储为其他类型（如使用了特殊的后缀来表示特定的类型，或者值太大，不能存储为 int），否则 C++将整型常量存储为 int类型。

首先来看看后缀。后缀是放在数字常量后面的字母，用于表示类型。整数后面的 l 或 L 后缀表示该整 数为 long 常量，u 或 U 后缀表示 unsigned int 常量，ul（可以采用任何一种顺序，大写小写均可）表示 unsigned long 常量（由于小写 l 看上去像 1，因此应使用大写 L 作后缀）。例如，在 int 为 16 位、long 为 32 位的系统上，数字 22022 被存储为 int，占 16 位，数字 22022L 被存储为 long，占 32 位。同样，22022LU 和 22022UL都被存储为 unsigned long。C++11 提供了用于表示类型 long long 的后缀 ll 和 LL，还提供了用于表示类型 unsigned long long 的后缀 ull、Ull、uLL 和 ULL。

接下来考察长度。在 C++中，对十进制整数采用的规则，与十六进制和八进制稍微有些不同。对于不带后缀的十进制整数，将使用下面几种类型中能够存储该数的最小类型来表示：int、long 或 long long。

在 int 为 16 位、long 为 32 位的计算机系统上，20000 被表示为 int 类型，40000 被表示为 long 类型，3000000000 被表示为 long long 类型。对于不带后缀的十六进制或八进制整数，将使用下面几种类型中能够存储该数的最小类型来表示：int、unsigned int long、unsigned long、long long 或 unsigned long long。在将 40000 表示为 long 的计算机系统中，十六进制数 0x9C40（40000）将被表示为 unsigned int。这是因为十六进制常用来表示内存地址，而内存地址是没有符号的，因此，usigned int 比 long 更适合用来表示 16 位的地址。

 

3.3.1 书写浮点数

C++有两种书写浮点数的方式。

第一种是使用常用的标准小数点表示法：

即使小数部分为 0（如 8.0），小数点也将确保该数字以浮点格式（而不是整数格式）表示。（C++标准允许实现表示不同的区域；例如，提供了使用欧洲方法的机制，即将逗号而不是句点用作小数点。然而，这些选项控制的是数字在输入和输出中的外观，而不是数字在代码中的外观。）

第二种表示浮点值的方法叫做 E 表示法，其外观是像这样的：3.45E6，这指的是 3.45 与 1000000 相乘的结果；E6 指的是 10 的 6 次方，即 1 后面 6 个 0。因此，3.45E6 表示的是 3450000，6 被称为指数，3.45 被称为尾数。下面是一些例子

E 表示法确保数字以浮点格式存储，即使没有小数点。注意，既可以使用 E 也可以使用 e，指数可以是正数也可以是负数。（参见图 3.3。）然而，数字中不能有空格，因此 7.2 E6 是非法的。

指数为负数意味着除以 10 的乘方，而不是乘以 10 的乘方。因此，8.33E～4 表示 8.33/104 ，即 0.000833。 同样，电子质量 9.11e～31 kg表示 0.000000000000000000000000000000911 kg。可以按照自己喜欢的方式表示数字（911 在美国是报警电话，而电话信息通过电子传输，这是巧合还是科学阴谋呢？读者可以自己作出评判）。注意，−8.33E4 指的是−83300。前面的符号用于数值，而指数的符号用于缩放。

记住：d.dddE+n 指的是将小数点向右移 n 位，而 d.dddE～n 指的是将小数点向左移 n 位。之所以称为“浮点”，就是因为小数点可移动。

 

3.5 总结

 

C++的基本类型分为两组：一组由存储为整数的值组成，另一组由存储为浮点格式的值组成。整型之间通过存储值时使用的内存量及有无符号来区分。整型从最小到最大依次是：bool、char、signed char、unsigned char、short、unsigned short、int、unsigned int、long、unsigned long 以及 C++11 新增的 long long和 unsigned long long。还有一种 wchar_t 类型，它在这个序列中的位置取决于实现。C++11 新增了类型 char16_t 和 char32_t，它们的宽度足以分别存储 16 和 32 位的字符编码。C++确保了 char 足够大，能够存储系统基本字符集中的任何成员，而 wchar_t 则可以存储系统扩展字符集中的任意成员，short 至少为 16位，而 int 至少与 short 一样长，long 至少为 32 位，且至少和 int 一样长。确切的长度取决于实现。字符通过其数值编码来表示。I/O 系统决定了编码是被解释为字符还是数字。浮点类型可以表示小数值以及比整型能够表示的值大得多的值。3 种浮点类型分别是 float、double 和long double。C++确保 float 不比 double 长，而 double 不比 long double 长。通常，float 使用 32 位内存，double 使用 64 位，long double 使用 80 到 128 位。通过提供各种长度不同、有符号或无符号的类型，C++使程序员能够根据特定的数据要求选择合适的 类型。

C++使用运算符来提供对数字类型的算术运算：加、减、乘、除和求模。当两个运算符对同一个操作数进行操作时，C++的优先级和结合性规则可以确定先执行哪种操作。 对变量赋值、在运算中使用不同类型、使用强制类型转换时，C++将把值从一种类型转换为另一种类型。很多类型转换都是“安全的”，即可以在不损失和改变数据的情况下完成转换。例如，可以把 int 值转换为 long 值，而不会出现任何问题。对于其他一些转换，如将浮点类型转换为整型，则需要更加小心。开始，读者可能觉得大量的 C++基本类型有些多余，尤其是考虑到各种转换规则时。但是很可能最终将发现，某些时候，只有一种类型是需要的，此时您将感谢 C++提供了这种类型。

3.6 复习题

1．为什么 C++有多种整型？

2．声明与下述描述相符的变量。

a．short 整数，值为 80

b．unsigned int 整数，值为 42110

c．值为 3000000000 的整数

3．C++提供了什么措施来防止超出整型的范围？

4．33L 与 33 之间有什么区别？

5．下面两条 C++语句是否等价？

6．如何使用 C++来找出编码 88 表示的字符？指出至少两种方法。

7．将 long 值赋给 float 变量会导致舍入误差，将 long 值赋给 double 变量呢？将 long long 值赋给 double 变量呢？

8．下列 C++表达式的结果分别是多少？

9．假设 x1 和 x2 是两个 double 变量，您要将它们作为整数相加，再将结果赋给一个整型变量。请编写一条完成这项任务的 C++语句。如果要将它们作为 double 值相加并转换为 int 呢？

10．下面每条语句声明的变量都是什么类型？

 

 

 

3.7 编程练习

1．编写一个小程序，要求用户使用一个整数指出自己的身高（单位为英寸），然后将身高转换为英尺和英寸。该程序使用下划线字符来指示输入位置。另外，使用一个 const 符号常量来表示转换因子。

2．编写一个小程序，要求以几英尺几英寸的方式输入其身高，并以磅为单位输入其体重。（使用 3 个变量来存储这些信息。）该程序报告其 BMI（Body Mass Index，体重指数）。为了计算 BMI，该程序以英寸 的方式指出用户的身高（1 英尺为 12 英寸），并将以英寸为单位的身高转换为以米为单位的身高（1 英寸 =0.0254 米）。然后，将以磅为单位的体重转换为以千克为单位的体重（1 千克=2.2 磅）。最后，计算相应的BMI—体重（千克）除以身高（米）的平方。用符号常量表示各种转换因子。

3．编写一个程序，要求用户以度、分、秒的方式输入一个纬度，然后以度为单位显示该纬度。1 度为 60 分，1 分等于 60 秒，请以符号常量的方式表示这些值。对于每个输入值，应使用一个独立的变量存储它。

下面是该程序运行时的情况：

4．编写一个程序，要求用户以整数方式输入秒数（使用 long 或 long long 变量存储），然后以天、小时、分钟和秒的方式显示这段时间。使用符号常量来表示每天有多少小时、每小时有多少分钟以及每分钟 有多少秒。该程序的输出应与下面类似：

5．编写一个程序，要求用户输入全球当前的人口和美国当前的人口（或其他国家的人口）。将这些信息存储在 long long 变量中，并让程序显示美国（或其他国家）的人口占全球人口的百分比。该程序的输出应与下面类似：

6．编写一个程序，要求用户输入驱车里程（英里）和使用汽油量（加仑），然后指出汽车耗油量为一 加仑的里程。如果愿意，也可以让程序要求用户以公里为单位输入距离，并以升为单位输入汽油量，然后 指出欧洲风格的结果—即每 100 公里的耗油量（升）。

7．编写一个程序，要求用户按欧洲风格输入汽车的耗油量（每 100 公里消耗的汽油量（升）），然后将其转换为美国风格的耗油量—每加仑多少英里。注意，除了使用不同的单位计量外，美国方法（距离/燃料）与欧洲方法（燃料/距离）相反。100 公里等于 62.14 英里，1 加仑等于 3.875 升。因此，19mpg 大约 合 12.4l/100km，l27mpg 大约合 8.71/100km。