【C++】数据类型、函数、头文件、断点调试、输入输出、条件与分支、VS项目设置

四、基本概念

这部分和C语言重复的部分就简写速过，因为我之前写过一个C语言的系列，非常详细。C和C++这些都是一样的，所以这里不再一遍遍重复码字了。感兴趣的同学可以翻看我之前的C语言系列文章。  

1、数据类型
编程的本质就是操作数据。
操作数据就是读数据、进行计算、写数据，其中读和写必然要牵扯到数据的存储。
数据的存储就必须要有数据的名字（变量名）、数据的内容（变量值）、数据的类型(变量类型)。

名字和值好理解，那为啥要类型呢？类型表示给这个变量一个多大的空间去存储它，比如一个字母a就给1个字节(8bit)就可以了，多了就是浪费；一个整数一般给4个字节，就是32位，当然你还可以规定比如第一个位表示符号位，这样就是可以表示正整数和负整数了，那剩下的31位，就能最大存一个2的31次方这个数字，当然如果你存了31个0，那就是0了，如果你存了31个1，那就是数字2的31次方了。也所以不是你想存多大就能存多大的，数字超过2的31次方，就会发生溢出，也就是你存的数字并不是你想存的数字了。

所以数据类型就是指这个数据存放空间的大小。不同的数据类型意味着占用不同大小的内存空间。

下图是基本的数据类型：

说明：
(1)数据首先是分为常量和变量。在程序运行的过程中，其值不能被改变的叫常量。可以改变的叫变量，入上图F。
常量我们用宏定义，上图A，宏URL就表示字符串“hello world”。上图中BCDE都是变量。

（2）不管是常量还是变量，对计算机来说最重要的是地址和类型！所谓的变量名其实是给程序员看的。计算机只要知道这个数据的首地址和占用内存的大小即可，它不需要知道这个数据的名称。数据名称只是程序员写的代码和编译器之间的沟通信号。编译器和代码用变量名沟通完毕后，编译器再和cpu传话时，用的就是这个数据的首地址和占用空间了。

（3）如果是整数变量，你可以定义变量的类型为int，short，long，long long这4种类型之一。其中int类型占用4个字节，short类型占2个字节，long类型占4个字节，long long 类型占8个字节。占用字节的大小决定着你这个数字在内存中的存储空间的大小，也就是决定着你存储的数字的上下限。unsigned表示是否有符号位。
同理其他数据类型。

（4）不同的数据类型给分配多大的内存，一般是取决于编译器，不同类型编译器之间会有差异，一般情况下，不会相差太大。

（5）bool类型不是取1就是取0，是不是1个比特位就够用了，为啥给分一个字节的空间呢？因为我们寻址内存的是是按照字节寻找的，找不到位的哈。

（6）除了上面展示的数据类型，你也可以创建自定义数据类型，但你自定义的类型都是在这些基本类型之上创建的。

（7）数据转化为指针或引用。指针通过一个*号来声明，引用用&表示。说来话长，这些以后要专门聊。

2、函数

函数就是我们写的代码块，被设计用来执行特定的任务。
如果函数被放到类里面了，就叫做方法了。所以这里我们讲的是函数不是方法。
为啥要函数？避免重复写相同的代码。你就理解为把某项特定的功能封装起来。你啥时候想用这个功能了，你调用这个函数就可以了。下面用例子展示：
左图所示：我写了3个函数A、B、C。函数A的名字是Multiply，名字前面的int表示函数的返回值的类型是整型，名字后面的括号里是参数。这个函数有两个参数，a和b，参数a和b的类型都是int类型。函数B的名字是func,这个函数只是要实现在屏幕上打印一个4x2的结果，所以也不需要什么参数，所以小括号里面啥参数也不用写。又因为这个函数也不返回啥，所以函数名前面的返回值类型是void,void就是啥也没有的意思。函数C就是我们常说的main函数，是一个程序的入口函数，因为不需要传入任何参数，所以后面小括号里面啥也不用写，又因为其返回值是0，所以main前面是int。
左图的Multiply函数就是一个“实现两个数相乘计算出结果”这个功能的函数。我们在C函数体内调用了3次Multiply函数。但是有没有发现，在main函数里写了3遍cout，是不是很麻烦。所以右图我们再写一个MutiplyAndLog函数，把A和B的功能都包含进来，是不是右图的main函数就简洁了很多！对这就是函数的封装打包，就是为了避免重复写代码！

函数有声明和定义。声明通常存储在头文件中，我们在翻译单元或cpp文件中编写定义

函数很重要，每个程序都是由一系列函数组成的。所以这里简单过一下函数调用过程中的堆栈：

堆（Heap）与栈（Stack）是开发人员必须面对的两个概念，不同场景下，堆与栈代表不同的含义。一般情况下，有两层含义：
（1）程序内存布局场景下，堆与栈表示两种内存管理方式；
（2）数据结构场景下，堆与栈表示两种常用的数据结构。

这里的堆栈通常称为调用栈或执行栈，是由操作系统和编译器共同管理的一种数据结构，用于存储函数调用的上下文信息。下面展示一个函数调用的粒子：

可见一个程序的运行一般是在内存中跳来跳去执行函数的。函数的prologue、epilogue是自动由编译器生成的，它的具体实现细节可能因编程语言、编译器、目标架构和调用约定的不同而有所变化。例如，在x86架构的C语言中，函数prologue和函数 epilogue 的典型汇编代码可能如下：

3、头文件

头文件通常用于声明一些函数。头文件中有很多函数声明，使我们在多个.cpp文件中使用。头文件就是我们声明函数的一个公共地方。

如上图所示，如果每个.cpp文件用到的函数都得声明一下，就非常麻烦，所以我们所有的函数的声明都放到.h文件中，然后在.cpp中include这个头文件，当预编译时就相当于是声明了。
A：这条语句的意思是只声明一次。当我们有多个头文件时，很难保证多个头文件中的声明函数没有重复的，当我们把多个头文件都include到.cpp文件中时，就会出现重复声明，就会报错，pragma once可以避免多次声明。
B：有的有头文件有后缀.h，有的头文件没有后缀，这是因为C++标准库和C标准库的区分。C++标准库的头文件文件名都没有扩展名，以此和C标准库进行区分。
C：include头文件时，有的用尖括号有的用双引号是因为：尖括号只用于编译器包含的默认路径，而如果你使用引号，那就自由很多，你可以写任意的你的相对路径。

4、断点调试

如果你的代码有语法错误，那编译时就会报错，你按照报错信息调试代码即可。但是如果你的代码能顺利运行但就是运行结果非你所想、或者运行过程中系统崩溃等现象，这些你就没法通过报错信息调试了，此时很重要的调试方法就是打断点->读取内存信息，去分析为啥运行过程中没有按照你的预期执行。

设置断点是为了读取内存。断点就是暂停的意思，程序执行到断点处就会挂起执行线程，此时程序的状态，就是你内存的状态。此时你查看内存视图，诊断你程序出问题的原因。

(1)如何进入断点调试模式：

（2）内存查看的基本操作：

以上就是打断点，读取内存的方法。断点调试的内容很深很深，这里只是入门展示一下。

5、输入输出

（1）C与C++的输入输出方式对比
输入输出是人机交互的最直接方式，我们以后会经常用到。为了防止有些学过C的同学混淆，我们先区分一下C与C++的输入和输出。

我们先看输入：
C用的函数是scanf()，我这里用scanf_s是因为我用的是C++编译的，会报这个函数更新了，让我用scanf_s替代，这没关系。
我们看scanf_s函数，函数第一个参数：它是一个包含占位符的字符串，后面的参数是这些占位符的地址，&是取址符。
函数的返回值是成功赋值的数据个数。
说明：当程序执行到scanf_s时，程序就停止在控制台，等待用户输入。用户一定要按照A数字B数字C数字的方式输入，也就是第一个参数规定的格式。当然如果你第一个参数没有规定格式，那scanf就默认是用回车分隔abc三个变量的。

C++用的是cin是iostream类的一个实例，程序运行到B2时也是会停止在控制台等待用户输入，默认用回车分隔用户的输入内容。
其中>> 是流提取运算符。C++ 编译器会根据要输入值的数据类型，选择合适的流提取运算符来提取值，并把它存储在给定的变量中。所以使用C++的输入输出，你就不需要老考虑使用哪个占位符了，这就方便了很多！

我们再看输出：
一个用的是printf，一个用的是cout。printf函数也用到占位符；cout用到<<流插入运算符。
C++ 编译器会根据要输出变量的数据类型，选择合适的流插入运算符来显示值。流插入运算符 << 被重载来输出内置类型（整型、浮点型、double 型、字符串和指针）的数据项。
endl表示换行符。

最后看看占位符：
占位符是一种有特定作用的符号，用于在格式化字符串中占住一个固定的位置，之后填充。占位符也分为输入占位符和输出占位符。
输入占位符的一般格式为：%[*][输入数据宽度][长度]类型, 其中有方括号[]的项为非必选项
输入占位符中[*]表示该输入项读入后不赋予相应的变量，即跳过该输入值。

输出占位符的一般格式为：%[标志][输出最小宽度][.精度][长度]类型, 其中有方括号[]的项为非必选项
输出占位符中[.精度]表示如果输出数字，则表示小数的位数；如果输出的是字符，则表示输出字符的个数

下面举个小例子：

（2）C++的输入输出功能
C++的输入输出功能是由输入输出流(iostream)库提供的。iostream是标准库的一部分。
输入输出流是一个类层次结构。
标准输入standard input与预定义的iostream对象cin绑定在一起。
标准输出standard output与预定义的iostream对象cout绑定在一起。
标准错误standard error与预定义的iostream对象cerr绑定在一起。

输出操作符<<用来将一个值导向到标准输出cout或者标准错误cerr上。

双字符序列"\n"表示换行符newline。这是显式的进行换行，还可以使用预定义的iostream操纵符endl。
操纵符endl是在iostream上执行的一个操作：在输出流中插入一个换行符，然后刷新输出缓冲区。
类似，输入操作符>>用来从标准输入读入一个值

下面示例一个读取未知个数的输入值：

（3）文件的输入输出
示例：从origin.txt文件中读取数据，写入到input.txt文件中：

6、条件与分支
说明：本部分不讲条件语句本身，因为if语句本身是非常好理解的，就是if条件成立就执行下面的代码块，if条件不成立就跳过，这些条件语句我在C语言系列有详细的讲解，不明白的同学可以翻看那部分。这里我主要是深挖一下条件语句底层的实现逻辑：

几个概念：条件语句conditioan、if语句、分支语句branch

我们写if语句时，是先对实际condition(条件语句)进行评估，然后才是基于评估后的branch（分支语句）。

当我们开始一个应用程序时，整个应用程序及其所有模块加载到内存中。所以这些所有的指令组成了我们的程序，而且都被存储在内存中。当程序中有很多条件语句所产生的分支，基本上就是告诉cpu跳到这部分执行，再跳到那部分执行。这种在内存中跳来跳去的执行，实际上其过程是非常复杂的。比如cpu得先检查条件，然后跳到内存的不同地方，然后从那里开始执行指令。这意味着if语句和分支通常有比较大的开销。如果你想让你的代码快，最好少使用if语句。实际上很多优化的代码其实是特意避开分支的，是特意避免使用if语句。

下面我们看看一个分支的运行过程：

A：==是equality运算符, ==能工作是因这个运算符在C++标准库中被重载了。直白点说，就是C++标准库中有一个equality函数，这个函数接受两个整数参数，这个函数的功能是检查这个两个整数参数的内存(就是取这两个参数的四个字节的内存，前面不是说过整数一般都是4个字节嘛)以确保它们是相等的(就是比较这个两个4个字节的每一位，就是总共32位，看看这32位，是否每一位都是相等的，只有32位全部相等才相等)，如果相等返回true,不相等返回false。

同理，你在C和C++中看到的所有的这些操作符都一个道理，都是在标准库中有确定的应用方式。

这里是先执行x==5，也就是先检验x是否等于5，如果x等于5就返回true，否则返回false

下面我们再通过反汇编视图(disassembly视图)，看看编译器实际生成的if语句的汇编代码：

这里汇编代码我可能讲不了，就说几个点吧：
cmp：comparasion
jne：jump not equal
mov：move
je：jump equal 条件跳跃

（1）我们前面说过bool类型占用的是一个字节(byte)，但是一个字节里面有8位(bit)，而bool只需要1位就可以表示了，那编译器如何在一个byte中寻找那个bit的呢？结论是：只要这8位中有一位是1，那就是true；如果8位全部为0才是false。

（2）if汇编语句中第一行就是将变量ComparisonResult的值加载到寄存器eax。
第二行test是测试条件，看eax寄存器是否是能通过条件，就是是否是true，就是是否有1。也就是对这两个寄存器进行逻辑与计算。
逻辑计算完毕后开始执行第三行je，je是条件跳跃，如果test的结果是True，就一行一行往后继续执行，后面就是Log函数；如果test的结果是false，就是跳转到后面的地址执行。

（3）上面的反汇编视图是我们在调试(debug)模式下的汇编代码，所以编译器实际上是一点都没有优化我们的代码，所以我们可以回头看代码的运行机制。其实编译器在编译的时候是要进行优化的。
所谓优化，实质上是对代码进行等价变换，使得变换后的代码运行结果与变换前的代码运行结果相同，而运行速度加快或占用存储空间减少，或两者都有。

具体我们这里的if语句，编译器其实在if语句前都已经知道if语句中的条件是否成立，因为前面不是有int x = 5嘛，编译器都知道变量x的值是5，所以x等不等于5，编译器是知道的，所以bool变量ComparisonResult是0还是1,编译器也是知道的。所以在实际的编译过程中，编译器直接把if(false)下面的代码块直接就删除了。这点我们在讲编译预处理部分的时候也讲过。而不需要程序已经到执行阶段了，再去比较x等不到5，ComparisonResult是true还是false。

那预编译阶段，编译器是如何做到比较的呢？我们知道两个整数相等还是不相等，就是所谓的常数折叠，就是编译器其实在执行int x=5时，并不是给变量x分配一个首地址+4个字节的长度，而是把x = 5保存到符号表里，在用到x时，会根据符号表把x替换成1。同理，编译器再执行bool ComparisonResult = x == 5;时，也不会给变量ComparisonResult分配一个自己去存储0或1,也是保存在符号表中。也所以预编译阶段编译器就知道x和5的比较结果了，也就是ComparisonResult的值了。所以预编译阶段if语句中的不符合条件的分支代码块就已经被直接删掉了。if后面跟的分支语句都是满足if条件需要执行的语句，这样就减少程序执行过程中的计算量了。

所以如果我们想调试自己的程序时，你尽量关闭所有的优化，最好就是处于debug模式下。

（4）if语句的写法
也所以我们上面例子中的if语句只要写if(ComparisonResult)即可，其实是不用写if(ComparisonResult==true)或if(ComparisonResult==1)。而且即使如果你这样写了，编译器也不会给你真正编译成，让你再去调用标准库中equality函数，再去对比一下ComparisonResult和1是否相等这个操作。
也所以，上面的代码你还可以简写成下图1的形式：

7、VS项目设置

在Visual Studio我们创建项目的步骤如下：

但是Visual Studio的这种项目组织方式不是很合理。项目组织就是设置你的各种文件目录。一个清晰明了的目录可以使你的项目一目了然。我们通常的做法是：创建一个名为Source或者src的文件夹，这个文件夹包含我们所有的源代码、头文件等东西，这样可以使我们的项目文件和可能使用到的任何其他资源，能够被很好的分开在不同的文件夹中。下面我们更改这种组织方式：

工必善必先利其器，这里先介绍一下VS的设置，以后我们还会讲到编译器设置、链接设置、release模式优化设置等。