# 第二章 變數和基本型別 筆記

### 原始內建型別（built-in types）

原始內建型別內包含算術型別 （arithmetic types）以及一個特殊的型別：void，而：算術型別可分為兩類：整數值型別（integral types，包含 char 以及 boolean）及浮點數型別（floating-point types），以下為列表：

| 型別 | 意義 | 最小尺寸|
|---|---|---|
| bool | 布林 | 8 bits |
| char| 字元 | 8 bits |
| wchar_t | 寬字元 | 16 bits |
| char16_t | unicode 字元 | 16 bits |
| char32_t | unicode 字元 | 32 bits |
| short | 短整數 | 16 bits |
| int | 整數 | 16 bits（在 32 位元機器中是 32 bits） |
| long | 長整數 | 32 bits |
| long long | 長整數 | 64 bits（在 C++11 中新定義的） |
| float | 單精度浮點數（single-precision） | 6 位有效數字 |
| double | 雙精度浮點數（double-precision） | 10 位有效數字 |
| long double | 擴充精度浮點數（extended-precision） | 10 位有效數字 |

## 如何選擇型別

- 當你知道值不能為負時，就用一個 unsigned 的型別
- 使用 int 執行整數運算。而在實務上，一般 long 的大小和 int 一樣，而 short 常常顯得太小了。而如果你的資料值超過了 int 的範圍，選擇 long long
- 算術運算式（arithmetical expression）中不要使用 char 或 bool，此外 char 是 signed 還是 unsigned 是未定義的，不同的電腦可能會是 signed 或 unsigned
- 因為通常 float 的精確度不足，因此浮點運算盡量使用 double

## 型別轉換（type conversions）

- 非布林型別指定（assign）、初始化（initialize）給布林型別，初始值為 0 則結果為 false，否則為 true
- 布林型別指定（assign）、初始化（initialize）給非布林型別，初始值為 false 結果為 0，初始值為 true 結果為 1
- 如果要將浮點數型別（floating-point type）轉換給整數型別（integral type），浮點數將會被截斷（truncated），也就是指會喪失小數點的部分

## 字面值（literal）

一個像是 100 的值被稱作 字面值（literal），可分為整數字面值、浮點數字面值、字元字面值、字元字串字面值
- 整數字面值：如 42
- 浮點數字面值：如 100.87
- 字元字面值：使用單引號圍起來，例如：'a'
- 字元字串字面值：使用雙引號圍起來，例如："Hello World"
- 轉義序列（escape sequences）：\n、\t等
- 可使用 spaces、tabs、newlines 將多字面字串連接，該特性繼承自 C
- 字元字串字面值實際上是由字元（chars）所組成連續空間的陣列，並且結尾處以 '\0' 結束，所以字元字串字面值實際上長度比內容多 1

std:cout<<"wow, a really, really long string" "literal that spans two lines" <<std::endl;
// 兩字串會被連接起來

- 布林字面值：true、false
- 指標字面值：nullptr

任何一個字面值的形式和值決定了它的型別，如：42 就代表 int，false 就代表 bool，但其實我們可以使用前綴（prefix）和後綴（suffix）去修改它們的型別

修飾字元與字元字串字面值：

| 前綴 | 意義 | 型別　|
|---|---|---|
| u | Unicode 16 字元 | char16_t |
| U | Unicode 32 字元 | char32_t |
| L | 寬字元 | wchar_t |
| u8 | utf-8 | char |

修飾整數字面值：

| 後綴 | 型別 |
|---|---|
| u、U | unsigned |
| l、L | long |
| ll、LL | long long |

修飾浮點數字面值：

| 後綴 | 型別 |
|---|---|
| f、F | float |
| l、L | long double |

註：_t 修飾的型別代表是使用 typedef 擴充的型別

## 變數

變數提供一個具名的儲存空間（named-storage），在 C++ 中變數和物件（object）可以互換使用

變數的定義（define）：

- 定義形式：一個簡單的變數定義由一個型別指定符（type specifier），後面接著由一個變數名，或由逗號（comma）分隔的多個變數名組成的宣告器列表（init-declarator-list），並且以分號（semicolon）結尾，如 int sum = 0, value, units_sold = 0;，其中 int 即為 type specifier，而後續的 sum = 0, value, units_sold = 0，則為宣告器列表（init-declarator-list）
- 初始化（initialize）：指物件（object）在創建時獲得了一個特定的值

註：初始化（initialize）與指定（assign）是不一樣的東西：
- 初始化 = 創建變數 + 賦予初始值
- 指定（assign） = 擦除現在物件（object）的值 + 改用新值複寫
- 列表初始化：使用大括號 {}（curly braces），如 int units_sold{0};

預設初始化（default initialized）：
- 定義時不使用初始器（initializers）就會被預設初始化（default initialized）
- 此外在函數內部的基本型別（fundmental type）以及指標型別（pointer type）不會被預設初始化，因此會呈現一個未定義的值

建議初始化每一個內建型別（fundmental type 基本型別的同義詞）以及指標型別（pointer type）的變數

### 變數的宣告（declaration）與定義（define）
- 為了讓 C++ 的原始碼能夠個別編譯（separate compilation），C++ 將宣告和定義分開，經過宣告後可使得變數被 compiler 所知，而定義則是負責創建與變數關聯的那個實體
- 只宣告而不定義：在變數名稱前添加關鍵字（keyword）extern，如 extern int i; 指宣告該變數，而變數定義在其他地方。但如果提供了初始器，就變成了定義，如：extern double pi = 3.14;
- 變數只能被定義一次，但是可以被多次宣告
- 一個名稱的範疇（namescope）使用大括號（curly braces）來界定
- 第一次使用變數時再定義它
- 巢狀範疇（nested scopes）
- 若同時存在於全域範疇（global scope）變數和區塊範疇（block scope）變數時，在已定義區域變數（local variable）的範疇中（scope）中可用 :: 顯式地（explicit）存取全域變數
- 將一個區域變數（local variable）的名稱命名成與全域變數（global variable）一樣肯定是個壞主意

### 變數名稱的慣例（convention）

- 一個識別字（identifier）需能夠表示其意義
- 變數名稱一般都是小寫，也就是 index，而非 Index 或 INDEX
- 自定義類別通常用大寫字母開頭，如 Sales_item
- 如果變數由多個單字組成，需要有明確的區分方法，使用底線區隔，或是第二個單字後首字使用大寫字母：student_loan 或 studentLoan

## 複合型別（compound type）
在 C++ 中，擁有幾個複合型別，其中兩個（代表其實不只兩個）即參考（reference）和指標（pointer）
### 參考（reference）

- 一般說的參考是指的左值參考
- 參考：參考是一個物件（object）或一個函式的別名（alias），參考型別會參考至（refer to）另外一個物件（object），如：int &refVal = val;，此時的 refVal 其實就相當於 val 的別名
- 參考必須要被初始化
- 參考和它的初始值是綁定（bind）在一起的，而不是拷貝，一旦定義就不能更改綁定為其他的物件（object）
### 指標（pointer）

- 一個指標是指向（point to）另外一種類別的複合型別（compound type），但不同於參考，參考邏輯上僅是對某個物件的別名（alias），但指標本身就是一個物件，也就是說它擁有自己獨立的地址（address）
- 指標內儲存著某個物件（object）的地址（address）
- 獲取物件（object）的地址： int i = 42; int *p = &i; 其中 & 是取址符（dereference）
- 指標的型別與所指向的物件（object）的型別必須相同（均為同一類型 int、double 等）

## 指標的值可能處於以下四種狀態：
- 它可能指向一個物件（object）
- 它可能指向緊接在一個物件尾端後的下一個位置
- 它可能是一個空指標（nullptr），代表它沒有指向任何的物件
- 它可能是無效的，除了上述三種狀態以外的值都是無效的

對無效指標的操作極有可能引發錯誤的操作或未定義的行為，而第二種和第三種雖然為有效的，但對它們解參考（dereference）理論上是不被允許的，因為它們兩個代表並未指向任何物件

int ival = 42;
int *p = &ival;
cout<< *p;

- 使用指標存取物件：cout << \*p; 輸出指標 p 所指向物件的數據，\* 是解參考運算子（dereference）

- 空指標代表該指標不指向任何物件，可使用 int *p = nullptr; 來指向空指標

- 指標和參考的區別：參考本身並非一個物件（object），參考定義後就不能綁定到其他的物件了；指針則沒有此限制，相當於使用一般的物件

- void* 指標可以存放任意物件的地址，但不知道指向那個地址的物件之型別，也因為沒有型別，僅能用來操作記憶體空間，對所存的物件無法解參考（dereference），會造成未定義行為（undefined behavior）

- 其他指標類型必須要與所指物件匹配（matching）

- 兩個指標相減所產生的結果的型別是 ptrdiff_t，且兩個指標不能相加

- 建議初始化（initialize）所有的指標

## const 限定詞（const qualifier）

可用於定義一個不能被改變值的變數

### 初始化（initialize）與 const

const 物件必須被初始化，且不能被改變

const int a1;      // 錯誤，必須要被初始化
const int a2 = 2;  // 正確

### 對 const 的參考

- reference to const（對常數的參考）：指向 const 物件的參考，如 const int ival=1; const int &refVal = ival;，可以讀取但是不能修改refVal
- 暫存物件（temporary）：當編譯器需要一個空間來暫存表達式（expression）的求值結果時，會臨時創建一個未命名的物件，而對暫存物件參考是不合法的行為

### 指標 和 const

- pointer to const（指向常數的指標）：不能用於改變其所指物件的值, 如 const double pi = 3.14; const double *cptr = &pi;
- const pointer：指標本身是常數，也就是說指標固定指向該物件（存放在指標中的地址不會改變，地址所對應的那個物件是可以修改的）如 int i = 0; int *const ptr = &i;

### 頂層 const

- 頂層 const：指標本身是個常數
- 底層 const：指標指向的物件是個常數。複製時嚴格要求相同的底層 const 修飾相同

### constexpr 和常數運算式（constant expression）

- 常數運算式（constant expression）：指值不會改變，且在編譯過程中就能得到計算結果的運算式
- C++11 新標準規定，允許將變數宣告為 constexpr 型別以便由編譯器來驗證變數的值是否為一個常數運算式（constant expression），也就是指編譯時期就可以確定的數值

字面值型別：
- 能在一個 constexpr 宣告中使用的型別被稱作字面值型別（literal type），因為它簡單到能有字面值
- 算術、參考以及指標型別都是字面值型別

## 處理型別
隨著程式變得複雜，我們會看到我們所用的型別也會跟著變複雜，因此我們會使用型別別名（alias）以增加可讀性、或是使用 auto 等方式讓程式碼的撰寫更為輕鬆等，這些就是關於處理型別的方式

### 型別別名（type alias）

- 傳統別名：使用 typedef 來定義型別別名（type alias）。如：typedef double wages;
- 新標準別名：使用 using 做別名宣告（alias declaration）。如：using SI = Sales_item;（C++11）

// 註：對於複合型別（compound type）不能直接代回原式理解
typedef char *pstring;   // pstring 是 char* 的別名
const pstring cstr = 0;  // cstr 是個指向 char 的常數指標
// 如改寫為 const char *cstr = 0; 並不正確，實際上應為 char *const

### auto 型別指定符（type specifier）

- auto 型別指定符：可讓編譯器自動推斷型別（auto-deduced type）
- 一條含有 auto 的宣告述句（declaration statement）只能有一個型別（type），所以一個 auto 宣告多個變數時只能都是相同的型別，因此如：auto sz = 0, pi = 3.14 是錯誤的，sz 為 int、pi 為 double，型別並不相同
- int i = 0, &r = i; auto a = r; 推斷 a 的型別是 int
- 會忽略頂層 const，舉例：const int ci = 1; const auto f = ci; auto 的推斷型別是 int，如果希望是頂層 const 就需要自己加 const
- 如果是要對參考型別做自動推導型別，則初始器中的頂層 const 不會被忽略，如：auto &g = ci; ci 是個 const int，則 g 的型別為 const int&

### decltype 型別指定符

- 從運算式（expression）的型別推斷出要定義的型別
- decltype(f()) sum = x; 推斷 sum 的型別是函式 f 的回傳型別
- 如果對變數加括號，編譯器會將其認為是一個運算式，假設定義一個 int i，則 decltype((i)) 得到的結果為 int&
- 指定（assign）是會產生參考的一種運算式，參考的型別就是左值的型別。也就是說，如果 i 是 int，則運算式 i = x 的型別是 int&

### struct

盡量不要把類別定義和物件定義放在一起。如：struct Student{} student1, student2;
- 類別可以以關鍵字（keyword）struct 開始，後面緊跟著要定義的類別名稱和類別內的內容
- 類別成員：類別體內定義的成員，如成員變數、成員函式（方法 method）
- C++11：可以為類別成員提供一個類別內初始值（in-class initializer）

### 編寫自己的標頭檔

- 標頭檔通常包含那些只能被定義一次的實體：如類別、const 和 constexpr 變數

前置處理器概覽：

- 前置處理器（preprocessor）：確保標頭檔多次被 include 仍然能安全使用
- 當前置處理器看到 #include 巨集（macro）時，會使用指定的標頭檔內容代替 #include
- 標頭保護（header guard）：標頭保護依賴於前置處理器變數的狀態：已定義和未定義
- #ifdef：已定義時為 true
- #ifndef：未定義時為 true
- 標頭保護的名稱需要是唯一，並且全部保持大寫。養成良好習慣，不論該標頭檔是否被 #include，都該加上標頭保護（header guard）

#ifndef SALES_DATA_H  // SALES_DATA_H 未定義時為真
#define SALES_DATA_H
struct Sale_data {
  //...
}
#endif