C++:类型系统

在 c + + 中， 类型 的概念非常重要。 每个变量、函数自变量和函数返回值必须具有一个类型以进行编译。 此外，在计算表达式前，编译器会给出每个表达式（包括文本值）的隐式类型。 类型的一些示例包括 int 存储整数值、 double 存储浮点值 (也称为 标量 数据类型) ，或标准库类 std：： basic_string 用于存储文本。 可以通过定义或创建自己的类型 class struct 。 该类型指定将分配给变量（或表达式结果）的内存量、可能存储在该变量中的值类型、如何对那些值（作为位模式）进行说明以及可对其执行的操作。 本文包含对 C++ 类型系统的主要功能的非正式概述。

术语

变量：数据量的符号名，以便可以使用该名称访问它在定义它的代码范围内所引用的数据。 在 c + + 中， 变量 通常用于引用标量数据类型的实例，而其他类型的实例通常称为 " 对象"。

对象：为了简单和一致性，本文使用 term 对象 来引用类或结构的任何实例，而当它在一般意义上使用时，包括所有类型，甚至是标量变量。

POD 类型 (普通旧数据) ：在 c + + 中，此非正式类型的数据类型是指标量的类型 或为 POD 类。 POD 类没有不是 POD 的静态数据成员，没有用户定义的构造函数、用户定义的析构函数或用户定义的赋值运算符。 此外，POD 类无虚函数、基类、私有的或受保护的非静态数据成员。 POD 类型通常用于外部数据交换，例如与用 C 语言编写的模块（仅具有 POD 类型）进行的数据交换。

指定变量和函数类型

C + + 是一种 强类型 语言，它也是 静态类型化 的。每个对象都有一个类型，该类型永远不会改变 (不会与静态数据对象) 混淆。 在代码中声明变量时，必须显式指定其类型，或者使用 auto 关键字指示编译器从初始值设定项推断类型。 在代码中声明函数时，必须指定每个参数的类型及其返回值; void 如果函数未返回任何值，则必须指定其返回值。 例外情况是，当使用允许任意类型参数的函数模板时。

在你首次声明变量后，稍后无法更改其类型。 但是，你可以将变量的值或函数的返回值复制到其他类型的另一个变量中。 此类操作称为 类型转换，有时是必需的，但也是数据丢失或不正确的潜在来源。

在声明 POD 类型的变量时，强烈建议你将其初始化，也就是为其指定初始值。 在初始化某个变量之前，该变量会有一个“垃圾”值，该值包含之前正好位于该内存位置的位数。 这是需要注意的 C++ 的一个重要方面，尤其是当你使用另一种语言来处理初始化时。 如果声明非 POD 类类型的变量，则构造函数会处理初始化。

下面的示例演示了一些简单变量声明，并分别对它们进行了说明。 该示例还演示了编译器如何使用类型信息允许或禁止对变量进行某些后续操作。

int result = 0;              // Declare and initialize an integer.
double coefficient = 10.8;   // Declare and initialize a floating
                             // point value.
auto name = "Lady G.";       // Declare a variable and let compiler
                             // deduce the type.
auto address;                // error. Compiler cannot deduce a type
                             // without an intializing value.
age = 12;                    // error. Variable declaration must
                             // specify a type or use auto!
result = "Kenny G.";         // error. Can’t assign text to an int.
string result = "zero";      // error. Can’t redefine a variable with
                             // new type.
int maxValue;                // Not recommended! maxValue contains
                             // garbage bits until it is initialized.

基本（内置）类型

不同于某些语言，C++ 中不存在派生所有其他类型的通用基类型。 该语言包含许多 基本类型，也称为 内置类型。 这包括数字类型，例如 int 、、、 double ，以及 long bool char wchar_t ASCII 和 UNICODE 字符的和类型。 大多数整数基础类型 (除了 bool 、 double 、 wchar_t 和相关类型之外) 所有版本都包含 unsigned 版本，这些版本修改了变量可存储的值的范围。 例如， int 存储32位有符号整数的，可以表示从-2147483648 到2147483647的值。 unsigned int，它也存储为32位，可存储0到4294967295之间的值。 可能的值的总数在每种情况下都相同；仅范围不同。

基础类型由编译器识别，编译机包含内置规则，这些规则管理可对它们执行的操作以及将它们转换为其他基础类型的方式。

下图显示了 Microsoft c + + 实现中内置类型的相对大小：

下表列出了最常用的基本类型及其在 Microsoft c + + 实现中的大小：

对于某些数值类型，其他 c + + 实现可能会使用不同的大小。 有

void 类型

void 类型是一种特殊类型; 你不能声明类型的变量 void ，但你可以声明一个类型的变量 void * (指向 void) ，这有时在分配原始 (未类型化) 内存时是必需的。 但是，指向 void 的指针不是类型安全的，通常不建议在新式 c + + 中使用。 在函数声明中， void 返回值表示函数不返回值; 这是的常见和可接受用法 void 。 尽管 C 语言需要具有零个参数的函数 void 在参数列表中声明（例如），但 fou(void) 在现代 c + + 中不建议使用这种做法，应声明这种做法 fou() 。

const 类型限定符

任何内置或用户定义的类型都可由 const 关键字限定。 此外，成员函数可以是 const 限定的，甚至是 const 重载的。 类型的值在 const 初始化后无法修改。

const double PI = 3.1415;
PI = .75 //Error. Cannot modify const variable.

const 限定符在函数和变量声明中广泛使用，“const 正确性” 是 c + + 中的一个重要概念; 实质上意味着使用 const 来保证在编译时不会无意中修改这些值。

const 类型与其非常量版本不同; 例如， const int 是中的不同类型 int 。 const_cast 如果必须从变量中删除 常量，则可以在这种罕见情况下使用 c + + 运算符。

字符串类型

严格地说，c + + 语言没有内置的字符串类型; char 和 wchar_t 存储单个字符-您必须声明这些类型的数组以接近字符串，添加一个终止 null 值 (例如，在 ‘\0’ 最后一个有效字符之后的数组元素 (ASCII) ，该数组元素也称为 C 样式字符串) 。 C 样式字符串需要编写更多的代码或者需要使用外部字符串实用工具库函数。 但在现代 c + + 中，我们有 std::string (8 位类型字符串的标准库类型， char) 或 std::wstring (16 位类型字符串 wchar_t) 。 可以将这些 c + + 标准库容器视为本机字符串类型，因为它们是包含在任何兼容的 c + + 生成环境中的标准库的一部分。 只需使用 #include 指令即可使这些类型在你的程序中可用。 (如果你使用的是 MFC 或 ATL，则 CString 该类也可用，但它不是 c + + 标准的一部分。 ) 使用以 null 结尾的字符数组 (前面提到的 c 样式字符串) 强烈建议不要在现代 c + + 中使用。

用户定义类型

在定义 class 、 struct 、或时 union ，将 enum 在代码的其余部分使用该构造，就像它是一种基本类型一样。 它具有内存的已知大小以及一些有关可以如何在程序生命期内将其用于编译时检查和运行时的规则。 基本内置类型和用户定义的类型之间的主要区别如下：

编译器没有用户定义的类型的内置知识。 它在编译过程中首次遇到此定义时学习类型。

通过定义（通过重载）适当的运算符作为类成员或非成员函数，可以指定可对你的类型执行的操作以及你的类型转换为其他类型的方式。

指针类型

可追溯返回到最早版本的 C 语言，c + + 继续允许使用特殊声明符 (星号) 声明指针类型的变量 * 。 指针类型在存储实际数据值的内存中存储位置地址。 在现代 c + + 中，这些称为 " 原始指针"，通过特殊运算符在代码中进行访问， * (星号) 或 -> 大于) (破折号。 这称为取消 引用，使用哪一个取决于您是要取消引用指向对象中成员的标量还是指向成员的指针。 使用指针类型很长时间以来都是 C 和 C++ 程序开发的最具挑战性和最难以理解的方面之一。 本部分概述 (了一些事实和实践，以帮助使用原始指针（如果需要），但在现代 c + + 中，不再需要 (或建议的) 将原始指针用于对象所有权 ，因为在 本部分的末尾) 将对此进行详细介绍。 使用原始指针来观察对象仍是有用且安全的，但如果必须将其用于对象所有权，则需要谨慎操作并仔细考虑如何创建和销毁其所有的对象。

首先你应该知道的是，声明一个原始指针变量只会分配存储了取消指针时需引用的内存地址的内存。 数据值本身的内存分配 (也称为 后备存储) 尚未分配。 换言之，通过声明原始指针变量，将创建内存地址变量而非实际数据变量。 在确保指针变量包含指向备份存储的有效地址前取消对其的引用将导致程序发生未定义行为（通常为严重错误）。 下面的示例演示了此种错误：

int* pNumber;       // Declare a pointer-to-int variable.
*pNumber = 10;      // error. Although this may compile, it is
                    // a serious error. We are dereferencing an
                    // uninitialized pointer variable with no
                    // allocated memory to point to.

该示例取消引用指针类型，未分配用于存储实际整数数据的任何内存或向其分配有效内存地址。 下面的代码更正这些错误：

    int number = 10;          // Declare and initialize a local integer
                              // variable for data backing store.
    int* pNumber = &number;   // Declare and initialize a local integer
                              // pointer variable to a valid memory
                              // address to that backing store.
...
    *pNumber = 41;            // Dereference and store a new value in
                              // the memory pointed to by
                              // pNumber, the integer variable called
                              // "number". Note "number" was changed, not
                              // "pNumber".

已纠正的代码示例使用本地堆栈内存创建 pNumber 指向的后备存储。 我们使用基本类型，以求简单。 在实践中，指针的后备存储最常是用户定义的类型，这些类型是通过在 C 样式编程中使用关键字表达式 (，使用关键字表达式（在 C 样式编程中，使用了较旧的 c 运行时库函数) ），动态分配在称为堆 (或 免费存储) 的内存区域中 new malloc() 。 分配后，这些变量通常称为对象，尤其是在它们基于类定义时。 用分配的内存 new 必须由相应的 delete 语句删除 (如果使用了 malloc() 函数进行分配，则 C 运行时函数 free()) 。

但是，很容易忘记删除动态分配的对象（尤其是在复杂代码中），这会导致资源 bug 被称为 内存泄露。 为此，强烈建议你不要在现代 C++ 中使用原始指针。 最好始终将原始指针包装到 智能指针中，这会在调用析构函数时自动释放内存（当代码超出智能指针) 的范围时 (）;通过使用智能指针，你几乎可以消除 c + + 程序中的整个 bug 类。 在下面的示例中，假定 MyClass 是具有公共方法 DoSomeWork(); 的用户定义的类型

void someFunction() {
    unique_ptr<MyClass> pMc(new MyClass);
    pMc->DoSomeWork();
}
  // No memory leak. Out-of-scope automatically calls the destructor
  // for the unique_ptr, freeing the resource.

Windows 数据类型

在 C 和 c + + 的经典 Win32 编程中，大多数函数使用 Windows 特定的 typedef 和 #define 宏 (在) 中定义， windef.h 以指定参数类型和返回值。 这些 Windows 数据类型通常只是) 赋予 C/c + + 内置类型 (别名。 其中一些 typedef （如 HRESULT 和）非常 LCID 有用，并且具有描述性。 其他类（如 INT ）没有特殊含义，并且只是基础 c + + 类型的别名。 其他 Windows 数据类型的名称自 C 编程和 16 位处理器得到保留，并且在现代硬件或操作系统中不具有目的和意义。 还有与 Windows 运行时库关联的特殊数据类型，作为 Windows 运行时基本数据类型列出。 在现代 C++ 中，一般准则是首选 C++ 基本类型，除非 Windows 类型传达一些有关如何解释值的附加意义。

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