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第2章 变量和基本类型
类型是所有程序的基础。C++ 语言定义了几种基本类型：字符型、整型、浮点型 等；除此之外，还提供了可用于 自定义数据类型 的机制，标准库正是利用这些机制定义了许多更复杂的类型，比如 可变长字符串 string、vector 等；最后，还能修改已有的类型以形成 复合类型。
C++ 中对类型的支持是非常广泛的：语言本身定义了一组基本类型和修改已有类型的方法，还提供了一组特征用于自定义类型。详细的看下面：
2.1 基本内置类型
1）算数类型
算数类型分为两类：整型（包括字符和布尔型在内）和浮点型。C++ 定义了一组表示 整数、浮点数、单个字符 和 布尔值 的算术类型，另外还定义了一种称为 void 的特殊类型。
算术类型的存储空间依机器而定。这里的存储空间是指用来表示该类型的 位（bit）数。C++ 标准规定了每个算术类型的最小存储空间，但它并不阻止编译器使用更大的存储空间。
下表列出了内置算术类型及其对应的最小存储空间。
整数、字符和布尔值合称为 整型。
字符类型有两种：char 和 wchar_t。char 类型通常是单个机器字节（byte），可以存放机器基本字符集中任意字符对应的数值。而 wchar_t 可以存放机器最大扩展字符集中的任意一个字符。
bool 类型的取值是真值 true 或假值 false。0 值算术类型代表 false，任何非 0 的值都代表 true。
在整型类型大小方面，C++ 规定 short ≤ int ≤ long ≤ long long（long long 是C++11定义的类型）。
整型可以是 带符号的（signed），也可以是 无符号的（unsigned）。int、short 和 long 都默认为带符号型。无符号型必须指定 unsigned，比如 unsigned long。unsigned int 类型可以简写为 unsigned。
字符型分为char、signed char 和 unsigned char 三种，但是表现形式只有带符号和无符号两种。类型 char 和 signed char 并不一样， char的具体形式由编译器（compiler）决定。
浮点型可表示 单精度（single-precision）、双精度（double-precision） 和 扩展精度（extended-precision） 值，分别对应 float、double 和 long double 类型。
void 类型没有对应的值，仅用在有限的一些情况下，通常用作无返回值函数的返回类型。
如何选择算数类型：
- 当明确知晓数值不可能为负时，应该使用无符号类型。
- 使用 int 执行整数运算，不易出错，如果数值超过了 int 的表示范围，应该使用 long long 类型。
- 在算数表达式中不要使用 char 和 bool 类型。如果需要使用一个不大的整数，应该明确指定它的类型是 signed char 还是unsigned char。
- 执行浮点数运算时建议使用 double 类型，基本上不会有错。
2）类型转换
进行类型转换时，类型所能表示的值的范围决定了转换的过程。
把非布尔类型的算术值赋给布尔类型时，初始值为0则结果为 false，否则结果为 true。
把布尔值赋给非布尔类型时，初始值为 false 则结果为0，初始值为 true 则结果为1。
把浮点数赋给整数类型时，进行近似处理，结果值仅保留浮点数中的整数部分。
把整数值赋给浮点类型时，小数部分记为0。如果该整数所占的空间超过了浮点类型的容量，精度可能有损失。
赋给无符号类型一个超出它表示范围的值时，结果是初始值对无符号类型表示数值总数（8比特大小的 unsigned char 能表示的数值总数是256）取模后的余数。
赋给带符号类型一个超出它表示范围的值时，结果是 未定义的（undefined）。
3）字面值常量
以 0 开头的整数代表 八进制（octal）数，以 0x 或 0X 开头的整数代表 十六进制（hexadecimal）数。在C++14中，0b 或 0B 开头的整数代表 二进制（binary）数。
1_整型字面值
整型字面值具体的数据类型由它的值和符号决定，默认为 int 或 long 类型。
在数值后面加 L 或者 l 指定常量为 long 类型。（定义长整型时，应该使用大写字母 L。小写字母 l 很容易和数值 1 混淆。）
在数值后面加 U 或 u 定义 unsigned 类型。
同时加 L 和 U 就能够得到 unsigned long 类型的字面值常量。
C++14 新增了单引号 ' 形式的数字分隔符。数字分隔符不会影响数字的值，但可以通过分隔符将数字分组，使数值读写更容易。
2_浮点型字面值
浮点型字面值默认是一个 double。
- 在数值的后面加上 F 或 f 表示单精度。
3_字符字面值和字符串字面值
由单引号括起来的一个字符称为 char 型字面值，双引号括起来的零个或多个字符称为字符串字面值。
-
可打印的字符型字面值通常用一对单引号来定义
char类型，在字符字面值前加L就能够得到wchar_t类型的宽字符字面值。
4_非打印字符的转义序列
- 非打印字符的转义序列，即不可显示的字符，都以反斜线符号开始。
5_多行字面值
- 处理长字符串有一个更基本的（但不常使用）方法，这个方法依赖于很少使用的程序格式化特性：在一行的末尾加一反斜线符号可将此行和下一行当作同一行处理。有一些地方不能插入空格，其中之一是在单词中间。特别是不能在单词中间断开一行，但可以通过使用反斜线符号巧妙实现
2.2 变量
1）变量定义
- 变量定义的基本形式：类型说明符（type specifier） 后紧跟由一个或多个变量名组成的列表，其中变量名以 逗号 分隔，最后以 分号 结束。
下列语句定义了 5 个变量：
每个定义都是以 类型说明符 开始，后面紧跟着以逗号分开的含有一个或多个说明符的列表，分号结束定义。类型说明符指定与对象相关联的类型：int 、double、std::string 和 Sales_item 都是类型名。
其中 int 和 double 是内置类型，std::string 是标准库定义的类型，Sales_item 是在类中使用的类型。类型决定了分配给变量的存储空间的大小和可以在其上执行的操作。
定义时可以为一个或多个变量赋初始值，即 初始化（initialization）。初始化 ≠ 赋值（assignment）。
注意：初始化的含义是创建变量时赋予其一个初始值，而赋值的含义是把对象的当前值擦除，再用一个新值来替代。
如果定义变量时未指定初值，则变量被 默认初始化（default initialized）。对于内置类型，定义于任何函数体之外的变量被初始化为0，函数体内部的变量将不被 初始化（uninitialized）。定义于函数体内的内置类型对象如果没有初始化，则其值未定义，使用该类值是一种错误的编程行为且很难调试。类的对象如果没有显式初始化，则其值由类确定。建议初始化每一个内置类型的变量。
2）变量声明和定义的关系
声明（declaration） 使得名字为程序所知。一个文件如果想使用其他地方定义的名字，则必须先包含对那个名字的声明。
定义（definition）负责创建与名字相关联的实体。
如果想声明一个变量而不定义它，就在变量名前添加关键字 extern，并且不要显式地初始化变量。
extern int i; // 声明但不定义 i
int j; // 声明并定义 jextern语句如果包含了初始值就不再是声明了，而变成了定义。
变量能且只能被定义一次，但是可以被声明多次。
如果要在多个文件中使用同一个变量，就必须将声明和定义分开。此时变量的定义必须出现且只能出现在一个文件中，其他使用该变量的文件必须对其进行声明，但绝对不能重复定义。
3）变量名（标识符）
变量命名有许多约定俗成的规范，下面的这些规范能有效提高程序的可读性：
C++ 的变量名，即标识符，由字母、数字和下划线组成，其中必须以字母或下划线开头；
变量名一般用小写字母；
用户自定义的类名一般以大写字母开头；
标识符的长度没有限制，但是对大小写字母敏感。
// 声明四个不同的int变量
int somename, someName, SomeName, SOMENAME;语言本身并没有限制变量名的长度，但不应太长。
用户自定义的标识符不能连续出现两个下划线，也不能以下划线紧连大写字母开头。此外，定义在函数体外的标识符不能以下划线开头。
变量名一般用小写字母。例如，通常会写成 index，而不写成 Index 或 INDEX。
标识符应使用能帮助记忆的名字，也就是说，能够提示其在程序中的用法的名字，如 on_loan 或 salary。
包含多个词的标识符书写为在每个词之间添加一个下划线，或者每个内嵌的词的第一个字母都大写。例如通常会写成 student_loan 或 studentLoan，而不写成 studentloan。
命名习惯最重要的是保持一致。
C++ 为标准库保留了一些关键字。关键字不能用作程序的标识符。
下表列出了 C++ 所有的63个关键字：
4）名字的作用域
定义在函数体之外的名字拥有 全局作用域（global scope）。声明之后，该名字在整个程序范围内都可使用。最好在第一次使用变量时再去定义它。这样做更容易找到变量的定义位置，并且也可以赋给它一个比较合理的初始值。
作用域中一旦声明了某个名字，在它所嵌套着的所有作用域中都能访问该名字。同时，允许在内层作用域中重新定义外层作用域已有的名字，此时内层作用域中新定义的名字将屏蔽外层作用域的名字。
可以用作用域操作符 ::来覆盖默认的作用域规则。因为全局作用域本身并没有名字，所以当作用域操作符的左侧为空时，会向全局作用域发出请求获取作用域操作符右侧名字对应的变量。
如果函数有可能用到某个全局变量，则不宜再定义一个同名的局部变量。
2.3 复合类型
复合类型是指基于其他类型定义的类型。本章主要讲引用和指针。一条声明语句由一个基本数据类型和紧随其后的一个声明符列表组成。
1）引用
引用为对象起了另外一个名字，是一种复合类型，通过将声明符写成 &d 的形式来定义引用类型，d是声明的变量名。不能定义引用类型的引用，但可以定义任何其他类型的引用。
定义引用时，程序把引用和它的初始值绑定（bind）在一起，而不是将初始值拷贝给引用。一旦初始化完成，将无法再令引用重新绑定到另一个对象，因此 引用必须初始化。
引用不是对象，它只是为一个已经存在的对象所起的另外一个名字。
声明语句中引用的类型实际上被用于指定它所绑定的对象类型。大部分情况下，引用的类型要和与之绑定的对象严格匹配。
引用只能绑定在对象上，不能与字面值或某个表达式的计算结果绑定在一起。
可在一个类型定义行中定义多个引用。必须在每个引用标识符前添加 & 符号：
2）指针（难点）
指针是指向另一个类型的复合类型。与引用类似，指针也是一种复合类型，也实现了对其他对象的间接访问。但是指针与引用相比又有很多不同点：
- 指针本身就是一个对象，允许对指针赋值和拷贝，而且在生命周期内它可以先后指向不同的对象。
- 指针无须在定义时赋初值。和其他内置类型一样，在块作用域内定义的指针如果没有被初始化，也将拥有一个不确定的值。
通过将声明符写成 *d 的形式来定义指针类型，其中 d 是变量名称。如果在一条语句中定义了多个指针变量，则每个量前都必须有符号 *。
指针存放某个对象的地址，要想获取对象的地址，需要使用取地址符 &。
因为引用不是对象，没有实际地址，所以不能定义指向引用的指针。
声明语句中指针的类型实际上被用于指定它所指向的对象类型。大部分情况下，指针的类型要和它指向的对象严格匹配。
指针的值（即地址）应属于下列状态之一：
- 指向一个对象。
- 指向紧邻对象所占空间的下一个位置。
- 空指针，即指针没有指向任何对象。
- 无效指针，即上述情况之外的其他值。
试图拷贝或以其他方式访问无效指针的值都会引发错误。编译器并不负责检查此类错误，这一点和试图使用未经初始化的变量是一样的，访问无效指针的后果无法预计，因此需要程序员自己清楚任意给定的指针是否有效。
如果指针指向一个对象，可以使用 解引用（dereference）符 * 来访问该对象。
给解引用的结果赋值，就是给指针所指向的对象赋值。
解引用操作仅适用于那些确实指向了某个对象的有效指针。
空指针（null pointer） 不指向任何对象，在试图使用一个指针前代码可以先检查它是否为空。得到空指针最直接的办法是用字面值 nullptr 来初始化指针。
旧版本程序通常使用 NULL（预处理变量，定义于头文件 cstdlib 中，值为0）给指针赋值，但在C++11中，最好使用 nullptr 初始化空指针。
建议初始化所有指针：使用未经初始化的指针是引发运行时错误的一大原因。如果实在不清楚指针应该指向何处，就把它初始化为 nullptr 或者0。
指针和引用都能提供对其他对象的间接访问，然而在具体实现细节上二者有很大不同，其中最重要的一点就是 引用本身并非一个对象。一旦定义了引用，就无法令其再绑定到另外的对象，之后每次使用这个引用都是访问它最初绑定的那个对象。指针和它存放的地址之间就没有这种限制了。和其他任何变量(只要不是引用) 一样，给指针赋值就是令它存放一个新的地址，从而指向一个新的对象。
记住赋值永远改变的是等号左侧的对象。
代码的意思是 pi 赋一个新的值，也就是改变了那个存放在pi内的地址值。
而这一行代码是 *pi（也就是指针 pi 指向的那个对象）发生改变。
void* 是一种特殊的指针类型，可以存放任意对象的地址，但不能直接操作 void* 指针所指的对象。
3）理解复合类型的声明
变量包括一个 基本数据类型(base type) 和一组 声明符。
1_定义多个变量
修饰只修饰自己，不是这条语句中所有变量。
错误案例：
正确案例：
等价于
2_指向指针的指针（Pointers to Pointers）：
关系如下：
3_指向指针的引用（References to Pointers）
引用本身不是一个对象，因此不能定义指向引用的指针。但指针是对象，所以存在对指针的引用：
面对一条比较复杂的指针或引用的声明语句时，从右向左阅读有助于弄清它的真实含义。
离变量名最近的符号(此例中是 &r 的符号 &)对变量的类型有最直接的影响，因此 r 是一个引用。声明符的其余部分用以确定 r 引用的类型是什么，此例中的符号 * 说明 r 引用的是一个指针。最后，声明的基本数据类型部分指出 r 引用的是一个 int 指针。
2.4 const限定符
在变量类型前添加关键字 const 可以创建值不能被改变的对象。const 变量必须被初始化。
默认情况下，const 对象被设定成仅在文件内有效。当多个文件中出现了同名的 const 变量时，其实等同于在不同文件中分别定义了独立的变量。
如果想在多个文件间共享 const 对象：
- 若 const 对象的值在编译时已经确定，则应该定义在头文件中。其他源文件包含该头文件时，不会产生重复定义错误。
- 若 const 对象的值直到运行时才能确定，则应该在头文件中声明，在源文件中定义。此时 const 变量的声明和定义前都应该添加 extern 关键字。
1）const的引用
把引用绑定在 const 对象上即为 对常量的引用（reference to const）。与普通引用不同的是，对常量的引用不能被用作修改它所绑定的对象。
大部分情况下，引用的类型要和与之绑定的对象严格匹配。但是有两个例外（第二个例外在第十五章）：
第一个例外就是初始化常量引用时，允许用任意表达式作为初始值，只要该表达式的结果能转换成引用的类型即可。
2）指针和const
指向常量的指针（pointer to const） 不能用于修改其所指向的对象。常量对象的地址只能使用指向常量的指针来存放，但是指向常量的指针可以指向一个非常量对象。
定义语句中把 * 放在 const 之前用来说明指针本身是一个常量，常量指针（const pointer） 必须初始化，而且一旦初始化完成，指针本身的值（即存放在指针中的那个地址）就不能再改变了：
指针本身是常量并不代表不能通过指针修改其所指向的对象的值，能否这样做完全依赖于其指向对象的类型。
3）顶层const
顶层 const 表示指针本身是个常量，底层 const（low-level const）表示指针所指的对象是一个常量。指针类型既可以是顶层 const 也可以是底层 const。
当执行拷贝操作时，常量是顶层 const 还是底层 const 区别明显：
- 顶层 const 没有影响。拷贝操作不会改变被拷贝对象的值，因此拷入和拷出的对象是否是常量无关紧要。
- 底层const有限制。拷入和拷出的对象必须具有相同的底层 const 资格。或两个对象的数据类型可以相互转换。一般来说，非常量可以转换成常量，反之则不行。
4）constexpr和常量表达式
常量表达式（constant expressions） 指值不会改变并且在编译过程就能得到计算结果的表达式。显然，字面值属于常量表达式，用常量表达式初始化的const对象也是常量表达式。
一个对象是否为常量表达式由它的数据类型和初始值共同决定。
C++11允许将变量声明为constexpr类型以便由编译器来验证变量的值是否是一个常量表达式。
指针和引用都能定义成 constexpr，但是初始值受到严格限制。constexpr指针的初始值必须是0、nullptr 或者是存储在某个固定地址中的对象。函数体内定义的普通变量一般并非存放在固定地址中，因此 constexpr指针不能指向这样的变量。相反，函数体外定义的变量地址固定不变，可以用来初始化 constexpr指针。
在 constexpr声明中如果定义了一个指针，限定符 constexpr仅对指针本身有效，与指针所指的对象无关。
constexpr 把它所定义的对象置为了顶层 const。
与其他常量指针类似，constexpr指针既可指向常量也可指向一个非常量：
const 和 constexpr限定的值都是常量。但 constexpr对象的值必须在编译期间确定，而 const 对象的值可以延迟到运行期间确定。建议使用 constexpr修饰表示数组大小的对象，因为数组的大小必须在编译期间确定且不能改变。
2.5 处理类型
1）类型别名
类型别名是某种类型的同义词，它让复杂的类型名字变得简单明了、易于理解和使用，还有助于程序员清楚地知道使用该类型的真实目的。有两利方法可用于定义类型别名。
传统方法是使用关键字 typedef 定义类型别名。
C++11使用关键字 using 进行别名声明（alias declaration），作用是把等号左侧的名字规定成等号右侧类型的别名。
2）auto类型说明符
C++11新增 auto 类型说明符，能让编译器自动分析表达式所属的类型。auto 定义的变量必须有初始值。
使用 auto 也能在一条语句中声明多个变量。因为一条声明语句只能有一个基本数据类型，所以该语句中所有变量的初始基本数据类型都必须一样：
编译器推断出来的 auto 类型有时和初始值的类型并不完全一样，编译器会适当地改变结果类型，使其更符合初始化规则。
- 当引用被用作初始值时，真正参与初始化的其实是引用对象的值。编译器以引用对象的类型作为 auto 的类型。
- auto 一般会忽略顶层 const，同时底层 const 则会保留下来。
如果希望推断出的 auto类型是一个顶层 const，需要显式指定 const auto。
设置类型为 auto 的引用时，原来的初始化规则仍然适用，初始值中的顶层常量属性仍然保留。
要在一条语句中定义多个变量，切记， 符号&和*只从属于某个声明符，而非基本数据类型的一部分，因此初始值必须是同一种类型：
3）decltype类型指示符
C++11新增 decltype 类型指示符，作用是选择并返回操作数的数据类型，此过程中编译器不实际计算表达式的值。
decltype处理顶层const和引用的方式与 auto有些不同，如果 decltype使用的表达式是一个变量，则 decltype返回该变量的类型（包括顶层 const和引用）。
如果 decltype使用的表达式不是一个变量，则 decltype返回表达式结果对应的类型。如果表达式的内容是解引用操作，则 decltype将得到引用类型。
decltype和 auto的另一处重要区别是，decltype的结果类型与表达式形式密切相关。注意：如果 decltype使用的是一个不加括号的变量，则得到的结果就是该变量的类型；如果给变量加上了一层或多层括号，则 decltype会得到引用类型，因为变量是一种可以作为赋值语句左值的特殊表达式。
注意：decltype((var)) 的结果永远是引用，而 decltype(var) 的结果只有当 var 本身是一个引用时才会是引用。
2.6 自定义数据结构
C++11 规定可以为类的数据成员（data member）提供一个类内初始值（in-class initializer）。创建对象时，类内初始值将用于初始化数据成员，没有初始值的成员将被默认初始化。
1）定义类型
类内初始值不能使用圆括号。
类定义的最后应该加上分号。
头文件（header file）通常包含那些只能被定义一次的实体，如类、const和constexpr变量。
头文件一旦改变，相关的源文件必须重新编译以获取更新之后的声明。
头文件保护符（header guard）依赖于预处理变量（preprocessor variable）。预处理变量有两种状态：已定义和未定义。#define指令把一个名字设定为预处理变量。#ifdef指令当且仅当变量已定义时为真，#ifndef指令当且仅当变量未定义时为真。一旦检查结果为真，则执行后续操作直至遇到#endif指令为止。
在高级版本的IDE环境中，可以直接使用#pragma once命令来防止头文件的重复包含。
预处理变量无视C++语言中关于作用域的规则。
整个程序中的预处理变量，包括头文件保护符必须唯一。预处理变量的名字一般均为大写。
头文件即使目前还没有被包含在任何其他头文件中，也应该设置保护符。
