C++数据类型以及函数设计学习记录

一、C++类型转换原则

当表达式中出现了多种类型数据的混合运算时，往往需要进行类型转换。表达式中的类型转换分为两种：隐式转换和显式转换，但此处仅对隐式转换进行总结。

隐式转换分为算术转换和其它隐式类型转换两大类，其它隐式类型转换又主要包含数组转换为指针、指针的转换、布尔类型转换、常量转换等[1]。其中，在算术运算和关系运算中如果参与运算的操作数类型不一致，编译系统会自动对数据进行转换（隐式转换），此转换基本原则为低类型数据转换为高类型数据[2]。

1 隐式转换

1.1算术转换

①若运算对象同为有符号类型或无符号类型，低类型数据转换为高类型数据。类型高低顺序为（由低至高）：char-short-int-unsigned-long-unsigned long-float-double。

②若一个运算对象是无符号类型、另一个运算对象是有符号类型，而且其中的无符号类型不小于有符号类型，那么有符号的运算对象转换为无符号的。需要注意的是，若有符号类型是负数，则会依据“趋负无穷取模”将负数转换为正数。

③基于②，若有符号类型大于无符号类型，此时转换依赖于机器对类型的表示字节数,，如int、long。

【注：ISO C++标准并没有明确规定每种数据类型的字节数和取值范围，它只是规定它们之间的字节数大小顺序满足：（signed/unsigned）char ≤ (unsigned)short ≤ (unsigned)int ≤ (unsigned)long】

1.2其它隐式类型转换

1.2.1 数组转换为指针

在大多数用到数组的表达式中，数组自动转换成指向数组首元素的指针，如函数形参表达等。但是，数组引用、当数组被用作decltype关键字的参数、作用于取地址符&、作用于sizeof以及作用于typeid时，上述隐式转换不会发生。

1.2.2 指针的转换

常量整数值0或者字面值nullptr能转换成任意指针类型；指向任意非常量的指针能转换为void*；指向任意对象的指针能转换为const void*。

1.2.3 布尔类型转换

如果指针或算术类型的值为0，转换结果为false；否则转换结果为true。

1.2.4 常量转换

允许将指向非常量类型的指针转换为指向相应的常量类型的指针，对于引用也一样。

二、运算符优先级与结合性

三、函数基础

（一）基础概念

自动对象：对于普通局部变量对应的对象来说，当函数的控制路径经过变量定义语句时创建该对象，当到达定义所在的块末尾时销毁它。我们把只存在于块执行期间的对象称为自动对象（“块”指的是“{}”内含的程序块）。

局部静态对象：局部静态对象在程序的执行路径第一次经过对象定义语句时初始化，并且直到程序终止才被销毁，在此期间即使对象所在函数结束执行也不会对它有影响（创建局部静态对象，即将局部变量定义成static类型）。

函数的参数传递：①形参的类型决定了形参和实参交互的方式。如果形参是引用类型，它将绑定到对应的实参上，此时对应的实参被引用传递或者函数被传引用调用；否则，当实参的值被拷贝给形参时，形参和实参是两个相互独立的对象，此时实参被值传递或者函数被传值调用。（需要注意的是，数组不允许拷贝，无法以值传递方式使用数组参数）

②当用实参初始化形参时会忽略掉顶层const。即，当形参有顶层const时，传给它常量对象或者非常量对象都是可以的。

函数重载：如果同一作用域内的几个函数名字相同但形参列表不同，我们称之为重载函数。对于重载的函数来说，它们应该在形参数量或形参类型上有所不同（不允许两个函数除了返回类型外其它所有的要素都相同）。

内联函数：请求编译器在可能的情况下在调用点展开函数（定义内联函数，即在函数前添加inline标识）。一般来说，内联机制用于优化规模较小、流程直接、频繁调用的函数。（补充理解：调用函数一般比求等价表达式的值要慢一些。在大多数机器上，一次函数调用其实包含着一系列工作）

函数指针：函数指针指向的是函数而非对象。和其他指针一样，函数指针指向某种特定类型。函数的类型由它的返回类型和形参类型共同决定，与函数名无关。

tuple类型（标准库特殊类型）：tuple是类似于pair的模板。不同tuple类型的成员类型也不相同，但一个tuple可以有任意数量的成员。每个确定的tuple类型的成员数目是固定的，但一个tuple类型的成员数目可以与另一个tuple类型不同。tuple的主要使用目的是将一些数据组合成单一对象，而避免定义新数据结构来表示。

图源：C++ Primer中文版：第5版 /（美）李普曼（Lippman,S.B.），（美）拉乔伊（Lajoie,J.），（美）默（Moo,B.E.）著；王刚，杨巨峰译.

（二）实验实践

1、顶层const引用（常量引用）形参影响实践

实验基础代码：

# include<iostream>
# include<string>

using namespace std;

// 打印出字母串内包含的大写字母，并将大写字母改写为小写字母
// 注：该展示原始代码报错，左值*b不可修改
void ToUpper(const string &str)
{
	for (auto b = str.begin(); b != str.end(); ++b)
		if (isupper(*b))
		{
			cout << *b << endl;
			*b = tolower(*b);
		}
	return;
}

int main()
{
	const string test_string = "AppLe";
	cout << "原始测试数据：AppLe" << endl;
	ToUpper(test_string);
	cout << "测试后数据：" + test_string << endl;
	return 0;
}

实验结果图：

实验结论笔记：

在不改变传入数据的情况下，尽量使用常量引用。其原因有①把函数不会改变的形参定义为普通引用容易产生误解，即函数可以修改它的实参的值；②使用普通引用而非常量引用会极大地限制函数所能接受的实参类型，如图六、图七所示。

2、多返回值函数简单设计方法

实验代码：

# include<iostream>
# include<string>
# include<vector>

using namespace std;

// 同类型多值返回
// 返回A大写字母开头的单词
vector<string> F1_Msame(const vector<string> wordList)
{
	vector<string> A_List;
	for (const string word : wordList)
		if (*(word.begin()) == 'A')
			A_List.push_back(word);
	return A_List;
}


int main()
{
	// 测试数据
	vector<string> test_data = {"bar","A","crush","brush","Apple","view","Aka"};
	vector<string> result = F1_Msame(test_data);
	for (auto w : result)
		cout << w << "   ";
	return 0;
}

# include<iostream>
# include<string>
# include<vector>
# include<tuple>

using namespace std;

// 不同类型多值返回
// 返回每一个A大写字母开头的单词与它所对应的索引值
vector<tuple<string, size_t>> F2_Mdiff(const vector<string> wordList)
{
	vector<tuple<string, size_t>> Aidx_List;
	for (size_t i = 0; i != wordList.size(); ++i)
		if (wordList[i][0] == 'A')
			Aidx_List.push_back(make_tuple(wordList[i],i));
	return Aidx_List;
}


int main()
{
	// 测试数据
	vector<string> test_data = {"bar","A","crush","brush","Apple","view","Aka"};
	vector<tuple<string, size_t>> result = F2_Mdiff(test_data);
	for (tuple<string, size_t> w : result)
		cout << "(" << get<0>(w) << ','<< get<1>(w) << ')' <<endl;
	return 0;
}

实验结果图：

实验笔记：

Ⅰ 双引号“”包含的字面值为字符串char*，单引号‘’包含的字面值为字符char；

Ⅱ C++11新标准规定，函数可以返回花括号{}包围的值的列表。此处返回的列表用来对表示函数返回的临时量进行初始化。如果列表为空，临时量执行值初始化；否则，返回的值由函数的返回类型决定。

3、函数指针实践（练习6.54/练习6.55/练习6.56）

实验代码：

# include<iostream>
# include<vector>

using namespace std;


// 函数一：对两个int类型进行加法运算
int intAdd(int a,int b)
{
	int c = a + b;
	return c;
}

// 函数二：对两个int类型进行减法运算
int intSub(int a, int b)
{
	int c = a - b;
	return c;
}

// 函数三：对两个int类型进行乘法运算
int intPro(int a, int b)
{
	int c = a * b;
	return c;
}

// 函数四：对两个int类型进行除法运算
int intDiv(int a, int b)
{
	int c = 0;
	if (b == 0)
		throw runtime_error("除数不能为零！");
	else
		c = a / b;
	return c;
}


int main()
{
	vector<int (*)(int, int)> FuncCalList = {intAdd,intSub,intPro,intDiv};
	for (auto Fptr : FuncCalList)
		cout << Fptr(2, 4) << endl;
	return 0;
}

实验结果图：