欢迎阅读我的 【C++Primer】专栏

专栏简介：本专栏主要面向C++初学者，解释C++的一些基本概念和基础语言特性，涉及C++标准库的用法，面向对象特性，泛型特性高级用法。通过使用标准库中定义的抽象设施，使你更加适应高级程序设计技术。希望对读者有帮助！

2.2变量

变量提供一个具名的、可供程序操作的存储空间。C++中的每个变量都有其数据类型,数据类型决定着变量所占内存空间的大小和布局方式、该空间能存储的值的范围,以及变量能参与的运算。对C++程序员来说,“变量(variable)“和“对象(object)“一般可以互换使用。

变量定义

变量定义的基本形式是:首先是类型说明符(type specifier),随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。列表中每个变量名的类型都由类型说明符指定,定义时还可以为一个或多个变量赋初值:

int sum=0,value, //sum、value 和 units_sold 都是int
    units_sold=0;//sum和units_sold初值为0
    Sales_item item;//item的类型是Sales_ittem(参见1.5.1节,第17页)
//string是一种库类型,表示一个可变长的字符序列
std::string book(“0-201-78345-X“);//book通过一个string守面值初始化

book的定义用到了库类型std::string,像iostream-样,string也是在命名空间std中定义的。C++库提供了几种初始化string对象的方法,其中一种是把字面值拷贝给string对象,因此在上例中,book被初始化为0-201-78345-X。

初始值

当对象在创建时获得了一个特定的值,我们说这个对象被初始化(initialized)了。用于初始化变量的值可以是任意复杂的表达式。当一次定义了两个或多个变量时,对象的名字随着定义也就马上可以使用了。因此在同一条定义语句中,可以用先定义的变量值去初始化后定义的其他变量。

//正确:price先被定义并贿值,随后被用于初始化discount
double price=109.99,discount=price*0.16;
//正确:调用函数applyDiscount,然后用函数的返回值初始化salePrice
double salePrice=applyDiscount(price,discount);

在C++语言中,初始化是一个异常复杂的问题,我们也将反复讨论这个问题。很多程序员对于用等号=来初始化变量的方式倍感困惑,这种方式容易让人认为初始化是赋值的-种。事实上在C++语言中,初始化和赋值是两个完全不同的操作。然而在很多编程语言中二者的区别几乎可以忽略不计,即使在C++语言中有时这种区别也无关紧要,所以人们特别容易把二者混为一谈。需要强调的是,这个概念至关重要,我们也将在后面不止一次提及这一点。

初始化不是赋值,初始化的语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,而以一个新值来替代。

列表初始化

C++语言定义了初始化的好儿种不同形式,这也是初始化问题复杂性的一个体现。例如,要想定义一个名为units_sold的int变量并初始化为0,以下的4条语句都可以做到这一点:

int units_sold=0;
int units_sold=(0);
int units_sold{0};
int units_sold(0);

作为C++11新标准的一部分,用花括号来初始化变量得到了全面应用,而在此之前,这种初始化的形式仪在某些受限的场合下才能使用。这种初始化的形式被称为列表初始化(list initialization)。现在,无论是初始化对象还是某些时候为对象赋新值,都可以使用这样一组由花括号括起来的初始值了。

当用于内置类型的变量时,这种初始化形式有一个重要特点:如果我们使用列表初始化且初始值存在丢失信息的风险,则编译器将报错:

long double 1d=3.1415926536;
int a{1d}, b={1d} ;//锦误:转换未执行,因为存在丢失信息的危险
int c(1d),d=1d;//正确:转换执行,且确实丢失了部分值

使用long double的值初始化int变量时可能丢失数据,所以编译器拒绝了a和b的初始化请求。其中,至少1d的小数部分会丢失掉,而且int也可能存不下1d的整数部分。刚刚所介绍的看起来无关紧要,毕竟我们不会故意用long double的值去初始化int变量。

默认初始化

如果定义变量时没有指定初值,则变量被默认初始化(defaultinitialized),此时变量被赋予了“默认值“。默认值到底是什么由变量类型决定,同时定义变量的位置也会对此有影响。

如果是内置类型的变量未被显式初始化,它的值由定义的位置决定。定义于任何函数体之外的变量被初始化为0。一个未被初始化的内置类型变量的值是未定义的,如果试图拷贝或以其他形式访问此类值将引发错误。

每个类各自决定其初始化对象的方式。而且,是否允许不经初始化就定义对象也由类自己决定。如果类允许这种行为,它将决定对象的初始值到底是什么。

绝大多数类都支持无须显式初始化而定义对象,这样的类提供了一个合适的默认值。例如,以刚刚所见为例,string类规定如果没有指定初值则生成一个空串:

std::string empty;  //empty非显式地初始化为一个空串
Sales_item item;    //被默认初始化的Sales_item对象

一些类要求每个对象都显式初始化,此时如果创建了一个该类的对象而未对其做明确的初始化操作,将引发错误。

引定义于函数体内的内置类型的对象如果没有初始化,则其值未定义。类的对象如果没有显式地初始化,则其值由类确定。

提示:未初始化变量引发运行时故障

未初始化的变量含有一个不确定的值,使用未初始化变量的值是一种错误的编程行为并且很难调试。尼管大多数编译器都能对一部分使用未初始化变量的行为提出詹告。但严格来说,编译器并未被要求检查此类错误。

使用未初始化的变量将带来无法预计的后果。有时我们足够幸运,一访问此类对象程序就崩溃并报错,此时只要找到崩溃的位置就很容易发现变量没被初始化的问题。另外一些时候,程序会一直执行完并产生错误的结果。更糟糕的情况是,程序结果时对时错、无法把握。而且,往无关的位置添加代码还会导致我们误以为程序对了,其实结果仍然有错。

建议初始化每一个内置类型的变量。虽然并非必须这么做，但如果我们不确保初始化后程序安全，那么这么做不失为一种简单可靠的方法。

变量声明和定义的关系

为了允许把程序拆分成多个逻辑部分来编写,C++语言支持分离式编译(separate compilation）机制,该机制允许将程序分割为若干个文件,每个文件可被独立编译。

如果将程序分为多个文件,则需要有在文件间共享代码的方法。例如,一个文件的代码可能需要使用另一个文件中定义的变量。一个实际的例子是std::cout和std::cin,它们定义于标准库,却能被我们写的程序使用。

为了支持分离式编译,C++语言将声明和定义区分开来。声明(declaration）使得名字为程序所知,一个文件如果想使用别处定义的名字则必须包含对那个名字的声明。而定义〈definition）负责创建与名字关联的实体。

变量声明规定了变量的类型和名字,在这一点上定义与之相同。但是除此之外,定义还申请存储空间,也可能会为变量赋一个初始值。

如果想声明一个变量而非定义它,就在变量名前添加关键字extern,而且不要显式地初始化变量:

extern int i;//声明士而非定义i
int j;//声明并定义了 j

任何包含了显式初始化的声明即成为定义。我们能给由extern关键字标记的变量赋一个初始值,但是这么做也就抵消了extern的作用。extern语句如果包含初始值就不再是声明,而变成定义了:

extern double pi=3.1416; //定义

在函数体内部,如果试图初始化一个由extern关键字标记的变量,将引发错误。

变量能且只能被定义一次,但是可以被多次声明。

声明和定义的区别看起来也许微不足道,但实际上却非常重要。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离。此时,变量的定义必须出现在且只能出现在一个文件中,而其他用到该变量的文件必须对其进行声明,却绝对不能重复定义。

关键概念:静态类型

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C++是一种静态类型(statically typed)语言,其含义是在编译阶段检查类型。其中,检查类型的过程称为类型检查(type checking)。

我们巳经知道,对象的类型决定了对象所能参与的运算。在C++语言中,编译器负责检查数据类型是否支持要执行的运算,如果试图执行类型不支持的运算,编译器将报错并且不会生成可执行文件。

程序越复杂,静态类型检查越有助于发现问题。然而,前提是编译器处须知道每一个实体对象的类型,这就要求我们在使用每个变量之前必须声明其类型。

标识符

C++的标识符(identifier)由字母、数字和下画线组成,其中必须以字母或下画线开头。标识符的长度没有限制,但是对大小写守母敏感:

//定义4个不同的int变量
int somename,SomeName,SomeName,SOMENRME;

同时,C++也为标准库保留了一些名字。用户自定义的标识符中不能连续出现两个下画线,也不能以下画线紧连大写守母开头。此外,定义在函数体外的标识符不能以下画线开头。

变量命名规范

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:

标识符要能体现实际含义。

• 变量名一般用小写字母,如index,不要使用Index或INDEX。
• 用户自定义的类名一般以大写字母开头,如Salesitem。
• 如果标识符由多个单词组成,则单词间应有明显区分,如student_1oan或StudentLoan,不要使用Studentloan.。

表2.3:C++关键字

alignas	continue	friend	regtster	true
alignof	decltype	goto	reinterpret_cast	try
asm	default	if	return	typedef
auto	delete	inline	short	typeid
bool	do	int	signed	typename
break	double	long	sizeof	union
case	dynamic_cast	mutable	static	unsigned
catch	else	namespace	static_asssert	using
char	enumn	new	static_cast	virtual
char16_t	explicit	noexcept	struct	void
char32_t	export	nullptr	switch	volatile
class	extern	operator	template	wchar_t
const	false	private	this	while
constexpr	float	protected	thread_local
const_cast	for	public	throw

表2.4:C++操作符替代名

and	bitand	compl	not_eq	or_eq	xor_eq
and_eq	bitor	not	or	xor

名宇的作用域

不论是在程序的什么位置,使用到的每个名字都会指向一个特定的实体类型等。然而,同一个名字如果出现在不同的位置也可能指向不同的实体。作用域(scope)是程序的一部分,在其中名字有其特定的含义。C++语言中大多数作用域都以花括号分隔。

同一个名字在不同的作用域中可能指向不同的实体。名字的有效区域始于名字的声明语句,以声明语句所在的作用域末端为结束。

一个典型的示例来自于如下程序:

#include<iostream>
int main()
{
    int sum=0;
    //sum用于存放从1到10所有数的和
    for(int val=1;val<=10;++val)
        sum+=val;//等价于sum=sum+val
    std::cout<<“Sum of 1 to 10 inclusive is “<<sum<<std::endl;
    return 0;
}

这段程序定义了3个名字:main、sum和val,同时使用了命名空间名字std,该空间提供了2个名字cout和cin供程序使用。名字main定义于所有花括号之外,它和其他大多数定义在函数体之外的名字一样拥有全局作用域〔(globalscope)。一旦声明之后,全局作用域内的名字在整个程序的范围内都可使用。名字sum定义于main函数所限定的作用域之内,从声明sum开始直到main函数结束为止都可以访问它,但是出了main函数所在的块就无法访问了,因此说变量sum拥有块作用域(Cblockscope)。名字val定义于for语句内,在for语句之内可以访问val,但是在main函数的其他部分就不能访问它了。

嵌套的作用域

作用域能彼此包含,被包含(或者说被崴套)的作用域称为内层作用域(inner scope),包含着别的作用域的作用域称为外层作用域(outer scope)。

作用域中一旦声明了某个名字,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:

#include<iostream>
//该程序仅用于说明:函敏内部不宜定义与全局变量同名的新变量
int reused = 42;//reused拥有全局作用域
int main()
{
    int unique=0;//unique拥有块作用域
    //输出#1:使用全局变量reused;输出420
    std::cout<<reused<<“ “<<unique<<std::endl;
    int reused=0;//新建局部变量reused,覆盖了全局变量reused
    //输出#2:使用局部变量reused;输出00
    std::cout<< reused<<“ “ <<unique<<std::endl;
    //输出#3:显式地访问全局变量reused;输出420
    std::cout<<::reused<<““<<unique<<std::endl;
    return 0;
}

输出#1出现在局部变量reused定义之前,因此这条语句使用全局作用域中定义的名字reused,输出420。输出#2发生在局部变量reused定义之后,此时局部变量reused正在作用域内(in scope),因此第二条输出语句使用的是局部变量reused而非全局变量,输出0 0。输出#3 使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,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。结果是,第三条输出语句使用全局变量reused,输出420。