C++ Primer Plus学习（一）—— 基础知识
基础知识
- 预备知识
- 头文件名命名约定
- 名称空间/命名空间
- C++源代码风格：
- 处理数据
- 变量名
- 位与字节
- 数据类型
- 为何float有效位数为7位
- climits
- 初始化
- 整型
- 浮点数相对整型的优缺点
- 转义运算符
- 算术运算符
- 类型转换
最近开始对C++进行系统学习，学习的过程中也会将书上的知识和实践所得进行梳理分享，希望和大家一起学习进步！
预备知识
- C++融合了3种不同的编程方式：C语言（高效、简洁、快速、可移植性）代表的过程性语言，C++在C语言基础上添加的类代表的面向对象语言（OOP-Object Oriented Programming），C++模板支持的泛型编程。
- 计算机语言要处理两个概念——数据和算法。过程性语言强调的是编程的算法方面，面向对象编程的理念是设计与问题的本质特性相对应的数据格式。
- OOP编程并不仅仅是将数据和方法合并为类定义。例如，OOP还有助于创建可重用的代码，这将减少大量的工作。信息隐藏可以保护数据，使其免遭不适当的访问。多态让您能够为运算符和函数创建多个定义，通过编程上下文来确定使用哪个定义。继承让您能够使用旧类派生出新类。
int main(void)和int main()效果是一样的，表明函数不接受任何参数；void main()表示该函数不返回任何值。- 如果编译器到达
main()函数末尾时没有遇到返回语句，则认为main()函数以如下语句结尾：return 0。这条隐含的返回语句只适用于main()函数，而不适用于其他函数。
头文件名命名约定
头文件类型 约定 示例 说明 C++旧式风格 以.h结尾 iostream.h C++程序可以使用 C旧式风格 以.h结尾 math.h C、C++程序可以使用 C++新式风格 没有扩展名 iostream C++程序可以使用，使用namespace std 转换后的C 加上前缀c, 没有扩展名 cmath C++程序可以使用，可以使用不是C的特性，如namespace std
名称空间/命名空间
- 如果使用iostream，而不是iostream.h，则应使用下面的名称空间编译指令来使iostream中的定义对程序可用：
using namespace std(using编译指令) 或者using std::cout,using std::endl等。 - 对象是类的特定实例，而类定义了数据的存储和使用方式。
cout是一个预定义的对象，知道如何显示字符串，数字和单个字符等。
名称 符号 备注 另一个含义 插入运算符 << 运算符重载 左移运算符 控制符 endl 重启一行 - 换行符 \n 显示用引号括起的字符串时，用该换行符，其他情况下使用控制符endl - 地址运算符 & 运算符重载 按位AND运算符 乘法 * 运算符重载 对指针解除引用
C++源代码风格：
· 每条语句占一行；
· 每个函数都有一个开始花括号和一个结束花括号，这两个花括号各占一行；
· 函数中的语句都相对于花括号进行缩进；
· 与函数名称相关的圆括号周围没有空白。
- 类之于对象就像类型之于变量；类描述了一种数据类型的全部属性（包括可使用它执行的操作），对象是根据这些描述创建的实体。
- 函数原型之于函数就像变量声明之于变量。
- 库文件中包含了函数的编译代码，而头文件中则包含了原型。只包含cmath头文件可以提供原型，但不一定会导致编译器搜索正确的库文件。
- C++允许在创建变量时对它进行赋值，这个过程叫做初始化（initialization）。
- 当前通行的理念是，只让需要访问名称空间std的函数访问它是更好的选择。
处理数据
变量名
C++必须遵循几种简单的命名规范：
- 在名称中只能使用字母字符、数字和下划线；
- 名称的第一个字符不能是数字；
- 区分大写字符与小写字符；
- 不能将C++关键字用作名称；
- 以两个下划线或下划线和大写字母打头的名称被保留给实现（编译器及其使用的资源）使用。以一个下划线开头的名称被保留给实现，用作全局标识符；
- C++对于名称的长度没有限制，名称中所有的字符都有意义，但有些平台有长度限制。
位与字节
- 字节（byte）通常指的是8位（bit）的内存单元。从这个意义上说，字节指的就是描述计算机内存量的度量单位，1KB等于1024字节，1MB等于1024KB。然而，C++字节由至少能够容纳实现的基本字符集的相邻位组成，也就是说，可能取值的数目必须等于或超过字符数目。在美国，基本字符集通常是ASCII和EBCDIC字符集，他们都可以用8位来容纳，所以在使用这两种字符集的系统中，C++字节通常包含8位。然而，国际编程可能需要使用更大的字符集，如Unicode，因此有些实现可能使用16位甚至32位的字节。
- sizeof运算符返回类型或变量的长度，单位为字节。
数据类型
| 类型 | 字节 | 范围 |
|---|---|---|
| char | 1 个字节 | -128 到 127 或者 0 到 255 |
| unsigned char | 1 个字节 | 0 到 255 |
| signed char | 1 个字节 | -128 到 127 |
| int | 4 个字节 | -2147483648 到 2147483647 |
| unsigned int | 4 个字节 | 0 到 4294967295 |
| signed int | 4 个字节 | -2147483648 到 2147483647 |
| short int | 2 个字节 | -32768 到 32767 |
| unsigned short int | 2 个字节 | 0 到 65,535 |
| signed short int | 2 个字节 | -32768 到 32767 |
| long int | 8 个字节 | -9,223,372,036,854,775,808 到 9,223,372,036,854,775,807 |
| signed long int | 8 个字节 | -9,223,372,036,854,775,808 到 9,223,372,036,854,775,807 |
| unsigned long int | 8 个字节 | 0 到 18,446,744,073,709,551,615 |
| float | 4 个字节 | 精度型占4个字节（32位）内存空间，+/- 3.4e +/- 38 (~7 个数字) |
| double | 8 个字节 | 双精度型占8 个字节（64位）内存空间，+/- 1.7e +/- 308 (~15 个数字) |
| long double | 16 个字节 | 长双精度型 16 个字节（128位）内存空间，可提供18-19位有效数字。 |
| wchar_t | 2 或 4 个字节 | 1 个宽字符 |
注：C++提供了一种灵活的标准，它确保了最小长度：
- short至少16位；
- int至少与short一样长；
- long至少32位，且至少与int一样长；
- long long至少64位，且至少与long一样长。
为何float有效位数为7位
C/C++编译器标准都遵照IEEE制定的浮点数表示法来进行float，double运算，这两种数据类型在内存中的存储主要分成三部分，分别是：
符号位（Sign）：0代表正数，1代表负数
指数位（Exponent）：用于存储科学计数法中的指数部分，并且采用移位存储方式
尾数位（Mantissa）：用于存储尾数部分
float是32位，其中有23位用于存放尾数，带有一个固定隐含位（小数点前有一位固定是1, 也就是说，23位尾数可能是 .1···23位···1，即整体为24位1.1···23位···1），所以float有24个二进制有效位位数。
2^24=16,777,216 共有8个十进制位，所以有些编译器float的有效数字位是8位，有些有效数字位是7位。
double也一样,是64位, 其中有52位用于存放尾数, 一个固定隐含位. 共有 53个二进制有效位位数。
2^53次方有15个十进制位, 所以有些编译器double的有效数字位是15位, 有些是16位。
举个例子：
· 17.625转成二进制数为10001.101（2^4 + 2^0 + 2^(-1) + 2^(-3))；
· 10001.101为 （1.0001101 * 10^4）去掉第一位1，得到尾数为 0001101，指数为4；
· 指数是无符号的，偏移量为127，因此17.625的指数位位131，即10000011；
· 因此17.625在内存中的存储形式为 0 10000011 0001101000000000000000还有一个问题，float的上下限是怎么取到的？
· 8位指数可以表示2^8=256，即（0~255），是个无符号的量，但是有127的偏移量，也就是指数范围是（-127 ~ 128）
· 因此，float最大可以表示129位二进制数，即范围为-2^128 ~ +2^128，也即-3.40E+38 ~ +3.40E+38这里再附一份浮点类型的列表
| Type | Sign | Exponent | Significand field | Total | Exponent Bias | Bits Precision | Number of decimal digits |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Half | 1 | 5 | 10 | 16 | 15 | 11 | ~3.3 |
| Single | 1 | 8 | 23 | 32 | 127 | 24 | ~7.2 |
| Double | 1 | 11 | 52 | 64 | 1023 | 53 | ~15.9 |
注：Half是用16位表示浮点数的一种数据类型，在IEEE 754中也有规定，这种数据类型在深度学习系统中的应用比较广泛。但是在当前主流cpu上，不支持half类型数据的计算和输出。
climits
头文件climits定义了符号常量来表示类型的限制。
| 符号常量 | 表示 |
|---|---|
| CHAR_BIT | char的位数 |
| CAHR_MAX | char的最大值 |
| CHAR_MIN | char的最小值 |
| SCHAR_MAX | signed char的最大值 |
| SCHAR_MIN | signed char的最小值 |
| UCHAR_MAX | unsigned char的最大值 |
| SHRT_MAX | short的最大值 |
| SHRT_MIN | short的最小值 |
| USHRT_MAX | unsigned short的最大值 |
| INT_MAX | int的最大值 |
| INT_MIN | int的最小值 |
| UINT_MAX | unsigned int的最大值 |
| LONG_MAX | long的最大值 |
| LONG_MIN | long的最小值 |
| ULONG_MAX | unsigned long的最大值 |
| LLONG_MAX | long long的最大值 |
| LLONG_MIN | long long的最小值 |
| ULLONG_MAX | unsigned long long的最大值 |
初始化
- 初始化将赋值与声明合并在一起；
- 可以使用字面值常量来初始化；
- 可以将变量初始化为另一个变量条件是后者已经定义过；
- 可以使用表达式来初始化变量，条件是当程序执行到该声明时，表达式中所有的值都是已知的；
- 如果不对函数内部定义的变量进行初始化，该变量的值将是不确定的。这意味着该变量的值将是它被创建之前，相应内存单元保存的值；
- 将大括号初始化器用于单值变量的初始化，大括号内也可以不包含任何东西，这种情况下，变量将被初始化为零。
整型
- 对于一个short值，32767 + 1 --> -32768； 对于一个unsigned short，0 - 1 --> 65535.
注：如果超出了限制，其值将为范围另一端的取值。C++确保了无符号类型的这种行为，但C++并不保证符号整型超越限制（上溢和下溢）时不出错。 - 通常，int被设置为对目标计算机而言最为“自然”的长度。自然长度（natural size）指的是计算机处理起来效率最高的长度。如果没有非常有说服力的理由来选择其他类型，则应使用int。
- C++使用前一（两）位来标识数字常量的基数。如果第一位为1 ~ 9，则基数为10（十进制）；如果第一位是0，第二位为1 ~ 7，则基数为8（八进制）；如果前两位为0x或0X，则基数为16（十六进制）。
- C++提供了控制符dec、hex和oct，分别用于指示cout以十进制，十六进制和八进制格式显示整数。
int chest = 42; int waist = 42; int inseam = 42; cout << hex; //该行只是修改cout显示整数的方式，不会在屏幕上显示任何内容！ cout << "waist = " << waist << endl; cout << oct; cout << "inseam = " << inseam << endl;
浮点数相对整型的优缺点
- 优点：
· 可以表示整数之间的值；
· 由于有缩放因子，可以表示的范围大得多； - 缺点：
· 浮点运算的速度通常比整数运算慢；
· 浮点运算的精度会降低。
转义运算符
| 转义字符 | 意义 | ASCII码值（十进制） |
|---|---|---|
| \a | 响铃(BEL) | 007 |
| \b | 退格(BS) ，将当前位置移到前一列 | 008 |
| \f | 换页(FF)，将当前位置移到下页开头 | 012 |
| \n | 换行(LF) ，将当前位置移到下一行开头 | 010 |
| \r | 回车(CR) ，将当前位置移到本行开头 | 013 |
| \t | 水平制表(HT) （跳到下一个TAB位置） | 009 |
| \v | 垂直制表(VT) | 011 |
| \ | 代表一个反斜线字符 | 092 |
| ’ | 代表一个单引号（撇号）字符 | 039 |
| " | 代表一个双引号字符 | 034 |
| ? | 代表一个问号 | 063 |
| \0 | 空字符(NUL) | 000 |
| \ddd | 1到3位八进制数所代表的任意字符 | 三位八进制 |
| \xhh | 十六进制所代表的任意字符 | 十六进制 |
算术运算符
| 运算符 | 描述 | 实例 |
|---|---|---|
| + | 把两个操作数相加 | A + B 将得到 30 |
| - | 从第一个操作数中减去第二个操作数 | A - B 将得到 -10 |
| * | 把两个操作数相乘 | A * B 将得到 200 |
| / | 分子除以分母 | B / A 将得到 2 |
| % | 取模运算符，整除后的余数 | B % A 将得到 0 |
| ++ | 自增运算符，整数值增加 1 | A++ 将得到 11 |
| – | 自减运算符，整数值减少 1 | A-- 将得到 9 |
注：python中和C++中取模运算符有所区别
| 项目 | python | C++ |
|---|---|---|
| 9%2 | 1 | 1 |
| 9%(-2) | -1 | 1 |
| (-9)%2 | 1 | -1 |
| (-9)%(-2) | -1 | -1 |
类型转换
C++自动执行很多类型转换：
- 将一种算术类型的值赋给另一种算术类型的变量时，C++将对值进行转换；
- 表达式中包含不同的类型时，C++将对值进行转换；
- 将参数传递给函数时，C++将对值进行转换。
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