【c++】语法-常量，修饰符类型，存储类

1、C++常量

常量是固定值，在程序执行期间不会改变。这些固定的值，又叫做字面量。

常量可以是任何的基本数据类型，可分为整型数字、浮点数字、字符、字符串和布尔值。

常量就像是常规的变量，只不过常量的值在定义后不能进行修改。

1.1、整数常量

整数常量可以是十进制、八进制或十六进制的常量。前缀指定基数：0x 或 0X 表示十六进制，0 表示八进制，不带前缀则默认表示十进制。

整数常量也可以带一个后缀，后缀是 U 和 L 的组合，U 表示无符号整数（unsigned），L 表示长整数（long）。后缀可以是大写，也可以是小写，U 和 L 的顺序任意。

下面列举几个整数常量的实例：

212         // 合法的
215u        // 合法的
0xFeeL      // 合法的
078         // 非法的：8 不是八进制的数字
032UU       // 非法的：不能重复后缀

以下是各种类型的整数常量的实例：

85         // 十进制
0213       // 八进制 
0x4b       // 十六进制 
30         // 整数 
30u        // 无符号整数 
30l        // 长整数 
30ul       // 无符号长整数

1.2、浮点常量

浮点常量由整数部分、小数点、小数部分和指数部分组成。您可以使用小数形式或者指数形式来表示浮点常量。

当使用小数形式表示时，必须包含整数部分、小数部分，或同时包含两者。当使用指数形式表示时， 必须包含小数点、指数，或同时包含两者。带符号的指数是用 e 或 E 引入的。

下面列举几个浮点常量的实例：

3.14159       // 合法的 
314159E-5L    // 合法的 
510E          // 非法的：不完整的指数
210f          // 非法的：没有小数或指数
.e55          // 非法的：缺少整数或分数

1.3、布尔常量

布尔常量共有两个，它们都是标准的 C++ 关键字：

• true 值代表真。
• false 值代表假。

我们不应把 true 的值看成 1，把 false 的值看成 0。

 

1.4、字符常量

字符常量是括在单引号中。如果常量以 L（仅当大写时）开头，则表示它是一个宽字符常量（例如 L'x'），此时它必须存储在 wchar_t 类型的变量中。否则，它就是一个窄字符常量（例如 'x'），此时它可以存储在 char 类型的简单变量中。

字符常量可以是一个普通的字符（例如 'x'）、一个转义序列（例如 '\t'），或一个通用的字符（例如 '\u02C0'）。

在 C++ 中，有一些特定的字符，当它们前面有反斜杠时，它们就具有特殊的含义，被用来表示如换行符（\n）或制表符（\t）等。下表列出了一些这样的转义序列码：

 下面的实例显示了一些转义序列字符：

#include <iostream>
using namespace std;
 
int main()
{
   cout << "Hello\tWorld\n\n";
   return 0;
}



当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
Hello   World

1.5、字符串常量

字符串字面值或常量是括在双引号 "" 中的。一个字符串包含类似于字符常量的字符：普通的字符、转义序列和通用的字符。

您可以使用 \ 做分隔符，把一个很长的字符串常量进行分行。

下面的实例显示了一些字符串常量：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    string greeting = "hello, runoob";
    cout << greeting;
    cout << "\n";     // 换行符
    string greeting2 = "hello, \
                       runoob";
    cout << greeting2;
    return 0;
}




hello, runoob
hello, runoob

 

 

 

1.6、定义常量

在 C++ 中，有两种简单的定义常量的方式：

• 使用 #define 预处理器。
• 使用 const 关键字。

#define 预处理器

下面是使用 #define 预处理器定义常量的形式：

#define identifier value

具体请看下面的实例：

#include <iostream>
using namespace std;
 
#define LENGTH 10   
#define WIDTH  5
#define NEWLINE '\n'
 
int main()
{
 
   int area;  
   
   area = LENGTH * WIDTH;
   cout << area;
   cout << NEWLINE;
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

50

 

const 关键字

您可以使用 const 前缀声明指定类型的常量，如下所示：

const type variable = value;

具体请看下面的实例：

#include <iostream>
using namespace std;
 
int main()
{
   const int  LENGTH = 10;
   const int  WIDTH  = 5;
   const char NEWLINE = '\n';
   int area;  
   
   area = LENGTH * WIDTH;
   cout << area;
   cout << NEWLINE;
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果 (请注意，把常量定义为大写字母形式，是一个很好的编程实践。)

50

 

 

 

2、C++修饰符类型

C++ 允许在 char、int 和 double 数据类型前放置修饰符。

修饰符是用于改变变量类型的行为的关键字，它更能满足各种情境的需求。

下面列出了数据类型修饰符：

• signed：表示变量可以存储负数。对于整型变量来说，signed 可以省略，因为整型变量默认为有符号类型。

• unsigned：表示变量不能存储负数。对于整型变量来说，unsigned 可以将变量范围扩大一倍。

• short：表示变量的范围比 int 更小。short int 可以缩写为 short。

• long：表示变量的范围比 int 更大。long int 可以缩写为 long。

• long long：表示变量的范围比 long 更大。C++11 中新增的数据类型修饰符。

• float：表示单精度浮点数。

• double：表示双精度浮点数。

• bool：表示布尔类型，只有 true 和 false 两个值。

• char：表示字符类型。

• wchar_t：表示宽字符类型，可以存储 Unicode 字符。

修饰符 signed、unsigned、long 和 short 可应用于整型，signed 和 unsigned 可应用于字符型，long 可应用于双精度型。

这些修饰符也可以组合使用，修饰符 signed 和 unsigned 也可以作为 long 或 short 修饰符的前缀。例如：unsigned long int。

C++ 允许使用速记符号来声明无符号短整数或无符号长整数。您可以不写 int，只写单词 unsigned、short 或 long，int 是隐含的。例如，下面的两个语句都声明了无符号整型变量。

signed int num1 = -10; // 定义有符号整型变量 num1，初始值为 -10
unsigned int num2 = 20; // 定义无符号整型变量 num2，初始值为 20

short int num1 = 10; // 定义短整型变量 num1，初始值为 10
long int num2 = 100000; // 定义长整型变量 num2，初始值为 100000

long long int num1 = 10000000000; // 定义长长整型变量 num1，初始值为 10000000000

float num1 = 3.14f; // 定义单精度浮点数变量 num1，初始值为 3.14
double num2 = 2.71828; // 定义双精度浮点数变量 num2，初始值为 2.71828

bool flag = true; // 定义布尔类型变量 flag，初始值为 true

char ch1 = 'a'; // 定义字符类型变量 ch1，初始值为 'a'
wchar_t ch2 = L'你'; // 定义宽字符类型变量 ch2，初始值为 '你'

为了理解 C++ 解释有符号整数和无符号整数修饰符之间的差别，我们来运行一下下面这个短程序：

#include <iostream>
using namespace std;
 
/* 
 * 这个程序演示了有符号整数和无符号整数之间的差别
*/
int main()
{
   short int i;           // 有符号短整数
   short unsigned int j;  // 无符号短整数
 
   j = 50000;
 
   i = j;
   cout << i << " " << j;
 
   return 0;
}


当上面的程序运行时，会输出下列结果：
-15536 50000
上述结果中，无符号短整数 50,000 的位模式被解释为有符号短整数 -15,536。

2.1、C++ 中的类型限定符

类型限定符提供了变量的额外信息，用于在定义变量或函数时改变它们的默认行为的关键字。

 

const 实例

const int NUM = 10; // 定义常量 NUM，其值不可修改
const int* ptr = # // 定义指向常量的指针，指针所指的值不可修改
int const* ptr2 = # // 和上面一行等价

volatile 实例

volatile int num = 20; // 定义变量 num，其值可能会在未知的时间被改变

mutable 实例

class Example {
public:
    int get_value() const {
        return value_; // const 关键字表示该成员函数不会修改对象中的数据成员
    }
    void set_value(int value) const {
        value_ = value; // mutable 关键字允许在 const 成员函数中修改成员变量
    }
private:
    mutable int value_;
};

static 实例

void example_function() {
    static int count = 0; // static 关键字使变量 count 存储在程序生命周期内都存在
    count++;
}

register 实例

void example_function(register int num) {
    // register 关键字建议编译器将变量 num 存储在寄存器中
    // 以提高程序执行速度
    // 但是实际上是否会存储在寄存器中由编译器决定
}

 

3、C++存储类

存储类定义 C++ 程序中变量/函数的范围（可见性）和生命周期。这些说明符放置在它们所修饰的类型之前。下面列出 C++ 程序中可用的存储类：

• auto：这是默认的存储类说明符，通常可以省略不写。auto 指定的变量具有自动存储期，即它们的生命周期仅限于定义它们的块（block）。auto 变量通常在栈上分配。

• register：用于建议编译器将变量存储在CPU寄存器中以提高访问速度。在 C++11 及以后的版本中，register 已经是一个废弃的特性，不再具有实际作用。

• static：用于定义具有静态存储期的变量或函数，它们的生命周期贯穿整个程序的运行期。在函数内部，static变量的值在函数调用之间保持不变。在文件内部或全局作用域，static变量具有内部链接，只能在定义它们的文件中访问。

• extern：用于声明具有外部链接的变量或函数，它们可以在多个文件之间共享。默认情况下，全局变量和函数具有 extern 存储类。在一个文件中使用extern声明另一个文件中定义的全局变量或函数，可以实现跨文件共享。

• mutable (C++11)：用于修饰类中的成员变量，允许在const成员函数中修改这些变量的值。通常用于缓存或计数器等需要在const上下文中修改的数据。

• thread_local (C++11)：用于定义具有线程局部存储期的变量，每个线程都有自己的独立副本。线程局部变量的生命周期与线程的生命周期相同。

从 C++ 17 开始，auto 关键字不再是 C++ 存储类说明符，且 register 关键字被弃用。

中的存储类说明符为程序员提供了控制变量和函数生命周期及可见性的手段。

合理使用存储类说明符可以提高程序的可维护性和性能。

从 C++11 开始，register 已经失去了原有的作用，而 mutable 和 thread_local 则是新引入的特性，用于解决特定的编程问题。

#include <iostream>

// 全局变量，具有外部链接，默认存储类为extern
int globalVar;

void function() {
    // 局部变量，具有自动存储期，默认存储类为auto
    auto int localVar = 10;

    // 静态变量，具有静态存储期，生命周期贯穿整个程序
    static int staticVar = 20;

    const int constVar = 30; // const变量默认具有static存储期

    // 尝试修改const变量，编译错误
    // constVar = 40;

    // mutable成员变量，可以在const成员函数中修改
    class MyClass {
    public:
        mutable int mutableVar;

        void constMemberFunc() const {
            mutableVar = 50; // 允许修改mutable成员变量
        }
    };

    // 线程局部变量，每个线程有自己的独立副本
    thread_local int threadVar = 60;
}

int main() {
    extern int externalVar; // 声明具有外部链接的变量

    function();

    return 0;
}

auto 存储类

自 C++ 11 以来，auto 关键字用于两种情况：声明变量时根据初始化表达式自动推断该变量的类型、声明函数时函数返回值的占位符。

C++98 标准中 auto 关键字用于自动变量的声明，但由于使用极少且多余，在 C++17 中已删除这一用法。

根据初始化表达式自动推断被声明的变量的类型，如：

auto f=3.14;      //double
auto s("hello");  //const char*
auto z = new auto(9); // int*
auto x1 = 5, x2 = 5.0, x3='r';//错误，必须是初始化为同一类型

register 存储类

register 是一种存储类（storage class），用于声明变量，并提示编译器将这些变量存储在寄存器中，以便快速访问。

使用 register 关键字可以提高程序的执行速度，因为它减少了对内存的访问次数。

然而，需要注意的是，register 存储类只是一种提示，编译器可以忽略它，因为现代的编译器通常会自动优化代码，选择合适的存储位置。

语法格式：

register data_type variable_name;

• register 是存储类的关键字，用于提示编译器将变量存储在寄存器中。
• data_type 是变量的数据类型，可以是任何合法的 C++ 数据类型。
• variable_name 是变量的名称。

void loop() {
    register int i;
    for (i = 0; i < 1000; ++i) {
        // 循环体
    }
}

register 存储类用于提示编译器将变量存储在寄存器中，以便提高访问速度。然而，由于现代编译器的自动优化能力，使用 register 关键字并不是必需的，而且在实践中很少使用。

在 C++11 标准中，register 关键字不再是一个存储类说明符，而是一个废弃的特性。这意味着在 C++11 及以后的版本中，使用 register 关键字将不会对程序产生任何影响。

在 C++ 中，可以使用引用或指针来提高访问速度，尤其是在处理大型数据结构时。

 

static 存储类

static 存储类指示编译器在程序的生命周期内保持局部变量的存在，而不需要在每次它进入和离开作用域时进行创建和销毁。因此，使用 static 修饰局部变量可以在函数调用之间保持局部变量的值。

static 修饰符也可以应用于全局变量。当 static 修饰全局变量时，会使变量的作用域限制在声明它的文件内。

在 C++ 中，当 static 用在类数据成员上时，会导致仅有一个该成员的副本被类的所有对象共享。

#include <iostream>
 
// 函数声明 
void func(void);
 
static int count = 10; /* 全局变量 */
 
int main()
{
    while(count--)
    {
       func();
    }
    return 0;
}
// 函数定义
void func( void )
{
    static int i = 5; // 局部静态变量
    i++;
    std::cout << "变量 i 为 " << i ;
    std::cout << " , 变量 count 为 " << count << std::endl;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

变量 i 为 6 , 变量 count 为 9
变量 i 为 7 , 变量 count 为 8
变量 i 为 8 , 变量 count 为 7
变量 i 为 9 , 变量 count 为 6
变量 i 为 10 , 变量 count 为 5
变量 i 为 11 , 变量 count 为 4
变量 i 为 12 , 变量 count 为 3
变量 i 为 13 , 变量 count 为 2
变量 i 为 14 , 变量 count 为 1
变量 i 为 15 , 变量 count 为 0

extern 存储类

extern 存储类用于提供一个全局变量的引用，全局变量对所有的程序文件都是可见的。当您使用 'extern' 时，对于无法初始化的变量，会把变量名指向一个之前定义过的存储位置。

当您有多个文件且定义了一个可以在其他文件中使用的全局变量或函数时，可以在其他文件中使用 extern 来得到已定义的变量或函数的引用。可以这么理解，extern 是用来在另一个文件中声明一个全局变量或函数。

extern 修饰符通常用于当有两个或多个文件共享相同的全局变量或函数的时候，如下所示：

第一个文件：main.cpp

#include <iostream>
 
int count ;
extern void write_extern();
 
int main()
{
   count = 5;
   write_extern();
}

第二个文件：support.cpp

#include <iostream>
 
extern int count;
 
void write_extern(void)
{
   std::cout << "Count is " << count << std::endl;
}

在这里，第二个文件中的 extern 关键字用于声明已经在第一个文件 main.cpp 中定义的 count。现在 ，编译这两个文件，如下所示：

$ g++ main.cpp support.cpp -o write

这会产生 write 可执行程序，尝试执行 write，它会产生下列结果：

$ ./write
Count is 5

mutable 存储类

mutable 说明符仅适用于类的对象，这将在本教程的最后进行讲解。它允许对象的成员替代常量。也就是说，mutable 成员可以通过 const 成员函数修改。

thread_local 存储类

使用 thread_local 说明符声明的变量仅可在它在其上创建的线程上访问。 变量在创建线程时创建，并在销毁线程时销毁。 每个线程都有其自己的变量副本。

thread_local 说明符可以与 static 或 extern 合并。

可以将 thread_local 仅应用于数据声明和定义，thread_local 不能用于函数声明或定义。

以下演示了可以被声明为 thread_local 的变量：

thread_local int x;  // 命名空间下的全局变量
class X
{
    static thread_local std::string s; // 类的static成员变量
};
static thread_local std::string X::s;  // X::s 是需要定义的
 
void foo()
{
    thread_local std::vector<int> v;  // 本地变量
}