Типом данных в программировании называют совокупность двух множеств: множество значений и множество операций, которые можно применять к ним. Например, к типу данных целых неотрицательных чисел, состоящего из конечного множества натуральных чисел, можно применить операции сложения (+), умножения (*), целочисленного деления (/), нахождения остатка (%) и вычитания (−).
Язык программирования, как правило, имеет набор примитивных типов данных - типы, предоставляемые языком программирования как базовая встроенная единица. В C++ такие типы создатель языка называет фундаментальными типами . Фундаментальными типами в C++ считаются:
- логический (bool);
- символьный (напр., char);
- целый (напр., int);
- с плавающей точкой (напр., float);
- перечисления (определяется программистом);
- void .
Поверх перечисленных строятся следующие типы:
- указательные (напр., int*);
- массивы (напр., char);
- ссылочные (напр., double&);
- другие структуры.
Перейдём к понятию литерала (напр., 1, 2.4F, 25e-4, ‘a’ и др.): литерал - запись в исходном коде программы, представляющаясобой фиксированное значение. Другими словами, литерал - это просто отображение объекта (значение) какого-либо типа в коде программы. В C++ есть возможность записи целочисленных значений, значений с плавающей точкой, символьных, булевых, строковых.
Литерал целого типа можно записать в:
- 10-й системе счисления. Например, 1205 ;
- 8-й системе счисления в формате 0 + число. Например, 0142 ;
- 16-й системе счисления в формате 0x + число. Например, 0x2F .
24, 030, 0x18 - это всё записи одного и того же числа в разных системах счисления.
Для записи чисел с плавающей точкой используют запись через точку: 0.1, .5, 4. - либо в
экспоненциальной записи - 25e-100. Пробелов в такой записи быть не должно.
Имя, с которым мы можем связать записанные литералами значения, называют переменной. Переменная - это поименованная либо адресуемая иным способом область памяти, адрес которой можно использовать для доступа к данным. Эти данные записываются, переписываются и стираются в памяти определённым образом во время выполнения программы. Переменная позволяет в любой момент времени получить доступ к данным и при необходимости изменить их. Данные, которые можно получить по имени переменной, называют значением переменной.
Для того, чтобы использовать в программе переменную, её обязательно нужно объявить, а при необходимости можно определить (= инициализировать). Объявление переменной в тексте программы обязательно содержит 2 части: базовый тип и декларатор. Спецификатор и инициализатор являются необязательными частями:
Const int example = 3; // здесь const - спецификатор // int - базовый тип // example - имя переменной // = 3 - инициализатор.
Имя переменной является последовательностью символов из букв латинского алфавита (строчных и прописных), цифр и/или знака подчёркивания, однако первый символ цифрой быть не может . Имя переменной следует выбирать таким, чтобы всегда было легко догадаться о том, что она хранит, например, «monthPayment». В конспекте и на практиках мы будем использовать для правил записи переменных нотацию CamelCase. Имя переменной не может совпадать с зарезервированными в языке словами, примеры таких слов: if, while, function, goto, switch и др.
Декларатор кроме имени переменной может содержать дополнительные символы:
- * - указатель; перед именем;
- *const - константный указатель; перед именем;
- & - ссылка; перед именем;
- - массив; после имени;
- () - функция; после имени.
Инициализатор позволяет определить для переменной её значение сразу после объявления. Инициализатор начинается с литерала равенства (=) и далее происходит процесс задания значения переменной. Вообще говоря, знак равенства в C++ обозначает операцию присваивания; с её помощью можно задавать и изменять значение переменной. Для разных типов он может быть разным.
Спецификатор задаёт дополнительные атрибуты, отличные от типа. Приведённый в примере спецификатор const позволяет запретить последующее изменение значение переменной. Такие неизменяемые переменные называют константными или константой.
Объявить константу без инициализации не получится по логичным причинам:
Const int EMPTY_CONST; // ошибка, не инициализована константная переменная const int EXAMPLE = 2; // константа со значением 2 EXAMPLE = 3; // ошибка, попытка присвоить значение константной переменной
Для именования констант принято использовать только прописные буквы, разделяя слова символом нижнего подчёркивания.
Основные типы данных в C++
Разбирая каждый тип, читатель не должен забывать об определении типа данных.
1. Целочисленный тип (char, short (int), int, long (int), long long)
Из названия легко понять, что множество значений состоит из целых чисел. Также множество значений каждого из перечисленных типов может быть знаковым (signed) или беззнаковым (unsigned). Количество элементов, содержащееся в множестве, зависит от размера памяти, которая используется для хранения значения этого типа. Например, для переменной типа char отводится 1 байт памяти, поэтому всего элементов будет:
- 2 8N = 2 8 * 1 = 256, где N - размер памяти в байтах для хранения значения
В таком случае диапазоны доступных целых чисел следующие:
- - для беззнакового char
- [-128..127] - для знакового char
По умолчанию переменная целого типа считается знаковой. Чтобы указать в коде, что переменная должна быть беззнаковой, к базовому типу слева приписывают признак знаковости, т.е. unsigned:
Unsigned long values; // задаёт целый (длинный) беззнаковый тип.
Перечисленные типы отличаются только размерами памяти, которая требуется для хранения. Поскольку язык C++ достаточно машинно-зависимый стандарт языка лишь гарантирует выполнение следующего условия:
- 1 = размер char ≤ размер short ≤ размер int ≤ размер long.
Обычно размеры типов следующие: char - 1, short - 2, int - 4, long -8, long long - 8 байт.
Со значениями целого типа можно совершать арифметические операции: +, -, *, /, %; операции сравнения: ==, !=, <=, <, >, >=; битовые операции: &, |, xor, <<, >>.
Большинство операций, таких как сложение, умножение, вычитание и операции сравнения, не вызывают проблем в понимании. Иногда, после выполнения арифметических операций, результат может оказаться за пределами диапазона значений; в этом случае программа выдаст ошибку.
Целочисленное деление (/) находит целую часть от деления одного целого числа, на другое. Например:
- 6 / 4 = 1;
- 2 / 5 = 0;
- 8 / 2 = 4.
Символ процента (%) обозначает операцию определение остатка от деления двух целых чисел:
- 6 % 4 = 2;
- 10 % 3 = 1.
Более сложные для понимания операции - битовые: & (И), | (ИЛИ), xor (исключающее ИЛИ), << (побитовый сдвиг влево), >> (побитовый сдвиг вправо).
Битовые операции И, ИЛИ и XOR к каждому биту информации применяют соответствующую логическую операцию:
- 1 10 = 01 2
- 3 10 = 11 2
- 1 10 & 3 10 = 01 2 & 11 2 = 01 2
- 1 10 | 3 10 = 01 2 | 11 2 = 11 2
- 1 10 xor 3 10 = 01 2 xor 11 2 = 10 2
В обработке изображения используют 3 канала для цвета: красный, синий и зелёный - плюс прозрачность, которые хранятся в переменной типа int, т.к. каждый канал имеет диапазон значений от 0 до 255. В 16-иричной системе счисления некоторое значение записывается следующим образом: 0x180013FF; тогда значение 18 16 соответствует красному каналу, 00 16 - синему, 13 16 - зелёному, FF - альфа-каналу (прозрачности). Чтобы выделить из такого целого числа определённый канал используют т.н. маску, где на интересующих нас позициях стоят F 16 или 1 2 . Т.е., чтобы выделить значение синего канала необходимо использовать маску, т.е. побитовое И:
Int blue_channel = 0x180013FF & 0x00FF0000;
После чего полученное значение сдвигается вправо на необходимое число бит.
Побитовый сдвиг смещает влево или вправо на столько двоичных разрядов числа, сколько указано в правой части операции. Например, число 39 для типа char в двоичном виде записывается в следующем виде: 00100111. Тогда:
Char binaryExample = 39; // 00100111 char result = binaryExample << 2; // сдвигаем 2 бита влево, результат: 10011100
Если переменная беззнакового типа, тогда результатом будет число 156, для знакового оно равно -100. Отметим, что для знаковых целых типов единица в старшем разряде битового представления - признак отрицательности числа. При этом значение, в двоичном виде состоящие из всех единиц соответствует -1; если же 1 только в старшем разряде, а в остальных разрядах - нули, тогда такое число имеет минимальное для конкретного типа значения: для char это -128.
2. Тип с плавающей точкой (float, double (float))
Множество значений типа с плавающей точкой является подмножеством вещественных чисел, но не каждое вещественное число представимо в двоичном виде, что приводит иногда к глупым ошибкам:
Float value = 0.2; value == 0.2; // ошибка, value здесь не будет равно 0.2.
Работая с переменными с плавающей точкой, программист не должен использовать операцию проверки на равенство или неравенство, вместо этого обычно используют проверку на попадание в определённый интервал:
Value - 0.2 < 1e-6; // ok, подбирать интервал тоже нужно осторожно
Помимо операций сравнения тип с плавающей точкой поддерживает 4 арифметические операции, которые полностью соответствуют математическим операциям с вещественными числами.
3. Булевый (логический) тип (bool)
Состоит всего из двух значений: true (правда) и false (ложь). Для работы с переменными данного типа используют логические операции: ! (НЕ), == (равенство), != (неравенство), && (логическое И), || (логическое ИЛИ). Результат каждой операции можно найти в соответствующей таблицы истинности. например:
4. Символьный тип (char, wchar_t)
Тип char - не только целый тип (обычно, такой тип называют byte), но и символьный, хранящий номер символа из таблицы символом ASCII . Например код 0x41 соответствует символу ‘A’, а 0x71 - ‘t’.
Иногда возникает необходимость использования символов, которые не закреплены в таблицы ASCII и поэтому требует для хранения более 1-го байта. Для них существует широкий символ (wchar_t).
5.1. Массивы
Массивы позволяют хранить последовательный набор однотипных элементов. Массив хранится в памяти непрерывным блоком, поэтому нельзя объявить массив, не указав его размер . Чтобы объявить массив после имени переменной пишут квадратные скобки () с указанием его размера. Например:
Int myArray; // Массив из 5-и элементов целого типа
Для инициализации массива значения перечисляют в фигурных скобках. Инициализировать таким образом можно только во время объявления переменной. Кстати, в этом случае необязательно указывать размер массива:
Int odds = {1, 3, 7, 9, 11}; // Массив инициализируется 5-ю значениями
Для доступа к определённому значению в массиве (элемента массива) используют операцию доступа по индексу () с указанием номера элемента (номера начинаются с 0). Например:
Odds; // доступ к первому элементу массива. Вернёт значение 1 odds; // доступ к третьему элементу. Вернёт значение 7 odds = 13; // 5-му элементу массива присваиваем новое значение odds; // ошибка доступа
5.3. Строки
Для записи строки программисты используют идею, что строка - последовательный ряд (массив) символов. Для идентификации конца строки используют специальный символ конца строки: ‘\0’. Такие специальные символы, состоящие из обратного слэша и идентифицирующего символа, называют управляющими или escape-символами. Ещё существуют, например, ‘\n’ - начало новой строки, ‘\t’ - табуляция. Для записи в строке обратного слэша применяют экранирование - перед самим знаком ставят ещё один слэш: ‘\’. Экранирование также применяют для записи кавычек.
Создадим переменную строки:
Char textExample = {‘T’, ‘e’, ‘s’, ‘t’, ‘\0’}; // записана строка «Test»
Существует упрощённая запись инициализации строки:
Char textExample = “Test”; // Последний символ не пишется, но размер всё ещё 5
Не вдаваясь в подробности, приведём ещё один полезный тип данных - string. Строки
такого типа можно, например, складывать:
String hello = "Привет, "; string name = "Макс!"; string hello_name = hello + name; // Получится строка «Привет, Макс!»
6. Ссылка
Int a = 2; // переменная «a» указывает на значение 2 int &b = a; // переменная «b» указывает туда же, куда и «a» b = 4; // меняя значение b, программист меняет значение a. Теперь a = 4 int &c = 4; // ошибка, так делать нельзя, т.к. ссылка нельзя присвоить значение
7. Указатель
Чтобы разобраться с этим типом данных, необходимо запомнить, что множество значений этого типа - адреса ячеек памяти, откуда начинаются данные. Также указатель поддерживает операции сложения (+), вычитания (-) и разыменовывания (*).
Адреса 0x0 означает, что указатель пуст, т.е. не указывает ни на какие данные. Этот адрес имеет свой литерал - NULL:
Int *nullPtr = NULL; // пустой указатель
Сложение и вычитание адреса с целым числом или другим адресом позволяет
передвигаться по памяти, доступной программе.
Операция получения данных, начинающихся по адресу, хранящемуся в указателе, называется разыменовывания (*). Программа считывает необходимое количество ячеек памяти и возвращает значение, хранимое в памяти.
Int valueInMemory = 2; // задаём переменну целого типа int *somePtr = &valueIntMemory; // копируем адрес переменной, здесь & - возвращает адрес переменной somePtr; // адрес ячейки памяти, например, 0x2F *somePtr; // значение хранится в 4-х ячейках: 0x2F, 0x30, 0x31 и 0x32
Для указателей не доступна операция присваивания, которая синтаксически совпадает с операцией копирования. Другими словами, можно скопировать адрес другого указателя или адрес переменной, но определить значение адреса самому нельзя.
Сам указатель хранится в памяти, как и значения переменных других типов, и занимает 4 байта, поэтому можно создать указатель на указатель.
8. Перечисления
Перечисления единственный базовый тип, задаваемый программистом. По большому счёту перечисление - упорядоченный набор именованных целочисленных констант, при этом имя перечисления будет базовым типом.
Enum color {RED, BLUE, GREEN};
По умолчанию, RED = 0, BLUE = 1, GREEN = 2. Поэтому значения можно сравнивать между собой, т.е. RED < BLUE < GREEN. Программист при объявлении перечисления может самостоятельно задать значения каждой из констант:
Enum access {READ = 1, WRITE = 2, EXEC = 4};
Часто удобно использовать перечисления, значения которых являются степенью двойки, т.к. в двоичном представлении число, являющееся степенью 2-и, будет состоять из 1-й единицы и нулей. Например:
8 10 = 00001000 2
Результат сложения этих чисел между собой всегда однозначно указывает на то, какие числа складывались:
37 10 = 00100101 2 = 00000001 2 + 00000100 2 + 00100000 2 = 1 10 + 4 10 + 32 10
Void
Синтаксически тип void относится к фундаментальным типам, но использовать его можно лишь как часть более сложных типов, т.к. объектов типа void не существует. Как правило, этот тип используется для информирования о том, что у функции нет возвращаемого значения либо в качестве базового типа указателя на объекты неопределённых типов:
Void object; // ошибка, не существует объектов типа void void &reference; // ошибка, не существует ссылов на void void *ptr; // ok, храним указатель на неизвестный тип
Часто мы будем использовать void именно для обозначения того, что функция не возвращает никакого значения. С указателем типа void работают, когда программист берёт полностью на себя заботу о целостности памяти и правильном приведении типа.
Приведение типов
Часто бывает необходимо привести значение переменной одного типа к другому. В случае, когда множество значений исходного типа является подмножеством большего типа (например, int является подмножеством long, а long - double), компилятор способен неявно (implicitly ) изменить тип значения.
Int integer = 2; float floating = integer; // floating = 2.0
Обратное приведение типа будет выполнено с потерей информации, так от числа с плавающей точкой останется только целая часть, дробная будет потеряна.
Существует возможность явного (explicitly) преобразования типов, для этого слева от переменной или какого-либо значения исходного типа в круглых скобках пишут тип, к которому будет произведено приведение:
Int value = (int) 2.5;
Унарные и бинарные операции
Те операции, которые мы выполняли ранее, называют бинарными: слева и справа от символа операции находятся значения или переменные, например, 2 + 3. В языках программирования помимо бинарных операций также используют унарные операции, которые применяются к переменным. Они могу находится как слева, так и справа от переменной, несколько таких операций встречались ранее - операция разыменовывания (*) и взятие адреса переменной (&) являются унарными. Операторы «++» и «—» увеличивают и уменьшают значение целочисленной переменной на 1 соответственно, причём могу писаться либо слева, либо справа от переменной.
В C++ также применяется сокращённая запись бинарных операций на тот случай, когда в левой и правой частях выражения находится одна и та же переменная, т.е. выполняется какая-либо операция со значением переменной и результат операции заносится в ту же переменную:
A += 2; // то же самое, что и a = a + 2; b /= 5; // то же самое, что и b = b / 5; c &= 3; // то же самое, что и c = c & 3;
В данном разделе будут рассмотрены основные типы данных в С++, эти типы данных ещё называются встроенными. Язык программирования С++ является расширяемым языком программирования. Понятие расширяемый означает то, что кроме встроенных типов данных, можно создавать свои типы данных. Поэтому в С++ существует огромное количество типов данных. Мы будем изучать только основные из них.
| Тип | байт | Диапазон принимаемых значений |
|---|---|---|
|
целочисленный (логический) тип данных |
||
| bool | 1 | 0 / 255 |
|
целочисленный (символьный) тип данных |
||
| char | 1 | 0 / 255 |
|
целочисленные типы данных |
||
| short int | 2 | -32 768 / 32 767 |
| unsigned short int | 2 | 0 / 65 535 |
| int | 4 | |
| unsigned int | 4 | 0 / 4 294 967 295 |
| long int | 4 | -2 147 483 648 / 2 147 483 647 |
| unsigned long int | 4 | 0 / 4 294 967 295 |
|
типы данных с плавающей точкой |
||
| float | 4 | -2 147 483 648.0 / 2 147 483 647.0 |
| long float | 8 | |
| double | 8 | -9 223 372 036 854 775 808 .0 / 9 223 372 036 854 775 807.0 |
В таблице 1 представлены основные типы данных в С++. Вся таблица делится на три столбца. В первом столбце указывается зарезервированное слово, которое будет определять, каждое свой, тип данных. Во втором столбце указывается количество байт, которое отводится под переменную с соответствующим типом данных. В третьем столбце показан диапазон допустимых значений. Обратите внимание на то, что в таблице все типы данных расположены от меньшего к большему.
Тип данных bool
Первый в таблице — это тип данных bool — целочисленный тип данных, так как диапазон допустимых значений — целые числа от 0 до 255. Но как Вы уже заметили, в круглых скобочках написано — логический тип данных, и это тоже верно. Так как bool используется исключительно для хранения результатов логических выражений. У логического выражения может быть один из двух результатов true или false . true — если логическое выражение истинно, false — если логическое выражение ложно.
Но так как диапазон допустимых значений типа данных bool от 0 до 255, то необходимо было как-то сопоставить данный диапазон с определёнными в языке программирования логическими константами true и false . Таким образом, константе true эквивалентны все числа от 1 до 255 включительно, тогда как константе false эквивалентно только одно целое число — 0. Рассмотрим программу с использованием типа данных bool .
// data_type.cpp: определяет точку входа для консольного приложения.
#include "stdafx.h"
#include
В строке 9 объявлена переменная типа bool , которая инициализирована значением 25. Теоретически после строки 9 , в переменной boolean должно содержаться число 25, но на самом деле в этой переменной содержится число 1. Как я уже говорил, число 0 — это ложное значение, число 1 — это истинное значение. Суть в том, что в переменной типа bool могут содержаться два значения — 0 (ложь) или 1 (истина). Тогда как под тип данных bool отводится целый байт, а это значит, что переменная типа bool может содержать числа от 0 до 255. Для определения ложного и истинного значений необходимо всего два значения 0 и 1. Возникает вопрос: «Для чего остальные 253 значения?».
Исходя из этой ситуации, договорились использовать числа от 2 до 255 как эквивалент числу 1, то есть истина. Вот именно по этому в переменной boolean содержится число 25 а не 1. В строках 10 -13 объявлен , который передает управление оператору в строке 11 , если условие истинно, и оператору в строке 13 , если условие ложно. Результат работы программы смотреть на рисунке 1.
True = 1 Для продолжения нажмите любую клавишу. . .
Рисунок 1 — Тип данных bool
Тип данных char
Тип данных char — это целочисленный тип данных, который используется для представления символов. То есть, каждому символу соответствует определённое число из диапазона . Тип данных char также ещё называют символьным типом данных, так как графическое представление символов в С++ возможно благодаря char . Для представления символов в C++ типу данных char отводится один байт, в одном байте — 8 бит, тогда возведем двойку в степень 8 и получим значение 256 — количество символов, которое можно закодировать. Таким образом, используя тип данных char можно отобразить любой из 256 символов. Все закодированные символы представлены в .
ASCII (от англ. American Standard Code for Information Interchange) - американский стандартный код для обмена информацией.
Рассмотрим программу с использованием типа данных char .
// symbols.cpp: определяет точку входа для консольного приложения.
#include "stdafx.h"
#include
Итак, в строке 9 объявлена переменная с именем symbol , ей присвоено значение символа "a" (ASCII код ). В строке 10 оператор cout печатает символ, содержащийся в переменной symbol . В строке 11 объявлен строковый массив с именем string , причём размер массива задан неявно. В строковый массив сохранена строка "сайт" . Обратите внимание на то, что, когда мы сохраняли символ в переменную типа char , то после знака равно мы ставили одинарные кавычки, в которых и записывали символ. При инициализации строкового массива некоторой строкой, после знака равно ставятся двойные кавычки, в которых и записывается некоторая строка. Как и обычный символ, строки выводятся с помощью оператора cout , строка 12 . Результат работы программы показан на рисунке 2.
Symbol = a string = сайт Для продолжения нажмите любую клавишу. . .
Рисунок 2 — Тип данных char
Целочисленные типы данных
Целочисленные типы данных используются для представления чисел. В таблице 1 их аж шесть штук: short int , unsigned short int , int , unsigned int , long int , unsigned long int . Все они имеют свой собственный размер занимаемой памяти и диапазоном принимаемых значений. В зависимости от компилятора, размер занимаемой памяти и диапазон принимаемых значений могут изменяться. В таблице 1 все диапазоны принимаемых значений и размеры занимаемой памяти взяты для компилятора MVS2010. Причём все типы данных в таблице 1 расположены в порядке возрастания размера занимаемой памяти и диапазона принимаемых значений. Диапазон принимаемых значений, так или иначе, зависит от размера занимаемой памяти. Соответственно, чем больше размер занимаемой памяти, тем больше диапазон принимаемых значений. Также диапазон принимаемых значений меняется в случае, если тип данных объявляется с приставкой unsigned — без знака. Приставка unsigned говорит о том, что тип данных не может хранить знаковые значения, тогда и диапазон положительных значений увеличивается в два раза, например, типы данных short int и unsigned short int .
Приставки целочисленных типов данных:
short — приставка укорачивает тип данных, к которому применяется, путём уменьшения размера занимаемой памяти;
long — приставка удлиняет тип данных, к которому применяется, путём увеличения размера занимаемой памяти;
unsigned (без знака)— приставка увеличивает диапазон положительных значений в два раза, при этом диапазон отрицательных значений в таком типе данных храниться не может.
Так, что, по сути, мы имеем один целочисленный тип для представления целых чисел — это тип данных int . Благодаря приставкам short , long , unsigned появляется некоторое разнообразие типов данных int , различающихся размером занимаемой памяти и (или) диапазоном принимаемых значений.
Типы данных с плавающей точкой
В С++ существуют два типа данных с плавающей точкой: float и double . Типы данных с плавающей точкой предназначены для хранения чисел с плавающей точкой. Типы данных float и double могут хранить как положительные, так и отрицательные числа с плавающей точкой. У типа данных float размер занимаемой памяти в два раза меньше, чем у типа данных double , а значит и диапазон принимаемых значений тоже меньше. Если тип данных float объявить с приставкой long , то диапазон принимаемых значений станет равен диапазону принимаемых значений типа данных double . В основном, типы данных с плавающей точкой нужны для решения задач с высокой точностью вычислений, например, операции с деньгами.
Итак, мы рассмотрели главные моменты, касающиеся основных типов данных в С++. Осталось только показать, откуда взялись все эти диапазоны принимаемых значений и размеры занимаемой памяти. А для этого разработаем программу, которая будет вычислять основные характеристики всех, выше рассмотренных, типов данных.
// data_types.cpp: определяет точку входа для консольного приложения.
#include "stdafx.h"
#include
Данная программа выложена для того, чтобы Вы смогли просмотреть характеристики типов данных в своей системе. Не стоит разбираться в коде, так как в программе используются управляющие операторы, которые Вам, вероятнее всего, ещё не известны. Для поверхностного ознакомления с кодом программы, ниже поясню некоторые моменты. Оператор
sizeof() вычисляет количество байт, отводимое под тип данных или переменную. Функция
pow(x,y) возводит значение
х в степень
y , данная функция доступна из заголовочного файла
Max_val_type = 2^(b * 8 - 1) - 1; // для типов данных с отрицательными и положительными числами // где, b - количество байт выделяемое в памяти под переменную с таким типом данных // умножаем на 8, так как в одном байте 8 бит // вычитаем 1 в скобочках, так как диапазон чисел надо разделить надвое для положительных и отрицательных значений // вычитаем 1 в конце, так как диапазон чисел начинается с нуля // типы данных с приставкой unsigned max_val_type = 2^(b * 8) - 1; // для типов данных только с положительными числами // пояснения к формуле аналогичные, только в скобочка не вычитается единица
Пример работы программы можно увидеть на рисунке 3. В первом столбце показаны основные типы данных в С++, во втором столбце размер памяти, отводимый под каждый тип данных и в третьем столбце — максимальное значение, которое может содержать соответствующий тип данных. Минимальное значение находится аналогично максимальному. В типах данных с приставкой unsigned минимальное значение равно 0.
Data type byte max value bool = 1 255.00 char = 1 255.00 short int = 2 32767.00 unsigned short int = 2 65535.00 int = 4 2147483647.00 unsigned int = 4 4294967295.00 long int = 4 2147483647.00 unsigned long int = 4 4294967295.00 float = 4 2147483647.00 double = 8 9223372036854775808.00 Для продолжения нажмите любую клавишу. . .
Рисунок 3 — Типы данных С++
Если, например, переменной типа short int присвоить значение 33000, то произойдет переполнение разрядной сетки, так как максимальное значение в переменной типа short int это 32767. То есть в переменной типа short int сохранится какое-то другое значение, скорее всего будет отрицательным. Раз уж мы затронули тип данных int ,стоит отметить, что можно опускать ключевое слово int и писать, например, просто short . Компилятор будет интерпретировать такую запись как short int . Тоже самое относится и к приставкам long и unsigned . Например:
// сокращённая запись типа данных int short a1; // тоже самое, что и short int long a1; // тоже самое, что и long int unsigned a1; // тоже самое, что и unsigned int unsigned short a1; // тоже самое, что и unsigned short int
В этой записи-шпаргалке приведены сведения об основных типах данных языка программирования C++ и особенности их реализации. Также, в конце записи составлена таблица с диапазонами значений этих типов.
Концепция типа данных
Основная цель любой программы состоит в обработке данных. Данные различного типа хранятся и обрабатываются по-разному. В любом алгоритмическом языке каждая константа, переменная, результат вычисления выражения или функции должны иметь определенный тип.
Тип данных определяет:
- внутреннее представление данных в памяти компьютера;
- множество значений, которые могут принимать величины этого типа;
- операции и функции, которые можно применять к величинам этого тина.
Исходя из этих характеристик, программист выбирает тип каждой величины, используемой в программе для представления реальных объектов. Обязательное описание типа позволяет компилятору производить проверку допустимости различных конструкций программы. От типа величины зависят машинные команды, которые будут использоваться для обработки данных.
Все типы языка C++ можно разделить на основные и составные . В языке C++ определено шесть основных типов данных для представления целых, вещественных, символьных и логических величин. На основе этих типов программист может вводить описание составных типов. К ним относятся массивы, перечисления, функции, структуры, ссылки, указатели, объединения и классы.
Основные типы данных в C++
Основные (стандартные) типы данных часто называют арифметическими, поскольку их можно использовать в арифметических операциях. Для описания основных типов определены следующие :
- int (целый);
- char (символьный);
- wchar_t (расширенный символьный);
- bool (логический);
- float (вещественный);
- double (вещественный с двойной точностью).
Первые четыре тина называют целочисленными (целыми ), последние два - типами с плавающей точкой . Код, который формирует компилятор для обработки целых величин, отличается от кода для величин с плавающей точкой.
Существует четыре спецификатора типа , уточняющих внутреннее представление и диапазон значений стандартных типов:
- short (короткий);
- long (длинный);
- signed (знаковый);
- unsigned (беззнаковый).
Целый тип (int)
Размер типа int не определяется стандартом, а зависит от компьютера и компилятора. Для 16-разрядного процессора под величины этого типа отводится 2 байта, для 32-разрядного - 4 байта.
Спецификатор short перед именем типа указывает компилятору, что под число требуется отвести 2 байта независимо от разрядности процессора. Спецификатор long означает, что целая величина будет занимать 4 байта. Таким образом, на 16-разрядном компьютере эквиваленты int и short int, а на 32-разрядном - int и long int.
Внутреннее представление величины целого типа - целое число в двоичном коде. При использовании спецификатора signed старший бит числа интерпретируется как знаковый (0 - положительное число, 1 - отрицательное). Спецификатор unsigned позволяет представлять только положительные числа, поскольку старший разряд рассматривается как часть кода числа. Таким образом, диапазон значений типа int зависит от спецификаторов. Диапазоны значений величин целого типа с различными спецификаторами для IBM PC-совместимых компьютеров приведены в таблице «Диапазоны значений простых типов данных» в конце записи.
По умолчанию все целочисленные типы считаются знаковыми, то есть спецификатор signed можно опускать.
Константам, встречающимся в программе, приписывается тот или иной тип в соответствии с их видом. Если этот тип по каким-либо причинам не устраивает программиста, он может явно указать требуемый тип с помощью суффиксов L, l (long) и U, u (unsigned). Например, константа 32L будет иметь тип long и занимать 4 байта. Можно использовать суффиксы L и U одновременно, например, 0x22UL или 05Lu.
Примечание
Типы short int, long int, signed int и unsigned int можно сокращать до short, long, signed и unsigned соответственно.
Символьный тип (char)
Под величину символьного типа отводится количество байт, достаточное для размещения любого символа из набора символов для данного компьютера, что и обусловило название типа. Как правило, это 1 байт. Тип char, как и другие целые типы, может быть со знаком или без знака. В величинах со знаком можно хранить значения в диапазоне от -128 до 127. При использовании спецификатора unsigned значения могут находиться в пределах от О до 255. Этого достаточно для хранения любого символа из 256-символьного набора ASCII. Величины типа char применяются также для хранения целых чисел, не превышающих границы указанных диапазонов.
Расширенный символьный тип (wchar_t)
Тип wchar_t предназначен для работы с набором символов, для кодировки которых недостаточно 1 байта, например, Unicode. Размер этого типа зависит от реализации; как правило, он соответствует типу short. Строковые константы типа wchar_t записываются с префиксом L, например, L»Gates».
Логический тип (bool)
Величины логического типа могут принимать только значения true и false, являющиеся зарезервированными словами. Внутренняя форма представления значения false - 0 (нуль). Любое другое значение интерпретируется как true. При преобразовании к целому типу true имеет значение 1.
Типы с плавающей точкой (float, double и long double)
Стандарт C++ определяет три типа данных для хранения вещественных значений: float, double и long double.
Типы данных с плавающей точкой хранятся в памяти компьютера иначе, чем целочисленные. Внутреннее представление вещественного числа состоит из двух частей - мантиссы и порядка. В IBM PC-совместимых компьютерах величины типа float занимают 4 байта, из которых один двоичный разряд отводится под знак мантиссы, 8 разрядов под порядок и 23 под мантиссу. Мантисса - это число, большее 1.0, но меньшее 2.0. Поскольку старшая цифра мантиссы всегда равна 1, она не хранится.
Для величин типа double, занимающих 8 байт, под порядок и мантиссу отводится 11 и 52 разряда соответственно. Длина мантиссы определяет точность числа, а длина порядка - его диапазон. Как можно видеть из таблицы в конце записи, при одинаковом количестве байт, отводимом под величины типа float и long int, диапазоны их допустимых значений сильно различаются из-за внутренней формы представления .
Спецификатор long перед именем типа double указывает, что под его величину отводится 10 байт.
Константы с плавающей точкой имеют по умолчанию тип double. Можно явно указать тип константы с помощью суффиксов F, f (float) и L, l (long). Например, константа 2E+6L будет иметь тип long double, а константа 1.82f - тип float.
Для написания переносимых на различные платформы программ нельзя делать предположений о размере типа int. Для его получения необходимо пользоваться операцией sizeof, результатом которой является размер типа в байтах. Например, для операционной системы MS-DOS sizeof (int) даст в результате 2, а для Windows 98 или OS/2 результатом будет 4.
В стандарте ANSI диапазоны значений для основных типов не задаются, определяются только соотношения между их размерами, например:
sizeof(float) ≤ slzeof(double) ≤ sizeof(long double)
sizeof(char) ≤ slzeof(short) ≤ sizeof(int) ≤ sizeof(long)
Примечание
Минимальные и максимальные допустимые значения для целых типов зависят от реализации и приведены в заголовочном файле
Тип void
Кроме перечисленных, к основным типам языка относится тип void, но множество значений этого типа пусто. Он используется для определения функций, которые не возвращают значения, для указания пустого списка аргументов функции, как базовый тип для указателей и в операции приведения типов.
Диапазоны значений простых типов данных в C++ для IBM PC-совместимых компьютеров
Q: Что означает термин IBM PC-совместимый компьютер?
A: IBM PC-совместимый компьютер (англ. IBM PC compatible) - компьютер, архитектурно близкий к IBM PC, XT и AT. IBM PC-совместимые компьютеры построены на базе микропроцессоров, совместимых с Intel 8086 (а, как известно, все выпущенные позднее процессоры Intel имеют полную обратную совместимость с 8086). По сути это практически все современные компьютеры.
Различные виды целых и вещественных типов, различающиеся диапазоном и точностью представления данных, введены для того, чтобы дать программисту возможность наиболее эффективно использовать возможности конкретной аппаратуры, поскольку от выбора типа зависит скорость вычислений и объем памяти. Но оптимизированная для компьютеров какого-либо одного типа программа может стать не переносимой на другие платформы, поэтому в общем случае следует избегать зависимостей от конкретных характеристик типов данных.
| Тип | Диапазон значений | Размер (байт) |
| bool | true и false | 1 |
| signed char | -128 … 127 | 1 |
| unsigned char | 0 … 255 | 1 |
| signed short int | -32 768 … 32 767 | 2 |
| unsigned short int | 0 … 65 535 | 2 |
| signed long int | -2 147 483 648 … 2 147 483 647 | 4 |
| unsigned long int | 0 … 4 294 967 295 | 4 |
| float | 3.4e-38 … 3.4e+38 | 4 |
| double | 1.7e-308 … 1.7C+308 | 8 |
| long double | 3.4e-4932 … 3.4e+4932 | 10 |
Для вещественных типов в таблице приведены абсолютные величины минимальных и максимальных значений.
Типы данных в Си — класс данных, значения которых имеют схожие характеристики. Тип определяет внутреннее представление данных в памяти. Самые основные типы данных: логический, целочисленный, числа с плавающей точкой, строковые, указатели.
При динамической типизации переменная связывается с типом на момент инициализации. Получается, что переменная в разных участках кода может иметь разные типы. Динамическую типизацию поддерживают Java Script, Python, Ruby, PHP.
Статическая типизация является противоположностью динамической. При объявлении переменная получает тип, который не меняется в дальнейшем. Языки Си и Си++ являются именно такими. Этот способ наиболее удобный для написания сложного кода, а на стадии компиляции исключается много ошибок.
Языки неформально делятся на сильнотипизированный и слаботипизированный. Сильная типизация подразумевает, что компилятор выдаст ошибку при несовпадении ожидаемого и фактического типов.
x = 1 + “2”; //ошибка — нельзя прибавить к числу символьный знак
Пример слабой типизации.
Проверка согласования типов осуществляется системой типобезопасности. Ошибка типизации возникает, например, при попытке использовать число как функцию. Существуют нетипизированные языки. В противоположность типизированным, они позволяют осуществлять любые операции над каждым объектом.
Классы памяти
Переменные, независимо от их типа, имеют свою область видимости и время существования.
Классы памяти:
- auto;
- static;
- extern;
- register.
Все переменные в языке Си по умолчанию являются локальными. Они могут использоваться только внутри функции или блока. По завершении функции их значение уничтожается.
Статическая переменная также является локальной, но вне своего блока может иметь другое значение, а между вызовами функции значение сохраняется.
Внешняя переменная является глобальной. Она доступна в любой части кода и даже в другом файле.
Спецификаторы типов данных в Си могут не указываться в таких случаях:
- Все переменные внутри блока не являются переменными, соответственно, если предполагается использование именно этого класса памяти, то спецификатор auto не указывается.
- Все функции, объявленные вне блока или функции, являются по умолчанию глобальными, поэтому спецификатор extern не обязателен.
Для указания простых типов указываются спецификаторы int, char, float или double. К переменным могут подставляться модификаторы unsigned (беззнаковый), signed (знаковый), short, long, long long.
По умолчанию все числа являются знаковыми, соответственно, могут находиться в диапазоне только положительных чисел. Чтобы определить переменную типа char как знаковую, пишется signed char. Long, long long и short указывают, как много места в памяти отводится для хранения. Наибольшее — long long, наименьшее — short.
Char — самый маленький тип данных в Си. Для хранения значений выделяется всего 1 байт памяти. Переменной типа character обычно присваиваются символы, реже — цифры. Символьные значения берутся в кавычки.
Тип int хранит целые числа, его размер не определен — занимает до 4 байт памяти, в зависимости от архитектуры компьютера.
Явное преобразование беззнаковой переменной задается так:
Неявное выглядит так:
Float и double определяют числа с точкой. Числа float представляются в виде -2.3 или 3.34. Double используется для большей точности — после разделителя целой и дробной части указывается больше цифр. Этот тип занимает больше места в памяти, чем float.
Void имеет пустое значение. Он определяет функции, которые ничего не возвращают. С помощью этого спецификатора указывается пустое значение в аргументах методов. Указатели, которые могут принимать любой тип данных, также определяются как void.
Логический тип Bool
Применяется в проверках условий и циклах. Имеет всего два значения:
- истина;
- ложь.
Булевые значения могут преобразовываться в значение типа int. True эквивалентно единице, false — нулю. Преобразование типов предусмотрено только между bool и int, в противном случае компилятор выдаст ошибку.
if (x) { //Error: «Cannot implicitly convert type ‘int’ to ‘bool"»
if (x != 0) // The C# way
Строки и массивы
Массивы относятся к сложными типам даным в Си. ЯП не работает со строками так же, как это делает Джаваскрипт или Руби. В Си все строки являются массивами элементов символьного значения. Строки оканчиваются нулевым байтом “
При написании программы на любом языке вам нужно использовать различные переменные для хранения различной информации. Переменные - это не что иное, как зарезервированные ячейки памяти для хранения значений. Это означает, что при создании переменной вы сохраняете некоторое пространство в памяти.
Вы можете хранить информацию различных типов данных, таких как символ, широкий символ, целое число, плавающая точка, двойная плавающая точка, логическое значение и т. Д. На основе типа данных переменной операционная система выделяет память и решает, что можно сохранить в зарезервированная память.
Примитивные встроенные типы
C ++ предлагает программисту богатый набор встроенных, а также пользовательских типов данных. В следующих таблицах перечислены семь основных типов данных C ++:
| Type | Keyword |
|---|---|
| Boolean | bool |
| Character | char |
| Integer | int |
| Floating point | float |
| Double floating point | double |
| Valueless | void |
| Wide character | wchar_t |
Некоторые из основных типов могут быть изменены с использованием одного или нескольких модификаторов этого типа:
- signed
- unsigned
- short
В следующей таблице показан тип переменной, объем памяти, который требуется для хранения значения в памяти, и то, что является максимальным и минимальным значением, которое может быть сохранено в таких переменных.
| Type | Typical Bit Width | Typical Range |
|---|---|---|
| char | 1byte | -127 to 127 or 0 to 255 |
| unsigned char | 1byte | 0 to 255 |
| signed char | 1byte | -127 to 127 |
| int | 4bytes | -2147483648 to 2147483647 |
| unsigned int | 4bytes | 0 to 4294967295 |
| signed int | 4bytes | -2147483648 to 2147483647 |
| short int | 2bytes | -32768 to 32767 |
| unsigned short int | Range | 0 to 65,535 |
| signed short int | Range | -32768 to 32767 |
| long int | 4bytes | -2,147,483,648 to 2,147,483,647 |
| signed long int | 4bytes | same as long int |
| unsigned long int | 4bytes | 0 to 4,294,967,295 |
| float | 4bytes | +/- 3.4e +/- 38 (~7 digits) |
| double | 8bytes | |
| long double | 8bytes | +/- 1.7e +/- 308 (~15 digits) |
| wchar_t | 2 or 4 bytes | 1 wide character |
Размер переменных может отличаться от размера, указанного в приведенной выше таблице, в зависимости от компилятора и компьютера, который вы используете. Ниже приведен пример, который даст правильный размер различных типов данных на вашем компьютере.
#include
В этом примере используется endl , который вводит символ новой строки после каждой строки, а оператор << используется для передачи нескольких значений на экран. Мы также используем оператор sizeof () для получения размера различных типов данных.
Когда приведенный выше код компилируется и выполняется, он производит следующий результат, который может варьироваться от машины к машине:
Size of char: 1 Size of int: 4 Size of short int: 2 Size of long int: 4 Size of float: 4 Size of double: 8 Size of wchar_t: 4
Декларации typedef
Вы можете создать новое имя для существующего типа с помощью typedef . Ниже приведен простой синтаксис для определения нового типа с использованием typedef:
Typedef type newname;
Например, следующее говорит компилятору, что ногами является другое имя для int:
Typedef int feet;
Теперь следующая декларация совершенно легальна и создает целочисленную переменную, называемую расстоянием:
Feet distance;
Перечисленные типы
Перечислимый тип объявляет необязательное имя типа и набор из нуля или более идентификаторов, которые могут использоваться как значения типа. Каждый перечислитель является константой, тип которой является перечислением. Для создания перечисления требуется использование ключевого слова enum . Общий вид типа перечисления:
Enum enum-name { list of names } var-list;
Здесь enum-name - это имя типа перечисления. Список имен разделяется запятой. Например, следующий код определяет перечисление цветов, называемых цветами, и переменной c цвета типа. Наконец, c присваивается значение «blue».
Enum color { red, green, blue } c; c = blue;
По умолчанию значение первого имени равно 0, второе имя имеет значение 1, а третье - значение 2 и т. Д. Но вы можете указать имя, определенное значение, добавив инициализатор. Например, в следующем перечислении зеленый будет иметь значение 5.
Enum color { red, green = 5, blue };
Здесь blue будет иметь значение 6, потому что каждое имя будет больше, чем предыдущее.
