Язык программирования C++. Пятое издание - Стенли Липпман

У языка С++ обширная поддержка таких типов. В нем определено несколько базовых типов: символы, целые числа, числа с плавающей запятой и т.д. Язык предоставляет также механизмы, позволяющие программисту определять собственные типы данных. В библиотеке эти механизмы использованы для определения более сложных типов, таких как символьные строки переменной длины, векторы и т.д. В этой главе рассматриваются встроенные типы данных и основы применения более сложных типов.

Тип определяет назначение данных и операции, которые с ними можно выполнять. Например, назначение простого оператора i = i + j; полностью зависит от типов переменных i и j. Если это целые числа, данный оператор представляет собой обычное арифметическое сложение. Но если это объекты класса Sales_item, то данный оператор суммирует их компоненты (см раздел 1.5.1).

2.1. Простые встроенные типы

В языке С++ определен набор базовых типов, включая арифметические типы (arithmetic type), и специальный тип void. Арифметические типы представляют символы, целые числа, логические значения и числа с плавающей запятой. С типом void не связано значений, и применяется он только при некоторых обстоятельствах, чаще всего как тип возвращаемого значения функций, которые не возвращают ничего.

2.1.1. Арифметические типы

Есть две разновидности арифметических типов: целочисленные типы (включая символьные и логические типы) и типы с плавающей запятой.

Размер (т.е. количество битов) арифметических типов зависит от конкретного компьютера. Стандарт гарантирует минимальные размеры, перечисленные в табл. 2.1. Однако компиляторы позволяют использовать для этих типов большие размеры. Поскольку количество битов не постоянно, значение одного типа также может занимать в памяти больше или меньше места.

Таблица 2.1. Арифметические типы языка С++

Тип Значение Минимальный размер bool Логический тип Не определен char Символ 8 битов wchar_t Широкий символ 16 битов char16_t Символ Unicode 16 битов char32_t Символ Unicode 32 бита short Короткое целое число 16 битов int Целое число 16 битов long Длинное целое число 32 бита long long Длинное целое число 64 бита float Число с плавающей запятой одинарной точности 6 значащих цифр double Число с плавающей запятой двойной точности 10 значащих цифр long double Число с плавающей запятой повышенной точности 10 значащих цифр

Тип bool представляет только значения true (истина) и false (ложь).

Существует несколько символьных типов, большинство из которых предназначено для поддержки национальных наборов символов. Базовый символьный тип, char, гарантировано велик, чтобы содержать числовые значения, соответствующие символам базового набора символов машины. Таким образом, тип char имеет тот же размер, что и один байт на данной машине.

Остальные символьные типы, wchar_t, char16_t и char32_t, используются для расширенных наборов символов. Тип wchar_t будет достаточно большим, чтобы содержать любой символ в наибольшем расширенном наборе символов машины. Типы char16_t и char32_t предназначены для символов Unicode. (Unicode — это стандарт для представления символов, используемых, по существу, в любом языке.)

Остальные целочисленные типы представляют целочисленные значения разных размеров. Язык С++ гарантирует, что тип int будет по крайней мере не меньше типа short, а тип long long — не меньше типа long. Тип long long введен новым стандартом.

Машинный уровень представления встроенных типов

Компьютеры хранят данные как последовательность битов, каждый из которых содержит 0 или 1:

00011011011100010110010000111011 ...

Большинство компьютеров оперируют с памятью, разделенной на порции, размер которых в битах кратен степеням числа 2. Наименьшая порция адресуемой памяти называется байтом (byte). Основная единица хранения, обычно в несколько байтов, называется словом (word). В языке С++ байт содержит столько битов, сколько необходимо для содержания символа в базовом наборе символов машины. На большинстве компьютеров байт содержит 8 битов, а слово — 32 или 64 бита, т.е. 4 или 8 байтов.

У большинства компьютеров каждый байт памяти имеет номер, называемый адресом (address). На машине с 8-битовыми байтами и 32-битовыми словами слова в памяти можно было бы представить следующим образом:

736424 0 0 1 1 1 0 1 1 736425 0 0 0 1 1 0 1 1 736426 0 1 1 1 0 0 0 1 736427 0 1 1 0 0 1 0 0

Слева представлен адрес байта, а 8 битов его значения — справа.

При помощи адреса можно обратиться к любому из байтов, а также к набору из нескольких байтов, начинающемуся с этого адреса. В этом случае говорят о доступе к байту по адресу 736424 или о байте, хранящемуся по адресу 736426. Чтобы получить представление о значении в области памяти по данному адресу, следует знать тип хранимого в ней значения. Именно тип определяет количество используемых битов и то, как эти биты интерпретировать.

Если известно, что объект в области по адресу 736424 имеет тип float, и если тип float на этой машине хранится в 32 битах, то известно и то, что объект по этому адресу охватывает все слово. Значение этого числа зависит от того, как именно машина хранит числа с плавающей запятой. Но если объект в области по адресу 736424 имеет тип unsigned char, то на машине, использующей набор символов ISO-Latin-1, этот байт представляет точку с запятой.

Типы с плавающей точкой представляют значения с одиночной, двойной и расширенной точностью. Стандарт определяет минимальное количество значащих цифр. Большинство компиляторов обеспечивает большую точность, чем минимально определено стандартом. Как правило, тип float представляется одним словом (32 бита), тип double — двумя словами (64 бита), а тип long double — тремя или четырьмя словами (96 или 128 битов). Типы float и double обычно имеют примерно по 7 и 16 значащих цифр соответственно. Тип long double зачастую используется для адаптации чисел с плавающей запятой аппаратных средств специального назначения; его точность, вероятно, также зависит от конкретной реализации этих средств.

Знаковые и беззнаковые типы

За исключением типа bool и расширенных символьных типов целочисленные типы могут быть знаковыми (signed) или беззнаковыми (unsigned). Знаковый тип способен представлять отрицательные и положительные числа (включая нуль); а беззнаковый тип — только положительные числа и нуль.