Язык программирования C++. Пятое издание - Стенли Липпман

Типы int, short, long и long long являются знаковыми. Соответствующий беззнаковый тип получают добавлением части unsigned к названию такого типа, например unsigned long. Тип unsigned int может быть сокращен до unsigned.

В отличие от других целочисленных типов, существуют три разновидности базового типа char: char, signed char и unsigned char. В частности, тип char отличается от типа signed char. На три символьных типа есть только два представления: знаковый и беззнаковый. Простой тип char использует одно из этих представлений. Какое именно, зависит от компилятора.

В беззнаковом типе все биты представляют значение. Например, 8-битовый тип unsigned char может содержать значения от 0 до 255 включительно.

Стандарт не определяет представление знаковых типов, но он указывает, что диапазон должен быть поровну разделен между положительными и отрицательными значениями. Следовательно, 8-битовый тип signed char гарантированно будет в состоянии содержать значения от -127 до 127; большинство современных машин использует представления, позволяющие содержать значения от -128 до 127.

Совет. Какой тип использовать

Подобно языку С, язык С++ был разработан так, чтобы по необходимости программа могла обращаться непосредственно к аппаратным средствам. Поэтому арифметические типы определены так, чтобы соответствовать особенностям различных аппаратных средств. В результате количество возможных арифметических типов в языке С++ огромно. Большинство программистов, желая избежать этих сложностей, ограничивают количество фактически используемых ими типов. Ниже приведено несколько эмпирических правил, способных помочь при выборе используемого типа.

• Используйте беззнаковый тип, когда точно знаете, что значения не могут быть отрицательными.

• Используйте тип int для целочисленной арифметики. Тип short обычно слишком мал, а тип long на практике зачастую имеет тот же размер, что и тип int. Если ваши значения больше, чем минимально гарантирует тип int, то используйте тип long long.

• Не используйте базовый тип char и тип bool в арифметических выражениях. Используйте их только для хранения символов и логических значений. Вычисления с использованием типа char особенно проблематичны, поскольку на одних машинах он знаковый, а на других беззнаковый. Если необходимо маленькое целое число, явно определите тип как signed char или unsigned char.

• Используйте тип double для вычислений с плавающей точкой. У типа float обычно недостаточно точности, а различие в затратах на вычисления с двойной и одиночной точностью незначительны. Фактически на некоторых машинах операции с двойной точностью осуществляются быстрее, чем с одинарной. Точность, предоставляемая типом long double, обычно чрезмерна и не нужна, а зачастую влечет значительное увеличение продолжительности выполнения.

Упражнения раздела 2.1.1

Упражнение 2.1. Каковы различия между типами int, long, long long и short? Между знаковыми и беззнаковыми типами? Между типами float и double?

Упражнение 2.2. Какие типы вы использовали бы для коэффициента, основной суммы и платежей при вычислении выплат по закладной? Объясните, почему вы выбрали каждый из типов?

2.1.2. Преобразование типов

Тип объекта определяет данные, которые он может содержать, и операции, которые с ним можно выполнять. Среди операций, поддерживаемых множеством типов, есть возможность преобразовать (convert) объект данного типа в другой, связанный тип.

Преобразование типов происходит автоматически, когда объект одного типа используется там, где ожидается объект другого типа. Более подробная информация о преобразованиях приведена в разделе 4.11, а пока имеет смысл понять, что происходит при присвоении значения одного типа объекту другого.

Когда значение одного арифметического типа присваивается другому

bool b = 42;          // b содержит true

int i = b;            // i содержит значение 1

i = 3.14;             // i содержит значение 3

double pi = i;        // pi содержит значение 3.0

unsigned char с = -1; // при 8-битовом char содержит значение 255

signed char c2 = 256; // при 8-битовом char значение c2 не определено

происходящее зависит от диапазона значении, поддерживаемых типом.

• Когда значение одного из не логических арифметических типов присваивается объекту типа bool, результат будет false, если значением является 0, а в противном случае — true.

• Когда значение типа bool присваивается одному из других арифметических типов, будет получено значение 1, если логическим значением было true, и 0, если это было false.

• Когда значение с плавающей точкой присваивается объекту целочисленного типа, оно усекается до части перед десятичной точкой.

• Когда целочисленное (интегральное) значение присваивается объекту типа с плавающей точкой, дробная часть равна нулю. Если у целого числа больше битов, чем может вместить объект с плавающей точкой, то точность может быть потеряна.

• Если объекту беззнакового типа присваивается значение не из его диапазона, результатом будет остаток от деления по модулю значения, которые способен содержать тип назначения. Например, 8-битовый тип unsigned char способен содержать значения от 0 до 255 включительно. Если присвоить ему значение вне этого диапазона, то компилятор присвоит ему остаток от деления по модулю 256. Поэтому в результате присвоения значения -1 переменной 8-битового типа unsigned char будет получено значение 255.

• Если объекту знакового типа присваивается значение не из его диапазона, результат оказывается не определен. В результате программа может сработать нормально, а может и отказать или задействовать неверное значение.

Совет. Избегайте неопределенного и машинно-зависимого поведения

Результатом неопределенного поведения являются такие ошибки, которые компилятор не обязан (а иногда и не в состоянии) обнаруживать. Даже если код компилируется, то программа с неопределенным выражением все равно ошибочна.

К сожалению, программы, характеризующиеся неопределенным поведением на некоторых компиляторах и при некоторых обстоятельствах, могут работать вполне нормально, не проявляя проблему. Но нет никаких гарантий, что та же программа, откомпилированная на другом компиляторе или даже на следующей версии данного компилятора, продолжит работать правильно. Нет даже гарантий того, что, нормально работая с одним набором данных, она будет нормально работать с другим.

Аналогично в программах нельзя полагаться на машинно-зависимое поведение. Не стоит, например, надеяться на то, что переменная типа int имеет фиксированный, заранее известный размер. Такие программы называют непереносимыми (nonportable). При переносе такой программы на другую машину любой полагающийся на машинно-зависимое поведение код, вероятней всего, сработает неправильно, поэтому его придется искать и исправлять. Поиск подобных проблем в ранее нормально работавшей программе, мягко говоря, не самая приятная работа.

Компилятор применяет эти преобразования типов при использовании значений одного арифметического типа там, где ожидается значение другого арифметического типа. Например, при использовании значения, отличного от логического в условии, арифметическое значение преобразуется в тип bool таким же образом, как при присвоении арифметического значения переменной типа bool:

int i = 42;

if (i) // условие рассматривается как истинное

 i = 0;

При значении 0 условие будет ложным, а при всех остальных (отличных от нуля) — истинным.

К тому же при использовании значения типа bool в арифметическом выражении оно всегда преобразуется в 0 или 1. В результате применение логического значения в арифметическом выражении является неправильным.

Выражения, задействующие беззнаковые типы

Хотя мы сами вряд ли преднамеренно присвоим отрицательное значение объекту беззнакового типа, мы можем (причем слишком легко) написать код, который сделает это неявно. Например, если использовать значения типа unsigned и int в арифметическом выражении, значения типа int обычно преобразуются в тип unsigned. Преобразование значения типа int в unsigned выполняется таким же способом, как и при присвоении: