Встроенные типы данных

 

Встроенные типы данных предопределены в языке. Это самые простые величины, из которых составляют все производные типы, в том числе и классы. Различные реализации и компиляторы могут определять различные диапазоны значений целых и вещественных чисел.

В таблице 12.1 перечислены простейшие типы данных, которые определяет язык Си++, и приведены наиболее типичные диапазоны их значений.

 

 

Таблица. Встроенные типы языка Си++.
Название	Обозначение	Диапазон значений
Байт	char	от -128 до +127
без знака	unsigned char	от 0 до 255
Короткое целое число	short	от -32768 до +32767
Короткое целое число без знака	unsigned short	от 0 до 65535
Целое число	int	от – 2147483648 до + 2147483647
Целое число без знака	unsigned int (или просто unsigned)	от 0 до 4294967295
Длинное целое число	long	от – 2147483648 до + 2147483647
Длинное целое число без знака	unsigned long	от 0 до 4294967295
Вещественное число одинарной точности	float	от ±3.4e-38 до ±3.4e+38 (7 значащих цифр)
Вещественное число двойной точности	double	от ±1.7e-308 до ±1.7e+308 (15 значащих цифр)
Вещественное число увеличенной точности	long double	от ±1.2e-4932 до ±1.2e+4932
Логическое значение	bool	значения true(истина) или false (ложь)

 

Целые числа

Для представления целых чисел в языке С++ существует несколько типов – char, short, int и long (полное название типов: short int, long int, unsigned long int и т.д. Поскольку описатель int можно опустить, мы используем сокращенные названия. Они отличаются друг от друга диапазоном возможных значений. Каждый из этих типов может быть знаковым или беззнаковым. По умолчанию, тип целых величин – знаковый. Если перед определением типа стоит ключевое слово unsigned , то тип целого числа — беззнаковый. Для того чтобы определить переменную x типа короткого целого числа, нужно записать:

short x;

Число без знака принимает только положительные значения и значение ноль. Число со знаком принимает положительные значения, отрицательные значения и значение ноль.

Целое число может быть непосредственно записано в программе в виде константы. Запись чисел соответствует общепринятой нотации. Примеры целых констант: 0, 125, -37. По умолчанию целые константы принадлежат к типу int. Если необходимо указать, что целое число — это константа типа long , можно добавить символ L или l после числа. Если константа беззнаковая, т.е. относится к типу unsigned long или unsigned int , после числа записывается символ U или u. Например: 34U, 700034L, 7654ul.

Кроме стандартной десятичной записи, числа можно записывать в восьмеричной или шестнадцатеричной системе счисления. Признаком восьмеричной системы счисления является цифра 0 в начале числа. Признаком шестнадцатеричной — 0x или 0X перед числом. Для шестнадцатеричных цифр используются латинские буквы от A до F (неважно, большие или маленькие).

Таким образом, фрагмент программы

const int x = 240;const int y = 0360;const int z = 0x0F0;

определяет три целые константы x, y и z с одинаковыми значениями.

Отрицательные числа предваряются знаком минус "-". Приведем еще несколько примеров:

// ошибка в записи восьмеричного числаconst unsigned long ll = 0678; // правильная записьconst short a = 0xa4; // ошибка в записи десятичного числаconst int x = 23F3;

Для целых чисел определены стандартные арифметические операции сложения (+), вычитания (-), умножения (*), деления (/); нахождение остатка от деления (%), изменение знака (-). Результатом этих операций также является целое число. При делении остаток отбрасывается. Примеры выражений с целыми величинами:

x + 4;30 — x;x * 2;-x;10 / x;x % 3;

Кроме стандартных арифметических операций, для целых чисел определен набор битовых (или поразрядных) операций. В них целое число рассматривается как строка битов (нулей и единиц при записи числа в двоичной системе счисления или разрядов машинного представления).

К этим операциям относятся поразрядные операции И, ИЛИ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, поразрядное отрицание и сдвиги. Поразрядная операция ИЛИ, обозначаемая знаком |, выполняет операцию ИЛИ над каждым индивидуальным битом двух своих операндов. Например, 1 | 2 в результате дают 3, поскольку в двоичном виде 1 это 01, 2 – это 10, соответственно, операция ИЛИ дает 11 или 3 в десятичной системе (нули слева мы опустили).

Аналогично выполняются поразрядные операции И, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и отрицание.

3 | 1 результат 34 & 7 результат 44 ^ 7 результат 30 & 0xF результат 0~0x00F0 результат 0xFF0F

Операция сдвига перемещает двоичное представление левого операнда на количество битов, соответствующее значению правого операнда. Например, двоичное представление короткого целого числа 3 – 0000000000000011. Результатом операции 3 << 2 (сдвиг влево) будет двоичное число 0000000000001100 или, в десятичной записи, 12.

При сдвиге влево число дополняется нулями справа. При сдвиге вправо бит, которым дополняется число, зависит от того, знаковое оно или беззнаковое. Для беззнаковых чисел при сдвиге вправо они всегда дополняются нулевым битом. Если же число знаковое, то значение самого левого бита числа используется для дополнения. Это объясняется тем, что самый левый бит как раз и является знаком — 0 означает плюс и 1 означает минус.

Рассмотренные арифметические и поразрядные операции выполняются над целыми числами и в результате дают целое число. В отличие от них операции сравнения выполняются над целыми числами, но в результате дают логическое значение истина true или ложь false .

Для целых чисел определены операции сравнения: равенства (==), неравенства (!=), больше (>), меньше (<), больше или равно (>=) и меньше или равно (<=).

Последний вопрос, который мы рассмотрим в отношении целых чисел, – это преобразование типов. В языке Си++ допустимо смешивать в выражении различные целые типы. Например, вполне допустимо записать x + y, где x типа short , а y – типа long . При выполнении операции сложения величина переменной x преобразуется к типу long . Такое преобразование можно произвести всегда, и оно безопасно, т.е. мы не теряем никаких значащих цифр. Общее правило преобразования целых типов состоит в том, что более короткий тип при вычислениях преобразуется в более длинный. Только при выполнении присваивания длинный тип может преобразовываться в более короткий. Например:

short x;long y = 15;. . .x = y;

Такое преобразование не всегда безопасно, поскольку могут потеряться значащие цифры. Обычно компиляторы, встречая такое преобразование, выдают предупреждение или сообщение об ошибке.

Вещественные числа

Вещественные числа в С++ могут быть одного из трех типов: с одинарной точностью — float , с двойной точностью – double , и с расширенной точностью – long double.

float x;double e = 2.9;long double s;

В большинстве реализаций языка представление и диапазоны значений соответствуют стандарту IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) для представления вещественных чисел. Точность представления чисел составляет 7 десятичных значащих цифр для типа float , 15 значащих цифр для double и 19 — для типа long double .

Вещественные числа записываются либо в виде десятичных дробей, например 1.3, 3.1415, 0.0005, либо в виде мантиссы и экспоненты: 1.2E0, 0.12e1. Отметим, что обе предыдущие записи изображают одно и то же число 1.2.

По умолчанию вещественная константа принадлежит к типу double . Чтобы обозначить, что константа на самом деле float , нужно добавить символ f или F после числа: 2.7f. Символ l или L означает, что записанное число относится к типу long double .

const float pi_f = 3.14f; double pi_d = 3.1415;long double pi_l = 3.1415L;

Для вещественных чисел определены все стандартные арифметические операции сложения (+), вычитания (-), умножения (*), деления (/) и изменения знака (-). В отличие от целых чисел, операция нахождения остатка от деления для вещественных чисел не определена. Аналогично, все битовые операции и сдвиги к вещественным числам не применимы; они работают только с целыми числами. Примеры операций:

2 * pi;

(x – e) / 4.0

Вещественные числа можно сравнивать на равенство (==), неравенство (!=), больше (>), меньше (<), больше или равно (>=) и меньше или равно (<=).

В результате операции сравнения получается логическое значение истина или ложь.

Если арифметическая операция применяется к двум вещественным числам разных типов, то менее точное число преобразуется в более точное, т.е. float преобразуется в double и double преобразуется в long double . Очевидно, что такое преобразование всегда можно выполнить без потери точности.

Если вторым операндом в операции с вещественным числом является целое число, то целое число преобразуется в вещественное представление.

Хотя любую целую величину можно представить в виде вещественного числа, при таком преобразовании возможна потеря точности (для больших чисел).

Логические величины

В языке Си++ существует специальный тип для представления логических значений bool . Для величин этого типа существует только два возможных значения: true (истина) и false (ложь). Объявление логической переменной выглядит следующим образом:

bool condition;

Для типа bool определены стандартные логические операции: логическое И (&&), ИЛИ (||) и НЕ (!).

cond1 && cond2 cond1 || cond2!cond1

Как отмечалось ранее, логические значения получаются в результате операций сравнения. Кроме того, в языке С++ принято следующее правило преобразования чисел в логические значения: ноль соответствует значению false , и любое отличное от нуля число преобразуется в значение true . Поэтому можно записать, например:

int k = 100;while (k) { // выполнить цикл 100 раз k--;}

Символы и байты

Символьный или байтовый тип в языке С++ относится к целым числам, однако мы выделили их в особый раздел, потому что запись знаков имеет свои отличия.

Итак, для записи знаков в языке С++ служат типы char и unsigned char Первый – это целое число со знаком, хранящееся в одном байте, второй – беззнаковое байтовое число. Эти типы чаще всего используются для манипулирования символами, поскольку коды символов как раз помещаются в байт.

Пояснение. Единственное, что может хранить компьютер, это числа. Поэтому для того чтобы можно было хранить символы и манипулировать ими, символам присвоены коды – целые числа. Существует несколько стандартов, определяющих, какие коды каким символам соответствуют. Для английского алфавита и знаков препинания используется стандарт ASCII. Этот стандарт определяет коды от 0 до 127. Для представления русских букв используется стандарт КОИ-8 или CP-1251. В этих стандартах русские буквы кодируются числами от 128 до 255. Таким образом, все символы могут быть представлены в одном байте (максимальное число символов в одном байте – 255). Для работы с китайским, японским, корейским и рядом других алфавитов одного байта недостаточно, и используется кодировка с помощью двух байтов и, соответственно, тип wchar_t (подробнее см. ниже).

Чтобы объявить переменную байтового типа, нужно записать:

char c; // байтовое число со знаком unsigned char u; // байтовое число без знака

Поскольку байты – это целые числа, то все операции с целыми числами применимы и к байтам. Стандартная запись целочисленных констант тоже применима к байтам, т.е. можно записать:

c = 45;

где С — байтовая переменная. Однако для байтов существует и другая запись констант. Знак алфавита (буква, цифра, знак препинания), заключенный в апострофы, представляет собой байтовую константу, например:

'S' '&' '8' 'ф' Числовым значением такой константы является код данного символа, принятый в Вашей операционной системе.

В кодировке ASCII два следующих оператора эквивалентны:

char c = 68;char c = 'D';

Первый из них присваивает байтовой переменной С значение числа 68. Второй присваивает этой переменной код латинской буквы D, который в кодировке ASCII равен 68.

Для обозначения ряда непечатных символов используются так называемые экранированные последовательности – знак обратной дробной черты, после которого стоит буква. Эти последовательности стандартны и заранее предопределены в языке:

\a звонок\b возврат на один символ назад\f перевод страницы\n новая строка\r перевод каретки\t горизонтальная табуляция\v вертикальная табуляция\' апостроф\" двойные кавычки\\ обратная дробная черта\? вопросительный знак

Для того чтобы записать произвольное байтовое значение, также используется экранированная последовательность: после обратной дробной черты записывается целое число от 0 до 255.

char zero = '\0';const unsigned char bitmask = '\0xFF';char tab = '\010';

Следующая программа выведет все печатные символы ASCII и их коды в порядке увеличения:

for (char c = 32; c < 127; c++) cout << c << " " << (int)c << " ";

Однако напомним еще раз, что байтовые величины – это, прежде всего, целые числа, поэтому вполне допустимы выражения вида

'F' + 1'a' < 23

и т.п. Тип char был придуман для языка С, от которого С++ достались все базовые типы данных. Язык С предназначался для программирования на достаточно "низком" уровне, приближенном к тому, как работает процессор ЭВМ, именно поэтому символ в нем – это лишь число.

В языке С++ в большинстве случаев для работы с текстом используются специально разработанные классы строк, о которых будет говориться позже.

Уже упоминалось о наличии разных кодировок букв, цифр, знаков препинания и т.д. Алфавит большинства европейских языков может быть представлен однобайтовыми числами (т.е. кодами в диапазоне от 0 до 255). В большинстве кодировок принято, что первые 127 кодов отводятся для символов, входящих в набор ASCII: ряд специальных символов, латинские заглавные и строчные буквы, арабские цифры и знаки препинания. Вторая половина кодов – от 128 до 255 отводится под буквы того или иного языка. Фактически, вторая половина кодовой таблицы интерпретируется по разному.

Однако для таких языков, как китайский, японский и некоторые другие, одного байта недостаточно – алфавиты этих языков насчитывают более 255 символов.

Перечисленные выше проблемы привели к созданию многобайтовых кодировок символов. Двухбайтовые символы в языке С++ представляются с помощью типа wchar_t :

wchar_t wch;

Тип wchar_t иногда называют расширенным типом символов, и детали его реализации могут варьироваться от компилятора к компилятору, в том числе может меняться и количество байт, которое отводится под один символ. Тем не менее, в большинстве случаев используется именно двухбайтовое представление.

Константы типа wchar_t записываются в виде L'ab'.