Основные языки программирования С/С++

Типы данных С++

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 типа.

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 С++ можно разделить на основные и составные. В языке С++ 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

Основные (стандартные) типы данных часто  называют арифметическими, поскольку  их можно использовать в арифметических операциях. Для описания основных типов  определены следующие ключевые слова:

• int (целый); char (символьный);
• wchar_t (расширенный символьный);
• bool (логический);
• float (вещественный);
• double (вещественный с двойной точностью).

Первые четыре типа 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 табл. 1.4.

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 0 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 С++ 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 табл. 1.4, при  одинаковом количестве байтов, отводимом  под величины типа float и long int, диапазоны  их допустимых значений сильно различаются  из-за внутренней формы представления.

Cпецификатор long перед именем типа double указывает, что под величину отводится 10 байтов.

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.

Таблица 1.4. Диапазоны значений простых типов данных для IBM PC
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 … 1.7e+308	8
long double	3.4e–4932 … 3.4e+4932	10

Для вещественных типов в таблице  приведены абсолютные величины минимальных  и максимальных значений.

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 9X 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) Ј sizeof(double) Ј sizeof(long double) 
sizeof(char) Ј sizeof(short) Ј sizeof(int) Ј sizeof(long)

ПРИМЕЧАНИЕ

Минимальные и максимальные допустимые значения для целых типов зависят  от реализации и приведены в заголовочном файле <limits.h> (<climits>), характеристики вещественных типов — в файле <float.h> (<cfloat>), а также в шаблоне  класса numeric_limits (см. раздел "Другие средства стандартной библиотеки", с. , и приложение 5).

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.

Константы

Константами называют неизменяемые величины. Различаются целые, вещественные, символьные и строковые константы. Компилятор, выделив константу в качестве лексемы, относит ее к одному из типов  по ее внешнему виду.

Форматы констант, соответствующие  каждому типу, приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2. Константы  в языке С++
Константа	Формат	Примеры
Целая	Десятичный: последовательность десятичных цифр, начинающаяся не с  нуля, если это не число нуль	8, 0, 199226
	Восьмеричный: нуль, за которым следуют восьмеричные цифры (0,1,2,3,4,5,6,7)	01, 020, 07155
	Шестнадцатеричный: 0х или 0Х, за которым следуют шестнадцатеричные цифры (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F)	0xA, 0x1B8, 0X00FF
Вещественная	Десятичный: [цифры].[цифры]	5.7, .001, 35.
	Экспоненциальный: [цифры][.][цифры]{E|e}[+|–][цифры]	0.2E6, .11e–3, 5E10
Символьная	Один или два  символа, заключенных в апострофы	'A', 'ю', '*', 'db', '\0', '\n', '\012', '\x07\x07'
Строковая	Последовательность  символов, заключенная в кавычки	"Здесь был  Vasia", "\tЗначение r=\0xF5\n"

Допустимые диапазоны значений целых и вещественных констант приведены  в табл. 1.4.

Если требуется сформировать отрицательную  целую или вещественную константу, то перед константой ставится знак унарной операции изменения знака (–), например: –218, –022, –0x3С, –4.8, –0.1e4.

Вещественная константа в экспоненциальном формате представляется в виде мантиссы и порядка. Мантисса записывается слева  от знака экспоненты (E или e), порядок  — справа от знака. Значение константы  определяется как произведение мантиссы и возведенного в указанную в  порядке степень числа 10. Обратите внимание, что пробелы внутри числа  не допускаются, а для отделения  целой части от дробной используется не запятая, а точка.

Символьные константы, состоящие  из одного символа, занимают в памяти один байт и имеют стандартный  тип char. Двухсимвольные константы занимают два байта и имеют тип int, при  этом первый символ размещается в  байте с меньшим адресом (о  типах данных рассказывается в следующем  разделе).

Символ обратной косой черты  используется для представления:

• кодов, не имеющих графического изображения (например, \a — звуковой сигнал, \n — перевод курсора в начало следующей строки);
• символов апострофа ( ' ), обратной косой черты ( \ ), знака вопроса ( ? ) и кавычки ( " );
• любого символа с помощью его шестнадцатеричного или восьмеричного кода, например, \073, \0xF5. Числовое значение должно находиться в диапазоне от 0 до 255.

Последовательности  символов, начинающиеся с обратной косой черты, называют управляющими, или escape-последовательностями. В таблице 1.3 приведены их допустимые значения. Управляющая последовательность интерпретируется как одиночный символ. Если непосредственно  за обратной косой чертой следует  символ, не предусмотренный табл. 1.3, результат интерпретации не определен. Если в последовательности цифр встречается  недопустимая, она считается концом цифрового кода.

Таблица 1.3. Управляющие  последовательности в языке С++
Изображени	Шестнадцатеричный код	Наименование
\a	7	Звуковой сигнал
\b	8	Возврат на шаг
\f	C	Перевод страницы (формата)
\n	A	Перевод строки
\r	D	Возврат каретки
\t	9	Горизонтальная  табуляция
\v	B	Вертикальная табуляция
\\	5C	Обратная косая  черта
\'	27	Апостроф
\"	22	Кавычка
\?	3F	Вопросительный  знак
\0ddd	—	Восьмеричный код  символа
\0xddd	ddd	Шестнадцатеричный код символа

Управляющие последовательности могут  использоваться и в строковых  константах, называемых иначе строковыми литералами. Например, если внутри строки требуется записать кавычку, ее предваряют косой чертой, по которой компилятор отличает ее от кавычки, ограничивающей строку: