C++ Primer Plus 第四章 複合類型 學習筆記

第四章 複合類型

1. 數組概述

1.1 數組的定義

數組（array）是一種數據格式，可以存儲多個同類型的值。每一個值都存儲在一個獨立的數組元素中，計算機在內存中依次存儲數組的各個元素。

數組聲明的三個特色：

• 存儲在每一個元素中的值的類型
• 數組名
• 數組中的元素數

C++中能夠經過修改簡單變量的聲明，添加中括號（其中包含元素數目）來完成數組聲明。

例如：

short days[24]; // 一天有24個小時

1.2 數組的聲明

聲明數組的的通常語法格式爲：

// 數組類型 數組名字[數組的大小]
int score[4]; // 四我的的分數，整型數組

數組的大小是指定元素的數目，必須是整型常數或const值，也能夠是常量表達式(8*sizeof(int))

1.3 複合類型的數組

可使用其餘的類型來建立（C語言使用術語：派生類型）

數組的用途，能夠單獨訪問數組元素，方法是：使用下標或索引對元素進行編號。從0開始編號。

編譯器不會檢查下標是否有效，因此要注意下標合法性，避免程序異常問題。
C++使用索引的方括號表示法來指定數組元素。

1.4 數組的初始化規則

1.只有在定義數組時才能初始化，此後不能使用，也不能將一個數值賦給另外一個數組。

2.初始化數組時，提供的值少於數組的元素數目。

3.若是隻對數組的一部分進行初始化，則編譯器把其餘元素設置爲0。

4.若是初始化爲{1}而不是{0}，則第一個元素被設置爲1，其餘元素都被設置爲0.

5.若是初始化數組方括號內（[]）爲空，C++編譯器將計算元素個數。 例如：short things[] = {1,3,5,7};

1.5 C++11數組初始化方法

C++11將使用大括號的初始化（列表初始化）做爲一種通用的初始化方式，可用於全部類型。

在C++中列表初始化就增長了一些功能：

• 初始化數組時，可省略等號（=）

double earnings[4] {1.2e4,1.6e4,1.1e4,1.7e4};

• 可不在大括號內包含任何東西，這會將所元素都設置爲零。

unsigned int const[10] = {};

float balances[100] {};

• 列表初始化禁止縮窄轉換。

long num[] = {25,92,3.0}; // 浮點數轉換爲整型是縮窄操做

例子：

#include<iostream>

using namespace std;

int main()
{
    // 建立一個名字爲yams的數組，包含了3個元素，編號是0～2.
    int yams[3];
    yams[0] = 7;
    yams[1] = 8;
    yams[2] = 6;

    // 使用逗號分隔的值列表（初始化列表），而後用花括號括起來便可。
    // 列表中的空格是可選的，若是沒有初始化函數中定義的數組，其元素值也是不肯定。
    int yamcosts[3] = {1,2,3};

    cout<<"yams 數組是："<<yams[0]+yams[1]+yams[2]<<endl;
    cout<<"yams[1] = "<<yams[1]<<endl;
    int total = yams[0] * yamcosts[0] + yams[1] * yamcosts[1];
    total = total + yams[2] * yamcosts[2];
    cout<<"total yam = "<<total<<endl;

    // sizeof運算符返回類型或數據對象的長度（單位爲字節）。
    // 若是將sizeof運算符用於數組名，獲得的是整個數組的字節數。
    // 若是sizeof用於數組元素，獲得的是元素的長度（單位爲字節）。
    cout<<"\n yams數組的大小 = "<<sizeof(yams)<<" Bytes.\n";
    cout<<"一個元素的大小 = "<<sizeof(yams[0])<<" Bytes.\n";

    return 0;
}

2. 字符串

字符串是存儲在內存的連續字節中的一系列字符。

2.1 C++處理字符串的兩種方式：

• C語言，經常被稱爲C-風格字符串(C-style String)

  以空字符（\0,ASCII碼對應爲0）來標記字符串的結尾。

• 基於String類庫的方法

存儲在連續字節中的一系列字符意味着能夠將字符串存儲在char數組中。其中每一個字符都位於本身的數組元素中。

使用引號括起來的字符串，這種字符串叫 字符串常量（String constant） 或 字符串字面值（string literal） 。

字符串常量（使用雙引號）不能與字符常量（使用單引號）互換。

例如：

char name[] = "Soler";

字符串結尾的空字符，不用直接顯式包括，機器在鍵盤輸入，將字符串讀入到char類型中，會在結尾自動加上空字符。

⚠️注意：肯定了存儲字符串所需的最短數組時，不要忘記把結尾的空字符包括在內。

2.2 字符串常量的拼接

方法：直接兩個引號括起來的字符串合併爲一個。任何兩個由空白（空格、製表符和換行符）分隔的字符串常量都將自動拼接成一個。

cout<<"My name is " "Soler HO.\n"

2.3 在數組中使用字符串

將字符串存儲到數組的經常使用方法：

• 將數組初始化爲字符串常量
• 將鍵盤或文件輸入讀入到數組中。

#include <iostream>
#include <cstring> /*提供strlen()函數*/
using namespace std;

const int Size = 15;

int main()
{
    char name1[Size];
    char name2[Size] = "C++owboy";
    // 字符串的拼接
    cout<<"Howdy!I'm "<< name2;
    cout<<"!,What's your name?\n";
    cin>>name1;

    cout<<"Well, "<<name1<<",your name has : "<<strlen(name1)<<" letters and is stored!\n" ;
    cout<<"In an array of "<<sizeof(name1)<<" Bytes\n";
    cout<<"Your iniatial is "<<name1[0]<<".\n"; // name1數組中的第一個元素
    name2[3] = '\0';
    cout<<"Here are the first 3 characters of my name:"<<name2<<endl;

    return 0;
}

strlen() 函數 和 sizeof()運算符的區別

• strlen()函數

  • 返回的是存儲在數組中的字符串的長度，而~~不是數組自己的長度~~。
  • strlen()只計算可見的字符，而不把空字符計算在內。

• sizeof() 運算符

  • 指出變量或數據類型的字節大小。
  • 可用於獲取類、結構、共用體和其餘用戶自定義數據類型的大小。

2.4 讀取一行字符串的輸入

解決沒有逐行讀取輸入的缺陷。

istream中提供了面向行的類成員函數：getline() 和 get() 函數

2.4.1 面向行的輸入：getline()

使用經過回車鍵輸入的換行符來肯定輸入結尾。使用 cin.getline() 。

函數有兩個參數：

• 第一個參數：存儲輸入行的數組名稱。
• 第二個參數：要讀取的字符數（注意包含結尾的空字符（\0））。

格式：

cin.getline(name,ArSize);

2.4.2 面向行的輸入：get()

與getline() 函數相似，接受的參數相同，解釋參數的方式也相同，並讀到行尾。

區別：get() 讀取並丟棄換行符，將其留在輸入隊列中。

格式：

cin.get(name,ArSize);

get() 將兩個類成員函數拼接（合併）：

cin.get(name,ArSize).get();

⚠️注意：get() 函數讀取空行後設置會失效，輸入會被阻斷。可用以下恢復：

cin.clear();

混合輸入數字和麪向行的字符串會致使的問題：沒法輸入地址。

解決方法：直接使用get()進行讀取以前丟棄換行符。

3. string類

string類位於名稱空間std中，因此須要提供using指令或者是直接使用std::string進行引用。

要使用string類，必須在程序中包含頭文件string中。

string類定義隱藏了字符串的數組性質。

3.1 string對象的方式

使用string對象的方式和使用字符數組相同。

• C-風格字符串來初始化string對象中。
• 使用cin來將鍵盤輸入存儲到string對象中。
• 使用cout來顯示string對象。
• 可使用數組表示方法來訪問存儲在string1對象中的字符。

賦值 —— 不能將一個數組賦給另外一個數組，但能夠將一個string對象賦另外一個string對象。

char char01[20];                // 建立一個空列表
char char02[20] = "Jason";      // 建立一個初始化數組

string str01;                   // 建立一個空的string對象
string str02 = "Soler Ho";      // 建立一個初始化的string對象

char01 = char01;                // 不可執行，一個數組不能賦值給另外一個數組
str01 = str02;                  // 可執行，可將一個string對象賦給另外一個string對象。

3.2 複製、拼接和附加

string類簡化字符串合併操做。

• 利用運算符 + 將兩個string對象合併起來。

string str01;                  
string str02 = "Soler Ho";

string = str01 + str02;

• 可使用運算符 += 將字符串附加到string對象的末尾。

string str01;                  
string str02 = "Soler Ho";

str01 += str02;

4. 結構簡介

結構是用戶定義的類型，而結構聲明定義了類型的數據屬性。

定義類型以後，就直接建立類型的變量。

結構比數組靈活，同一個結構中能夠存儲多種類型的數據。

4.1 建立結構的步驟：

• 定義結構描述 —— 描述並標記可以存儲在結構中的各類數據類型

• 按描述建立結構變量（結構數據對象）。

4.2 結構的定義：

struct(關鍵字) 類型名(標記成爲新類型的名稱)
{
    結構成員1;
    結構成員2;
    結構成員3;
};//(結束結構聲明)

對於結構中的成員，使用成員運算符（.）來進行訪問各個成員。

4.3 結構的初始化（C++11）

• 與數組同樣，列表的初始化用於結構，且等號（=）無關緊要。

infor Soler_infor {"Soler HO",55,168}; // 在C++11中，= 號能夠省略

• 若是大括號內未包含任何東西，各個成員都將設置爲零。

infor Soler_infor {};

• 不容許縮窄轉換

✅ 小Tips：C++容許在聲明結構變量時省略關鍵字struct。

4.4 成員賦值

成員賦值（memberwise assignment）：可使用賦值運算符（=）將結構賦另外一個同類型的結構。這樣結構中的每一個成員都將被設置爲另外一個結構中相應成員的值。即便成員是數組。這種方式就是成員賦值。

5. 共用體

共用體（union），也叫作聯合（union）。一種 構造數據類型 。

關鍵字：union

聯合（union）：將不一樣類型的數據在一塊兒共同佔用同一段內存

存儲不一樣的數據類型，但只能同時存儲其中的一種類型

示例：

union sample
{
    int int_val;
    long long_val;
    double double_val;
};

5.1 結構體和共用體的區別

• 結構能夠同時存儲int、long和double。
• 共用體只能存儲int、long和double三種。
• 含義不一樣。
• 關鍵字不一樣
  • 結構體：struct
  • 共用體：union

5.2 共用體的用途：

• 當數據使用兩種格式或更多格式（但不會同時使用）時，能夠節省空間。
  • 嵌入式系統編程（如控制烤箱、MP3播放器），內存很是寶貴。
• 經常使用於操做系統數據結構或硬件數據結構。

5.3 匿名共用體

匿名共用體（anonymous union）沒有名稱，其成員將成爲位於相同地址處的變量。

6. 枚舉

C++的enum工具提供了另外一種建立符號常量的方式，能夠代替const，容許定義新類型，但必須有嚴格限制。

使用enum的語法格式與結構的使用相似。

enum color{red,orange,yellow,green,blue,voilet};

6.1 設置枚舉量的值

enum week{Monday = 1,Tuesday = 2;Wednesday = 3;Thursday = 4};

指定的值必須是整數。也能夠只顯示定義其中一些枚舉量的值。

若是第一個變量未初始化，默認爲0。後面沒有被初始化的枚舉量的值將比其前面的枚舉量大1。也能夠建立多個值相同的枚舉量。

enum {zero,null = 0,numero_one,one = 1};

6.2 枚舉的取值範圍

每一個枚舉都有取值範圍的上限，經過強制類型轉換，能夠將取值範圍中的任何整數值賦給枚舉常量，即便這個值不是枚舉值。

6.3 取值範圍的定義

• 找出上限，須要知道枚舉量的最大值。
  • 找到大於最大值的，最小的2的冪，減去1，獲得就是取值範圍的上限。
• 計算下限，知道枚舉量的最小值。
  • 若是不小於0，則取值範圍的下限爲0，不然，採用尋找上限方式相同的方式，可是要加上負號。

對於選擇使用多少空間來存儲枚舉由編譯器決定。

7. 指針和自由空間

對於地址顯示結果是十六進制表示法，由於都是經常描述內存的表示法。

• 指針與C++基本原理

  面向對象編程和傳統的過程性編程的區別，OOP強調的是運行階段(而不是編譯階段)進行決策。

  • 運行階段：程序正在運行是，取決於不一樣的狀況。
  • 編譯階段：編譯器將程序組合起來時。堅持原先設定的安排

指針用於存儲值的地址。指針名錶示的是地址。

*運算符稱爲間接值或解除引用運算符，將其應用於指針，獲得該地址處存儲的值。

7.1 聲明和初始化指針

指針的聲明必須指定指向的數據的類型。

int *p_updates;

*p_updates 的類型是int，因此*運算符被用於指針，因此p_updates變量必須是指針。

運算符*兩邊的空格是可選的。

int *ptr; /*該狀況強調：*ptr是一個int類型的值。*/

int* ptr; /*該狀況強調：int* 是一種類型，指向int的指針。*/

在C++中，int*是一種複合類型，是指向int的指針。

double *tax_ptr;

7.2 指針的危險

在C++建立指針時，計算機將分配用來存儲地址的內存，可是不會分配用來存儲指針所指向的數據的內存。

⚠️注意：必定要在對指針應用解除引用運算符(*)以前，將指針初始化爲一個肯定的、適當的地址。

7.3 指針和數字

整數能夠加減乘除等運算，而指針描述的是位置。

C++語言數字不能做爲地址使用，若是要把數字當地址來使用，應經過強制類型轉換將數字轉換爲適當的地址類型。

7.4 使用new分配和delete釋放內存

指針在運行階段 分配未命名的內存以存儲值。而後使用內存來訪問內存。

C語言中，使用 庫函數malloc()來分配內存。C++中使用 ———— new運算符。

7.4.1 要注意使用delete進行內存的釋放

須要內存時，直接使用new來請求，這是內存管理數據包的一個方面。

若是使用了delete運算符，使得在使用完內存後，可以將其歸還給內存池，這是有效使用內存的關鍵。

使用delete時，後面要加上指向內存塊的指針。

int * ps = new int; // 使用new進行內存分配
 ...
delete ps; // 使用delete進行內存的釋放

⚠️注意點：

1.使用delete釋放ps的內存，可是不會刪除指針ps自己。

2.只能用delete來釋放使用new分配的內存，可是若是是空的指針使用delete是安全的。

使用delete的關鍵：用於new分配的內存。不是要使用於new的指針，而是用於new的地址。

❌警告：不能建立兩個指向同一個內存塊的指針。會增長錯誤地刪除同一個內存塊兩次的可能性。

7.5 使用new建立動態數組

C++中，建立動態數組，只須要將數組的元素類型和元素數目告訴new便可。必須在類型名後面加上方括號，其中包含了元素數目。

通用格式：

Type_name *pointer_name = new Type_name[num_element];
//例子
int * psome =new int[10]; // 建立10個int元素的數組

new運算符會返回第一個元素的地址

若是使用完new分配的內存，使用delete進行內存的釋放。

delete [] psome; // 進行內存的釋放

delete和指針直接的方括號告訴程序，應釋放整個數組，不只僅是指針指向的元素。

delete中的方括號的有無取決於使用new時的方括號有無。

對於指針數組的使用，直接能夠按照普通數組的使用便可。

7.6 使用new和delete時，要遵循的規則

• 不要使用delete來釋放不是new分配的內存。
• 不要使用delete釋放同一個內存塊兩次。
• 若是使用new[]爲數組分配內存時，則應使用delete[] 來釋放。
• 若是使用new[]爲一個實體分配內存，則應使用delete（沒有方括號）來釋放。
• 對空指針使用delete時很安全。

8. 指針、數組和指針算術

指針和數組基本等價的緣由：指針算術(pointer arithmetic) 和C++ 內部處理數組的方式。

• 對整數變量 + 1，其值增長1
• 對指針變量 + 1，增長的量等於它指向的類型的字節數。
  獲取數組地址的兩種方式

double * pw = wages; // 數組名 = 地址 ;將pw聲明爲指向double類型的指針。而後將其初始化爲wages - - - wages數組中第一個元素的地址。

short * ps = &wages[0]; // 使用地址操做；使用地址運算符來將ps指針初始化爲stacks數組的第一個元素。

8.1 指針問題小結

8.1.1 聲明指針

要聲明指向特定類型的指針，語法格式：

TypeName *pointerName;
// 例子
double * pn; // pn 指向一個double類型
char * ps;  // ps 指向一個char類型

8.1.2 給指針賦值

將內存地址賦給指針。能夠對變量名應用 & 運算符，來得到被變量名的內存地址，new運算符返回未命名的內存的地址。

示例：

double * pn;  // pn 指向一個double類型
double * pa; // pa 指向一個double類型

char * pc; // pc 指向一個char類型
double bubble = 3.2; 

pn = &bubble; // 把bubble的地址賦值給 pn
pc = new char; // 新建char地址並分配給pc

8.1.3 對指針解除引用

對指針解除引用意味着得到指針指向的值。

• 方法1：對指針應用解除引用或間接值運算符(*)來解除引用。

cout<<*pn;
*pc = 's';

• 方法2：使用數組表示法。不能夠對未初始化爲適當地址的指針解除引用。

8.1.4 數組名

多數狀況下，C++將數組名視爲數組的第一個元素的地址。

int tacos[10]; // 此時的tacos一樣也是&tacos[0]

8.1.5 指針算術

C++中容許指針和整數相加。加1 的結果等於原來的地址值加上指向的對象佔用的總字節數。

也能夠將一個指針減去另外一個指針，得到兩個指針的差。獲得一個整數，僅當兩個指針指向同一個數組(也能夠指向超出結尾的一個位置)時，這種狀況會獲得兩個元素的間隔。

8.1.6 數組的動態聯編和靜態聯編

使用數組聲明來建立數組時，將採用靜態聯編，即數組長度在編譯時設置。

int tacos[10] // 靜態聯編

使用new[]運算符建立數組時，將採用動態聯編(動態數組)，即將在運行時爲數組分配空間，其長度爲運行時設置。

使用這類數組後，要使用delete[]釋放所佔用的內存。

8.1.7 數組表示法和指針表示法

使用方括號數組表示法等同於對指針解除引用。

數組名和指針變量也是同樣。因此對於指針和數組名，既可使用指針表示法，也可使用數組表示法。

int * pt = new int [10];
*pt = 5;
pt[0] = 6;
pt[9] = 5;
int coats[10];
*(coats + 4) = 12;

8.2 指針和字符串

數組名是第一個元素地址。

若是給cout提供一個字符的地址，則它將從該字符開始打印，直到遇到空字符爲止。

在cout和多數C++表達式中，char數組名、char指針以及用引號括起來的字符串常量都被解釋爲字符串第一個字符的地址。

不要使用字符串常量或未被初始化的指針來接收輸入。

在字符串讀入程序時，應使用已分配的內存地址。該地址不是數組名，也可使用new初始化過的指針。

strcpy()接受兩個參數,第一個：目標地址，第二個：要複製的字符串的地址。

要肯定目標空間有足夠的空間來存儲副本。

8.3 使用new建立動態結構

對於在指定結構成員時，句點運算符和箭頭運算符的選擇時：

• 若是結構標識符是結構名，則使用句點運算符（.）。
• 若是標識符是指向結構的指針，則使用箭頭運算符（->）。

把new用於結構的兩個步驟

• 建立結構

  要建立結構，須要同時使用結構類型和new。

• 建立訪問其成員。

8.4 C++管理數據內存的方式

• 自動存儲
  在函數內部定義的常規變量使用自動存儲空間，稱爲自動變量。

  只在特定函數被執行時存在。

自動變量時一個局部變量，做用域爲包含它的代碼塊。一般存儲在棧中，遵循後進先出（LIFO）。

• 靜態存儲

  • 變量稱爲靜態的方式
    • 在函數外面定義
    • 在聲明變量時使用關鍵字static。

  整個程序執行期間都存在的存儲方式（存在於程序的整個生命週期）。

• 動態存儲
  內存池（自由存儲空間或堆）用於靜態變量和自動變量，且內存是分開的。

• 線程存儲（C++11特性）

9. 數組替代品 --- 模板類

模板類vector和array是數組的替代品。

9.1 模板類vector

模板類vector相似於string類，也是一種動態數組。

• vector對象包含在vector頭文件中。
• vector包含在名稱空間std中，使用using編譯指令、using聲明或std::vector。
• 模板使用不一樣的語法來指出它存儲的數據類型。
• vector類使用不用的語法來指定元素數。

9.2 模板類array（C++11）

位於名稱空間std中，與數組同樣，array對象的長度固定，也使用棧（靜態內存分配），而不是自由存儲區。

頭文件 array。

9.3 數組、vector和array的區別

不管是數組、vector對象仍是array對象，均可使用標準數組表示法來訪問各個元素。

從地址可知，array對象和數組存儲在相同的內存區域（即棧）中，vector對象存儲在自由存儲區域或堆中。

能夠將一個array對象賦給另外一個array對象，對於數組，必須逐個元素複製數據。

Github地址：https://github.com/SolerHo/cpp-Primer-Plus-6e-Notes/blob/master/Chapter04/README.md

第四章 學習筆記完畢，若有大佬在文中發現錯誤，請指出，謝謝