第4章 复合类型

说明

看《C++ Primer Plus》时整理的学习笔记，部分内容完全摘抄自《C++ Primer Plus》（第6版）中文版，Stephen Prata 著，张海龙 袁国忠译，人民邮电出版社。只做学习记录用途。

目录

• 说明
  
• 4.1 数组
  
  
  
  • 4.1.1 数组访问
    
  • 4.1.2 数组初始化及赋值
    
  
  
• 4.2 字符串
  
  
  
  • 4.2.1 C - 风格字符串的初始化及拼接
    
  • 4.2.2 C - 风格字符串的使用
    
  • 4.2.3 C - 风格字符串的输入与输出
    
  
  
• 4.3 string 类简介
  
  
  
  • 4.3.1 string 对象的初始化
    
  • 4.3.2 string 对象的赋值、拼接和附加
    
  • 4.3.3 string 对象的其他操作
    
  • 4.3.4 string 对象的输入与输出
    
  • 4.3.5 其他形式的字符串常量
    
  
  
• 4.4 结构简介
  
  
  
  • 4.4.1 定义和使用结构
    
  • 4.4.2 结构初始化
    
  • 4.4.3 结构赋值及其他属性
    
  • 4.4.4 结构数组
    
  • 4.4.5 结构中的位字段
    
  
  
• 4.5 共用体
  
• 4.6 枚举
  
  
  
  • 4.6.1 枚举的定义
    
  • 4.6.2 枚举的取值范围
    
  • 4.6.3 枚举变量的赋值及其他属性
    
  
  
• 4.7 指针
  
  
  
  • 4.7.1 声明和初始化指针
    
  • 4.7.2 使用 new 来分配内存
    
  • 4.7.3 使用 delete 来释放内存
    
  • 4.7.4 使用 new 创建动态数组
    
  • 4.7.5 使用 new 创建动态结构
    
  • 4.7.6 内存管理
    
  
  
• 4.8 指针算术和数组名
  
  
  
  • 4.8.1 指针算术
    
  • 4.8.2 数组名
    
  • 4.8.3 指针和字符串
    
  
  
• 4.9 类型组合
  
• 4.10 数组的替代品
  
  
  
  • 4.10.1 模板类 vector
    
  • 4.10.2 模板类 array（C++11）
    
  • 4.10.3 比较数组、vector 对象和 array 对象
    
  
  

复合类型是基于基本整型和浮点类型创建的，影响最为深远的复合类型是类，除类外，C++ 还支持几种更普遍的复合类型，它们都来自 C 语言，例如：数组、结构、指针等。
4.1 数组

数组能够存储多个同类型的值，计算机在内存中依次存储数组的各个元素。数组声明应包含三点：元素类型、数组名、数组中的元素总数，如下：

1. //数组声明
2. typeName arrayName[arraySize];

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其中的表达式 arraySize不能是变量，它必须是整型常量或const值，也可以是常量表达式（如8*sizeof(int)），即表达式中所有值在编译时都是已知的。C++ 标准模板库（STL）提供了一种数组替代品，模板类vector，C++11 新增了模板类array，这些替代品比内置复合类型数组更复杂、更灵活，这将在后面章节介绍。声明数组后，数组中的元素总数也可以使用以下方式计算出来：

1. //数组中的元素总数
2. arraySize = sizeof(arrayName)/sizeof(typeName);

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4.1.1 数组访问

使用[index]访问索引为 index的数组元素，索引从 0 开始，最后一个元素的索引比数组长度小 1。

1. //声明长度为12的short数组
2. short months[12];
4. //访问它的第1个元素
5. months[0];
7. //访问它的最后一个元素
8. months[11];

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注意：编译器不会检查索引是否有效，例如可以访问months[101]或者给它赋值，编译器并不会指出错误（有时会给个警告，不是以错误的形式指出），但是程序运行后，这种赋值可能破坏数据或代码，也可能导致程序异常终止，因此需人为确保程序使用有效的索引值。
4.1.2 数组初始化及赋值

只有在定义数组时才能使用初始化，也不能将一个数组赋给另一个数组，但可以逐元素赋值。初始化数组时，提供的值可以少于数组的元素数目，剩余的元素编译器会自动初始化为 0。

1. //定义时初始化全部元素
2. int arr1[4] = {3, 6, 8, 10};
4. //定义时只指定第一个值，剩余元素初始化为0
5. int arr2[4] = {3};
7. //定义时全部初始化为0
8. int arr3[4] = {0};
10. //定义时指定全部元素，让编译器自动统计元素个数
11. int arr4[] = {3, 6, 8, 10};
13. //C++11初始化方式：可省略等号
14. int arr5[4]{3, 6, 8, 10};
16. //C++11初始化方式：默认初始化为0
17. int arr6[4] = {};
18. int arr7[4]{};

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注意：使用大括号进行列表初始化时禁止缩窄转换。
4.2 字符串

C++ 处理字符串的方式有两种：第一种来自 C 语言，常被称为 C-风格字符串，第二种是下一节将介绍的string类。
C-风格字符串将字符串存储在char数组中，并以空字符结尾。空字符被写作\0，其 ASCII 码为 0，用来标记字符串的结尾。很多处理字符串的函数（如cout输出字符串）都逐个处理字符串中的字符，直到到达空字符为止，无论是否超过了char数组的实际大小。
4.2.1 C - 风格字符串的初始化及拼接

常用的初始化方法如下：

1. //逐个字符初始化，需人为加空字符
2. char cat[8] = {'f','a','t','e','s','s','a','\0'};
4. //使用字符串常量进行初始化，自动添加空字符
5. char bird[11] = "Mr. Cheeps";
7. //字符数组剩余元素自动初始化为空字符
8. char boss[8] = "Bozo";
10. //让编译器计算字符数组长度，长度为8
11. char fish[] = "Bubbles";
13. //C++11字符串初始化
14. char fish[] = {"Bubbles"};
15. char fish[]{"Bubbles"};

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注意：字符串常量（使用双引号）不能与字符常量（使用单引号）互换。在 ASCII 系统上，字符常量'S'只是 83 的另一种写法，但"S"不是字符常量，它表示的是两个字符（字符S和字符\0）组成的字符串，更糟糕的是，"S"实际上表示的是字符串所在的内存地址。
C++ 允许将两个用引号括起来的字符串拼接成一个，任何两个由空白分隔的字符串常量都将自动拼接成一个。下面所有输出语句都是等效的：

1. //输出
2. cout << "Medical cotton swab.\n";
4. //使用空格分隔的拼接
5. cout << "Medical cot" "ton swab.\n";
7. //使用换行分隔的拼接
8. cout << "Medical cot"
9.             "ton swab.\n";

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4.7.6 内存管理

C++ 有 3 种管理数据内存的方式：自动存储、静态存储和动态存储（也称自由存储空间或堆）。

• 自动存储：在函数内部定义的常规变量使用自动存储空间，被称为自动变量，自动变量是一个局部变量，其作用域为包含它的代码块（代码块指包含在花括号中的一段代码）。自动变量通常存储在栈（stack）中，执行代码块时，其中的变量将依次加入到栈中，离开代码块时，将按相反的顺序自动释放这些变量，即后进先出（LIFO），这种机制使得栈的内存通常是连续的。
  
• 静态存储：静态变量将存在于程序的整个生命周期，而不是代码块内，使变量成为静态变量的方式有两种：在函数外面定义它、声明变量时加上关键字static。
  
• 动态存储：new和delete管理一个内存池，这在 C++ 中被称为自由存储空间（free store）或堆（heap）。该内存池同自动存储、静态存储是分开的，数据的生命周期完全由程序员控制，可以在一个函数中分配内存，而在另一个函数中释放它，这使得自由存储空间通常是不连续的。
  

C++11 新增了第 4 种方式：线程存储，这将在第 9 章学习。
4.8 指针算术和数组名

4.8.1 指针算术

C++ 允许将指针和整数相加，指针加 1 的结果等于原来的地址值加上指向的对象占用的总字节数；还可以将指针相减，获得两个指针的差，最后得到一个整数，指针减法仅当两个指针指向同一个数组时，运算结果才有意义。如下示例中假设short宽 2 字节，数组首地址为 0x0028ccf0：

1. //将字符串arrayName2复制到数组arrayName1中
2. strcpy(arrayName1,arrayName2);
4. //将字符串arrayName2添加到数组arrayName1末尾
5. strcat(arrayName1,arrayName2);

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4.8.2 数组名

C++ 将数组名解释为其第一个元素的地址，而对数组名应用地址运算符时，得到的是整个数组的地址。从数字上而言，这两个地址相同，无需区分；但从概念上特别是需要运用指针算术时，需要明白两者的区别。如下示例中假设short宽 2 字节，系统为 32 位，数组首地址为0x0028ccf0，指针变量ptr和ptrc的区别如下：

• 变量ptr的类型是short*，存储的是一个 2 字节内存块的地址，它指向的对象是short类型，记号*ptr与tacos[0]等价。
  
• 变量ptrc的类型是short(*)[10]，存储的是一个 20 字节内存块的地址，它指向的对象是包含 10 个元素的short数组，记号*ptrc与tacos等价。
  

[code]//声明并初始化数组short tacos[10] = {5,2,8,4,1,2,2,4,6,8};//声明并初始化指针short *ptr = tacos;short (*ptrc)[10] = &tacos;//访问数组第三个元素cout