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2.1 初识声明，类型与对象

在 C++ 中，声明可以将一个标识符与一个类型或者对象联系起来。

为了理解声明的作用，这里我们也简要介绍一下类型和对象的概念。

类型与对象

在 C++ 中，内存的基本单位是字节。一个对象占据内存中的一块区域，也即多个连续的字节（可能是0个）。

并且，对象具有一个类型。对象的类型决定了对象的值的集合，以及对象上可以进行的操作。

当我们声明一个对象时，需要指定对象的类型；通过声明，我们创造了这个对象。

举例而言，在关键字中提到了 int，这个关键字表示的是整数类型。整数类型的对象具有整数值，并具有整数运算的行为。

假设我们已经有整数类型的对象 a、b和c，我们可以对a、b进行加法运算，然后把结果赋值给 c：

c = a + b

由于 a、b和c都是整数类型的对象，所以这个计算符合整数加法的规则。例如，如果 a 和 b 的值分别是 1 和 2，那么 c 的被赋予的值将是 3。

而如果 a 或者 b 不是整数类型，那么这个计算的规则就不一定是整数加法了。

抽象用语的内存

在这里，“内存”并不是具体的指个人电脑的内存条提供的RAM存储器，而是一个抽象机的描述用语。例如，在寄存器上的一个字节，对于 C++ 而言也是内存里的一个字节，实现可以根据对象的使用情况编译为需要的具体调度形式。在高等编程语言中，这样的抽象将语言和硬件实现分离，使得语言可以适用于不同的硬件平台，程序员也无需阅读硬件手册来编写程序。

对象与变量

很多时候，人们会用“变量”来描述类似“对象”的概念。在 C++ 的术语中，变量不一定是对象。
在日常交流环境中，这两个术语是可以互换的。本文为了保持必要的严谨性，会尽量正确使用“对象”和“变量”这两个术语。

简单声明

在 C++ 中，声明的形式是：类型 标识符; 或者 类型 标识符 初始化器;。不要忘了最后的分号 ;，这个分号表示声明的结束。

初始化器有很多形式，在这一章节中我们只介绍最简单的形式，即 = 字面量。

举例而言，下面的代码声明了一个整数类型的对象 a：

int a;

上面这个声明的作用是创造一个整数类型的对象，将标识符 a 与这个对象联系起来。这样，我们就可以使用 a 来表示一个整数类型的对象。

在声明的同时，我们也可以对对象进行初始化。例如：

int b = 42;

这个声明的作用是创造一个整数类型的对象，将标识符 b 与这个对象联系起来，并且将 b 初始化为整数值 42。

用语与惯例

在这里，技术性来说，int 是一个标识符，并且是一个关键字。在这里表示某一种特定的整数类型；a 和 b 是标识符，这个标识符与特定的对象绑定。

但在现实生活中，人们并不会用如此严格的语言来描述这些概念，不会费劲的说什么“标识符a所绑定的的一个标识符int所代指的类型的对象” 。

因为 int 就代表这个类型，a 就代表这个对象。所以，这里人们通常直接说 int 类型，a 对象，b 对象，这样的描述在交流中更有效率也更容易理解。

不确定值

以没有初始化器的形式声明一个对象的时候，对象被默认初始化，此时这个对象被初始化为一个不确定的值。例如：

int c; // c 的值是不确定的

这个不确定值可能是内存中的垃圾值，也可能是编译器生成的特殊值，没有可以确定的性质（注意：随机性也是一种性质，程序员不能确定这个值具有随机性）。

如果一个对象的值是不确定的，使用其值会导致错误，例如：

int c;
int d = c;// 错误：c 的值是不确定的

不确定值、默认初始化与用户自定义类型

不确定值并不是一个随机值，它没有确定的随机性质。数学的来讲，随机数应当具有一定的熵，而不确定值可以一直是0，并在更换了电脑显示器之后一直是111445。程序员不能确定这个值具有什么性质，因此不能使用这个值。

默认初始化的规则对于用户自定义类型会有所不同，技术性地说，这里的不确定值规则仅限内置类型的默认初始化。对于更复杂类型的默认初始化，我们会在后面的章节中介绍。

初识类型

为了方便这一章的理解，以及避免引入过多的概念造成理解困难，这里介绍几种基本的类型。

  • int 是整数类型，此类型的对象可以存储整数值。例如：42、-42 这样的字面量都是整数值（注意没有后缀），可以用这样的字面量来初始化整数类型的对象。
    • C++ 规定 int 类型的对象至少占用2个字节。在常见的机器上，int 类型的对象占用4个字节。
  • bool 是布尔类型，此类型对象可以存储逻辑值。例如：true、false 这样的字面量都是布尔值，可以用这样的字面量来初始化布尔类型的对象。
    • C++ 没有规定 bool 具体占用多少字节。在常见的机器上，bool 类型的对象占用1个字节。
  • char 是字符类型，此类型对象可以存储字符。例如：'a'、'b' 这样的字面量都是字符值，可以用这样的字面量来初始化字符类型的对象。
    • C++ 规定 char 类型的对象占用1个字节。

“整数类型”指什么？

“整数类型”这一说法有时候也会指代所有具有整数性质的类型，这里提到的 int 、 bool 和 char 都属于具有整数性质的类型。在本节中，为了方便表述，使用“整数类型”这一说法指代 int 类型。而在后面的章节中，则倾向直接使用“ int 类型”这一说法。

初识转换

当需要的类型和提供的类型不一致时，C++ 会尝试进行一些简单的转换。简单转换不是术语，只是 C++ 的转换规则中的一部分，为了描述需要，这里专门提出来一部分。

例如，当我们需要一个整数类型的对象，但是提供的是一个字符类型的对象时，C++ 会尝试将字符类型转换为整数类型。

int a = 'a';

这个声明的作用是将标识符 a 与整数类型联系起来，并且将 a 初始化为字符 'a' 以 ASCII 编码对应的整数值（即 97）。

目标类型提供类型提供的值得到的值
intbooltrue1
intboolfalse0
boolint0false
boolint任意非零值true
boolchar\0false
boolchar非\0值true
charbooltrue'\1'
charboolfalse'\0'

int 与 char 的转换

int 与 char 显然有着不同的大小，更小的 char 的值无法与 int 的值产生对应，因此需要一定的规则来进行转换。

假设 int 的大小是2字节，1字节的比特数是8，那么 int 的值范围是[-2^15, 2^15-1]，也即[-32768, 32767]。此外，再假设 char 是有符号的，那么 char 的值范围是[-2^7, 2^7-1]，也即[-128, 127]。

C++ 规定，int使用补码表示，因此，int的-1 表示为 0b1111111111111111。

当从 char 转换到 int 时，char 的值会被扩展到 int 的大小，此时会发生符号扩展。例如，char 的值-1，其比特为0b11111111。会被扩展为int 的值-1（0b1111111111111111），而不是255(0b0000000011111111)。

当从 int 转换到 char 时，int 的值会被截断到 char 的大小，此时会按照字节宽度取余。例如，int 的值193，其比特为0b0000000110000001。会被截断为char 的值 -63（0b10000001）。

这里为了方便表述，假设了 int 为2字节，否则在描述比特的时候就会写出过多的0和1。对于常见的4字节 int 的情况，这里的规则是通用的，只是数值范围会有所不同。

此外，在特定实现中，char 可能是无符号的，这会导致 0b0000000110000001 被截断为 193 ，而不是 -63，但比特位上的结果是一样的 0b10000001。

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