Chapter 3：Dealing with Data

为什么数据类型是一个可验证的表示选择

选择类型不是给变量贴标签，而是在声明可表示的值集合、运算规则、精度和错误边界。本章把整数类型、浮点数、const 限定符、算术运算符和类型转换放进同一条数据证据链。人数需要离散且非负，不代表盲目使用 unsigned；金额需要小数，也不代表 binary floating point 能精确表示十进制分币。先写领域范围和允许误差，再选择类型并用实现证据确认。

整数类型提供离散精确值但范围有限

short、int、long、long long 至少按该顺序不减小宽度，但标准不保证固定字节数。signed 类型表达正负整数；unsigned 算术按模回绕，但混入 signed 表达式可能把负数转换成巨大无符号值。

#include <iostream>
#include <limits>
 
int main() {
    std::cout << "sizeof(int) = " << sizeof(int) << '\n';
    std::cout << std::numeric_limits<int>::min() << " .. "
              << std::numeric_limits<int>::max() << '\n';
}

若协议需要恰好 32 位，可使用 <cstdint> 中可用的定宽类型；若只是容器大小，常用 std::size_t，但与 signed 下标比较时要显式设计边界。类型选择应附上“为什么这个范围足够”的证据。

字面量的写法会影响源类型

整数可用十进制、八进制和十六进制形式，后缀可请求 unsigned、long 等类型；浮点字面量默认是 double，f 后缀表示 float。字符字面量如 'A' 与字符串字面量 "A" 的类型和存储形状不同。

auto decimal = 42;       // int
auto hexadecimal = 0x2A;
auto large = 42LL;       // long long
auto ratio = 0.5;        // double
auto smallRatio = 0.5F;  // float

不要把进制写法与内存表示混为一谈：42、052 和 0x2A 表达同一个数值。输出使用哪种格式又是流的表示选择，不会改变对象中的数学值。

浮点类型用有限精度近似实数

float、double 和 long double 以有限位数表示极大范围中的离散近似值。它们可以表示小数和指数范围，但多数十进制小数在二进制中不能有限展开；连续运算会积累舍入误差。

用 std::numeric_limits<double>::digits10 查看可安全往返的十进制有效位，用 std::setprecision 观察真实存储近似。需要精确分币时可用有界整数表示最小货币单位，或采用明确十进制类型。

const 把不可修改意图交给类型系统

const 限定符要求对象初始化后不能经该名字修改。它适合命名单位换算、边界和只读接口条件；它不是“编译期常量”的同义词，是否可用于常量表达式还取决于初始化和值类别。

const double kilometersPerMile{1.609344};
double miles{12.0};
double kilometers{miles * kilometersPerMile};

命名常量比散落字面量更能表达单位，但仍要检查单位组合。miles * kilometersPerMile 的结果是公里；若变量名缺少单位，类型系统不会自动发现英里和公里混用。

算术结果先由操作数类型决定

两个 int 做 / 得到整数商，小数部分在结果形成前已丢失；之后再赋给 double 只能得到 2.0，无法恢复 5 / 2 被截去的部分。余数 % 用于整数，运算符优先级决定无括号表达式的分组。

double wrong = 5 / 2;              // 2.0
double right = static_cast<double>(5) / 2;  // 2.5

有符号整数结果超出范围是未定义行为，不能先溢出再检查；无符号回绕虽有定义，也不等于业务正确。加法前可判断 a > max - b，或使用经过验证的 checked arithmetic 工具。

通常算术转换发生在目标赋值之前

混合表达式会先执行整数提升和通常算术转换，形成共同类型后再运算。只有结果完成后，才转换到赋值目标。因此诊断应沿字面量、操作数、共同类型、运算、目标类型逐步展开。

显式 static_cast<T> 表达转换意图，但不会自动证明值安全。把 double 转 int 会丢弃小数，把大整数转较小类型可能改变值；应先验证范围，再转换。

列表初始化会拒绝许多可在编译期识别的窄化，例如 int n{3.9};。但运行时值仍需显式检查：来源是 double 变量时，编译器不知道当前值是否落在 int 范围。

小结

• 整数类型精确表示有限离散集合，实际宽度应以当前实现的 sizeof 和 numeric_limits 取证
• 浮点类型扩大范围但使用有限精度近似，十进制小数不保证二进制精确表示
• const 表达只读访问意图；类型、单位和值域仍需要领域契约
• 算术结果由操作数和通常转换决定，目标赋值发生得更晚，不能修复已经发生的整数除法或溢出
• 显式转换只说明意图，窄化前仍要验证范围和精度

名词解释