Chapter 4：Compound Types

为什么复合类型首先描述数据形状

Chapter 3 选择单个值的表示，Chapter 4 把值组合成序列、记录、互斥状态和间接关系。数组表示固定数量同类型元素，struct 表示同时存在的异类字段，union 让候选表示共享存储，enum 命名有限状态，pointer 表示某个对象的地址。它们不是语法替代品，选择错误会把长度、活动成员或所有权藏到注释中。

数组是固定长度的连续同类元素

数组类型包含元素类型和长度。int scores[4] 有四个 int，合法下标是 0、1、2、3，即半开区间 [0,4)。初始化列表按顺序提供首值，未提供的剩余元素执行值初始化。

int scores[4]{92, 85, 77, 100};
int total{0};
for (int score : scores) {
    total += score;
}

数组对象知道总大小，但在多数表达式和函数参数中会转换为首元素指针，长度不随裸指针传递。尾后指针可作为遍历终点，却不能解引用。二维数组是数组的数组，行列边界要分别证明。

C 字符串与 string 类有不同长度契约

C 字符串用 char 数组保存字符，并以 \0 终止；容量必须包含终止符。strlen 寻找终止符而不是读取数组类型长度，若终止符缺失会越过数组。输入到 char 数组还要限制最大字符数。

char shortName[4]{'A', 'd', 'a', '\0'};
std::string fullName{"Ada Lovelace"};
std::cout << shortName << " / " << fullName.size() << '\n';

std::string 自行管理动态容量和逻辑长度，支持赋值、拼接与比较，通常比裸 char 缓冲更安全。它仍有索引边界，size() 返回字符单元数量，不自动解决 Unicode 用户可见字符计数。

struct、union 与 enum 表达不同组合

struct 的所有成员同时存在，适合一条记录；union 的成员共享存储，一次只有一个活动成员；enum 为有限状态命名，避免用魔法整数猜语义。

enum class Status { pending, ready, failed };
 
struct Job {
    std::string name;
    Status status;
    int attempts;
};

union 若与标签分开维护，任何不同步都会让程序读取错误活动成员。现代代码常用 std::variant 把标签和存储绑在一起；本章理解 union 的核心是“共享存储不等于所有成员同时有值”。

指针保存地址，不携带所有权和长度

指针类型说明所指对象类型，&object 取得地址，*pointer 解引用访问对象。解引用前必须同时证明：指针非空、对象仍存活、地址对齐且访问落在对象/数组合法范围。

int value{42};
int* pointer{&value};
*pointer = 43;

指针加一按元素大小前进，不是固定加一个字节。pointer[i] 与 *(pointer + i) 相关，但只有在同一数组对象及尾后范围内形成和比较这些指针才有定义。

自由存储区需要明确 owner

new 在自由存储区创建对象并返回地址，delete 结束单对象，delete[] 匹配数组分配。每次成功分配必须有唯一释放责任；提前 return、异常、复制指针和多出口都会让手工协议变脆弱。

std::size_t count{4};
int* data{new int[count]{}};
// 使用 data[0] 到 data[count - 1]
delete[] data;
data = nullptr;

设置 nullptr 只能避免该变量继续悬空，不能更新其他别名。现代实现优先用 std::vector<int> 管动态序列、std::array<int,N> 管固定序列，或用 std::unique_ptr<T[]> 表达单一所有权；但理解 new/delete 能解释这些设施在替你维护什么。

组合类型时让边界一起移动

数组的 struct、指向 struct 的指针、包含数组的 struct 都合法，但每增加一层都要保留对应边界。返回局部数组地址会悬空；返回动态数组地址若不说明 owner 会泄漏；把数组参数写成指针后仍需另传 count。

std::array 保留固定长度并提供容器接口，std::vector 让长度随对象移动，std::string 管理字符序列。这些替代方案的共同价值是把地址、长度和生命周期绑定到同一 owner。

四类故障揭示四种不变量

先预测 sanitizer、输出或内存工具可能看到什么，再运行故障版本。未定义行为的某次结果只是症状，不是规则；真正证据是语言契约被破坏的位置，以及修复后边界如何由类型或 owner 强制保持。

三步选择和验证复合类型

小结

• 数组表达固定连续同类元素，转换为裸指针后不再携带长度，尾后指针不能解引用
• C 字符串依赖 \0，string 类自行管理长度；两者都有各自边界
• 结构体成员同时存在，union 只有一个活动成员，枚举命名有限状态
• 指针只保存地址，不自动携带长度、owner 或生命周期；解引用需要四项联合证明
• new/delete 展示自由存储区协议，容器与 RAII 将地址、长度和释放责任绑定到对象

名词解释