C++复合类型之数组、字符串、结构、共用体

August 1, 2019 3 minute read

序： C++提供了基于整型和浮点类型创建的复合类型。影响最深远的复合类型是类。然而，C++还支持几种普通的复合类型。
例如，数组可以存储多个同类型的值。
结构可以存储多个不同类型的值。
指针则是一种将数据所处位置告诉计算机的类型。

1. 数组array

1.数组声明应指出以下三点：

存储每个元素中的值的类型
数组名
数组的元素数量

2.格式：

short months[12];

typename arrayname[size];

size 必须是整型常数或const值，也可以是常量表达式。他不能是变量。

3.C++11新增初始化的功能

初始化数组可以省略等于号=，例如double ear {1.2e2, 1.6e3, 2.3e4,3.5e10};
可以不在大括号内包含任何东西，意味着所有元素是0
列表初始化禁止缩窄转换

        long plifs[] = {23,12,3.0}; //浮点数转换成长整型是缩窄操作，不能编译通过
        char slifs[] = {'g',1123456,'\o'};  //1123456超过char变量的取值范围，不能编译通过
        char tlifs[] = {'h',112,'o'};  //OK

4.数组的替代品 – 模板类vector

在C++标准模板库STL提供了vector，以及C++11增加了模板类array。

2. 字符串

C++处理字符串的方式有两种，一种来自C语言，常称为C-风格字符串，另一种基于string类库的方法。

2.1. `C-风格字符串(字符数组)`

1.C-风格字符串以空字符 \0 结尾，其ASCII码是0。

char dog[3] = {'d','o','g'}; //not a string

char dog[3] = {'d','o','g', '\0'}; //is a string

2.字符串常量或者称字符串字面值

使用双引号表示字符串常量，而字符是单引号

char bird[11] = "Mr. cheeps"; //the \0 is hideen,隐式包含结尾的空字符

char fish[] = "buddles"; //left the complier count

sizeof()指出整个数组长度，而strlen返回的是存储在数组中字符串的长度，而不是数组本省的长度。
strlen()只计算可见的字符，不计算空字符\0在内。(只针对char数组，并且需要加入头文件 #include<cstring>)

3.读取一行字符串输入

istream中的类（例如cin）提供了一些面向行的成员函数：getline()和get()
这两个函数都读取一行输入，直到到达换行符
随后，getline将丢弃换行符，get()将换行符保留在输入序列。

（1）cin.getline(name,20); 将一行数据读入到一个包含20个元素的name数组。如果这行包含的字符不超过19个（\0）

// instr2.cpp
    #include<iostream>
    int main() {
	using namespace std;
	const int size = 20;
	char name[size];
	char group[size];

	cout << "Enter your name : \n";
	cin.getline(name, size);  //read info inline
	cout << "Enter group: \n";
	cin.getline(group, size);

	cout << "name is "<< name <<endl;
	cout << "groupf is " << group <<endl;
	return 0;
    }

结果：

    Enter your name : 
    abc
    Enter group: 
    def
    name is abc
    groupf is def

（2）cin.get(name,size)不会换行，而是将换行符读入到下一行开始。可以通过以下两种方式换行：

        //first
        cin.get(name,size);
        cin.get();
        cin.get(group,size);
        //second
        cin.get(name.size).get();

(3) 读取空行

当get()或者getline()读取空行后将设置失效位 failbit。这意味接下来的输入将被阻断。
恢复输入方法： cin.clear();

(4) 输入字符串比分配的空间（数组size）长，则getline()和get()将把余下的字符留在输入队列中，getline()还会设置失效位，并关闭后续的输入。

2.2. `string`类

string类需要头文件string。并且string位于命名空间std中。

代码示例：

// strtype1.cpp 
#include<iostream>
#include<string>

using namespace std;

int main(){
	string str1;
	string str2 = "cat";

	cout << "Enter string data:\n";
	cin >> str1;

	cout << "str1=" << str1 <<", str2 = "<< str2 << ", str2[2] = "<< str2[2] <<endl;
	return 0;
}

结果：

Enter string data:
dog
str1=dog, str2 = cat, str2[2] = t

Note:

类设计让程序能够自动处理string的大小。例如str1声明的时候长度为0，读取到输入后长度是3。

1.C++11新增的字符串初始化：

char char1[] = {"hello boy"};
char char2[] {"hello girl"};

string str1 = {"good boy"};
string str2 {"good girl"};

2.字符串拼接合并

string str3;
str3 = str1 + str2;
str1 += str2;

3.cstring头文件的字符数组char[]复制和附加操作

strcpy(char1, char2);  //将char2数组赋值到char1
strcat(char1, char2);  //将char2数组附加到char1末尾

对比来说，字符串string的拼接和附加操作更加简单。

2.3. 两种字符串书写方式的`I/O`和`字符串长度`

代码：

//strtype2.cpp 
#include<iostream>
#include<string>
#include<cstring>

using namespace std;

int main() {
	char ch[10];
	string str;

	cout << "length of ch[10] = " << strlen(ch) <<endl;
	cout << "length of str = " << str.size() <<endl;

	cout << "Enter a line for ch[10]: \n";
	cin.getline(ch,10);

	cout << "Enter a line for str:\n";
	getline(cin, str); //这个getline()不是类方法，他将cin作为参数，指出到哪里去查找输入

	cout << "Now length of ch[10] = " << strlen(ch) <<endl;
        cout << "Now length of str = " << str.size() <<endl;

	return 0;
}

结果：

length of ch[10] = 0
length of str = 0
Enter a line for ch[10]:
cat dog
Enter a line for str:
cat dog2
Now length of ch[10] = 7
Now length of str = 8

2.4. `wchar_t, char16_t, char32_t`的初始化

wchar_t title[] = L"Paper"; //L
char16_t name[] = u"Nancy"; //u
char32_t subject[] = U"math"; //U

2.5. C++11新增的原始字符串`raw`，以`R`为前缀

cout << R"("king" \n and queue)"

结果：

"king" \n and queue

原始字符串使用"(和)"作为限定符，换行符\n也只打印两个单独的符号。
或者使用"+*(和)*+"作为限定符

3. 结构

结构可以存储多种类型的数据。

结构是用户定义的类型
而结构声明定义了这种类型的数据属性
定义了类型之后，便可以创建这种类型的变量

创建结构包含两步：

定义结构描述（它描述并且标记能够存储在结构中的各种数据的类型）

按照描述创建变量（结构数据变量）

1.例如以下结构描述

struct inflatable   //结构的关键字`struct`，标识符`inflatable`是这种数据格式的名称
{
    char name[20];
    float volume;
    double price;
};

2.创建这种类型的变量：

inflatable hat;   //允许省略关键字`struct`，因为结构声明定义了一种新的数据格式
inflatable mainframe;

因为hat是数据结构类型，所以允许使用hat.name来访问成员。

3.示例代码：

// strucetype1.cpp 
#include<iostream>

struct inflatable   //结构的关键字`struct`，标识符`inflatable`是这种数据格式的名称
{
    char name[20];
    float volume;
    double price;
};

int main(){
	using namespace std;
	inflatable hat = {
		"pen",
		1.88,
		29.99
	};

	inflatable pal = {
		"pencil",
		3.13,
		32.99
	};

	cout << "List name : " << hat.name << " ,and " << pal.name <<endl;
	cout << "List volume: " << hat.volume << ",and "  << pal.volume <<endl;
	cout << "Total price : " << hat.price + pal.price <<endl;

	return 0;
}

执行结果：

List name : pen ,and pencil
List volume: 1.88,and 3.13
Total price : 62.98

3.1. 结构声明的位置

结构声明的位置很重要，可以将声明放在main函数中，紧跟在开始括号的后面
也可以选择将声明放在main函数前面

位于函数外面的声明被成为外部声明，如果类包含两个或更多的函数，外部声明可以被后面的函数使用
而内部声明只能当前函数使用

3.2. C++11的初始化

同字符串和数组，结构也支持列表初始化，即在初始化的时候=等于号是可选的。

`inflatable duck {"Dada", 0.12, 9.98};`

3.3. 同时定义结构和和创建变量

struct perks {
        int keynum;
        char car[10];
} mr_smith,ms_jones;   //定义的两个结构体变量

//或者同时进行初始化
struct perks {
        int keynum;
        char car[10];
} mr_smith {
    7,
    "Peak"
};

//声明一次性没有名称的结构，此时直接使用`position.x`进行访问
struct    //没有结构体名称
{
    int x,
    int y
} position;

3.4. 结构数组

可以创建结构数组，例如inflatable gifts[100];，此时访问成员元素使用gifts[0].name
此时的gifts不是结构，而是数组
‘gifts[0]’是结构

3.5. 结构中的位字段

C++允许指定占用特定位数的结构成员。这使得创建与某个硬件的寄存器对应的数据结构非常方便。
字段的类型应为整型或者枚举，接下来是冒号，冒号后面是数字，它指定了使用的位数
每个成员都被称为位字段 位字段常用于低级编程中

struct torgle {
    unsigned int SN : 4;  //4位给SN变量
    unsigned int : 4;   //不指定的4位
    bool googin : 1;   //非法输入
}

4. 共用体union

union能够存储不同类型的数据，但是只能同时存储其中的一种类型。

例如：

union one4all {
    int val;
    long val2;
    double val3;
}

可以使用one4all存储不同的类型，存储int，long，或者double

one4all pail;
pail.val = 10;
cout << pail.val; //10

pail.val3 = 1.35;
cout << pail.val3; //1.35

因此，pail有时候是int类型，有时候也可以使long，double
成员名称标识了变量的容量
共同体每次只能存储一个值，因此必须有足够的空间来存储里面最大的成员，所以共同体的长度为其最大成员变量的长度
共同体的用途之一是：

当数据项使用两种或者更多的格式，但是不会同时使用时，可以节省时间。

例如一些商品的ID是整数，而另一些的ID是字符，则可以定义：

struce thing {
    char name[20];

    union id {
        long id_num;  //整型的ID
        char id_char[20];  //字符型的ID
    } id_val;    //id_val是声明在结构体中，可以使用`结构体.id_val.id_num`初始化

};

4.1. 匿名共用体

匿名共用体没有名称，其成员将成为位于相同地址的变量。
每次只有一个成员是当前的成员。

struce thing {
    char name[20];

    int type;
    union {      //匿名
        long id_num;  //整型的ID
        char id_char[20];  //字符型的ID
    };

};

......
thing prize;
if (type == 1) {
    cin >> prize.id_num;
} else {
    cin >> prize.id_char;   //此时直接调用匿名共用体的成员
}

因为是匿名共用体，所以id_num和id_char被视为结构体thing的成员，他们的地址相同（相对于结构体来理解），因而不需要中间标识符id_val（即共用体的变量声明）。

共用体常用于节省内存（例如操作系统数据结构或硬件数据结构）

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1. 数组array

2. 字符串

2.1. C-风格字符串(字符数组)

2.2. string类

2.3. 两种字符串书写方式的I/O和字符串长度

2.4. wchar_t, char16_t, char32_t的初始化

2.5. C++11新增的原始字符串raw，以R为前缀

3. 结构

3.1. 结构声明的位置

3.2. C++11的初始化

3.3. 同时定义结构和和创建变量

3.4. 结构数组

3.5. 结构中的位字段

4. 共用体union

4.1. 匿名共用体

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2.1. `C-风格字符串(字符数组)`

2.2. `string`类

2.3. 两种字符串书写方式的`I/O`和`字符串长度`

2.4. `wchar_t, char16_t, char32_t`的初始化

2.5. C++11新增的原始字符串`raw`，以`R`为前缀