Программирование. Принципы и практика использования C++ Исправленное издание

Представление объекта типа string немного сложнее, чем объекта типа int, так как тип string хранит количество символов в строке. Обратите внимание на то, что объект типа double хранит число, а объект типа string — символы. Например, переменная x содержит число 1.2, а переменная s2 — три символа: '1', '.' и '2'. Кавычки вокруг символа и строковых литералов в переменных не хранятся.

Все переменные типа int имеют одинаковый размер; иначе говоря, для каждой переменной типа int компилятор выделяет одинаковое количество памяти. В типичном настольном компьютере этот объем равен 4 байтам (32 бита). Аналогично, объекты типов bool, char и double имеют фиксированный размер. В настольном компьютере переменные типа bool и char, как правило, занимают один байт (8 бит), а переменная типа double — 8 байт. Обратите внимание на то, что разные типы объектов занимают разное количество памяти в компьютере. В частности, переменная типа char занимает меньше памяти, чем переменная типа int, а переменная типа string отличается от переменных типов double, int и char тем, что разные строки занимают разное количество памяти.

Смысл битов, размещенных в памяти, полностью зависит от типа, используемого для доступа к этим битам. Это следует понимать следующим образом: память компьютера ничего не знает о типах; это просто память, и больше ничего. Биты, расположенные в этой памяти, приобретают смысл, только когда мы решаем, как интерпретировать данный участок памяти. Такая ситуация вполне типична при повседневном использовании чисел. Что значит 12.5? Мы не знаем. Это может быть 12.5 долл., 12.5 см или 12.5 галлонов. Только после того, как мы припишем числу 12.5 единицу измерения, оно приобретет конкретный смысл. Например, один и тот же набор битов в памяти может представлять число 120, если его интерпретировать как переменную типа int, и символ 'x', если трактовать его как объект типа char. Если взглянуть на него как на объект типа string, то он вообще потеряет смысл и попытка его использовать приведет к ошибке, возникшей в ходе выполнения программы. Эту ситуацию можно проиллюстрировать следующим образом (здесь 1 и 0 означают значения битов в памяти).

Этот набор битов, записанных в участке памяти (слове), можно прочитать как переменную типа int (120) или char ('x'), если учитывать только младшие биты. Бит — это единица памяти компьютера, которая может хранить либо 0, либо 1.

Смысл двоичных чисел описан в разделе А.2.1.1.

3.9. Типовая безопасность

Каждый объект в ходе определения получает тип. Программа — или часть программы — является безопасной с точки зрения использования типов (type-safe), если объекты используются только в соответствии с правилами, предусмотренными для их типов. К сожалению, существуют операции, которые не являются безопасными с этой точки зрения. Например, использование переменной до ее инициализации не считается безопасным.

 int main
 {
  double x; // мы забыли проинициализировать переменную х:
  // ее значение не определено
  double y = x; // значение переменной y не определено
  double z = 2.0+x; // смысл операции + и значение переменной z
  // не определены
 }

Компьютер может даже сообщить об ошибке аппаратного обеспечения при попытке использовать неинициализированную переменную х. Всегда инициализируйте свои переменные! У этого правила есть лишь несколько — очень немного — исключений, например, если переменная немедленно используется для ввода данных. И все же инициализация переменных — это хорошая привычка, предотвращающая множество неприятностей. Полная типовая безопасность является идеалом и, следовательно, общим правилом для всех языков программирования. К сожалению, компилятор языка С++ не может гарантировать полную типовую безопасность, но мы можем избежать ее нарушения, используя хороший стиль программирования и проверку ошибок в ходе выполнения программы. Идеально было бы вообще никогда не использовать свойства языка, безопасность которых невозможно обеспечить с помощью компилятора. Такая типовая безопасность называется статической. К сожалению, это сильно ограничило бы наиболее интересные сферы применения программирования. Очевидно, если бы компилятор неявно генерировал код, проверяющий нарушения типовой безопасности, и перехватывал все эти ошибки, то это выходило бы за рамки языка С++. Если мы принимаем решения использовать приемы, не являющиеся безопасными с точки зрения использования типов, то должны проверять себя сами и самостоятельно обнаруживать такие ситуации.

Идеал типовой безопасности невероятно важен для создания кода. Вот почему мы поминаем о нем так рано. Пожалуйста, запомните об этой опасности и старайтесь избегать ее в своих программах.

3.9.1. Безопасные преобразования

В разделе 3.4 мы видели, что нельзя непосредственно складывать объекты типа char или сравнивать объекты типов double и int. Однако в языке С++ это можно сделать косвенным образом. При необходимости объект типа char можно преобразовать в объект типа int, а объект типа int — в объект типа double. Рассмотрим пример.

 char c = 'x';
 int i1 = c;
 int i2 = 'x';

Здесь значения переменных i1 и i2 равны 120, т.е. 8-битовому ASCII коду символа 'x'. Это простой и безопасный способ получения числового представления символа. Мы называем это преобразование типа char в тип int безопасным, поскольку при этом не происходит потери информации; иначе говоря, мы можем скопировать результат, хранящийся в переменной типа int, обратно в переменную типа char и получить исходное значение.

 char c2 = i1;
 cout << c << ' ' << i1 << ' ' << c2 << '\n';

Этот фрагмент программы выводит на экран следующий результат:

 x 120 x

В этом смысле — то, что значение всегда преобразуется в эквивалентное значение или (для типа double) в наилучшее приближение эквивалентного значения, — такие преобразования являются безопасными.

bool в char

bool в int

bool в double

char в int

char в double

int в double

Наиболее полезным является преобразование переменной типа int в переменную типа double, поскольку это позволяет использовать смесь этих типов в одном выражении.

 double d1 = 2.3;
 double d2 = d1+2; // перед сложением число преобразуется в число 2.0
 if (d1 < 0) // перед сравнением число 0 преобразуется в число 0.0
  cout("d1 — отрицательно");

Для действительно больших чисел типа int при их преобразовании в переменные типа double мы можем (в некоторых компьютерах) потерять точность. Однако эта проблема возникает редко.

3.9.2. Опасные преобразования

Безопасные преобразования обычно не беспокоят программистов и упрощают разработку программ. К сожалению, язык С++ допускает (неявные) опасные преобразования. Под опасными преобразованиями мы подразумеваем то, что значение может неявно превратиться в значение иного типа, которое не равно исходному.

Рассмотрим пример.

 int main
 {