C++ 常量/字面值

C++ 常量和字面量

字面量（Literals）（通常也被称为常量）是直接嵌入源代码中的固定值。它们表示特定数据，如数字、字符或字符串。

常量（Constants），从更广泛的意义上讲，是指初始化后其值不能更改的标识符（类似于变量）。现代 C++ 提供了几种定义常量的方式。

字面量

C++ 支持各种类型的字面量：

1. 整型字面量

表示整数。它们可以用不同的进制指定：

• 十进制 (base 10)： 默认，无前缀（例如 123, -45）。
• 八进制 (base 8)： 前缀 0（例如 0173，即十进制的 123）。避免使用前导零，除非是八进制，因为它可能会引起混淆。
• 十六进制 (base 16)： 前缀 0x 或 0X（例如 0x7B 或 0X7b，两者都是十进制的 123）。使用数字 0-9 和字母 a-f（或 A-F）。
• 二进制 (base 2) (C++14)： 前缀 0b 或 0B（例如 0b01111011，即十进制的 123）。

整型字面量可以带有后缀来指定其类型：

• u 或 U：unsigned (例如 123u)。
• l 或 L：long (例如 123L)。
• ll 或 LL (C++11)：long long (例如 123LL)。
• 可以组合使用（例如 123UL, 45ull)。

C++14 引入了数字分隔符（单引号 '）以提高可读性：

long long big_number = 1'000'000'000LL; // 更易读
int binary_flags = 0b1101'0010'1010'0001;

2. 浮点型字面量

表示带有小数部分的数字。它们可以用十进制或指数表示法书写：

• 十进制： 必须包含小数点 (.) 或指数（例如 3.14159, 12.0, .5, 5.）。
• 指数表示法： 使用 e 或 E，后跟可选的符号和一个整数指数（10 的幂）（例如 6.022e23, 1.6E-19）。
• 也存在十六进制浮点型字面量（使用 0x 前缀和 p 表示指数），但较不常用（0x1.921fb5p+1）。

后缀指定其类型：

• 无后缀：double（默认）。
• f 或 F：float (例如 3.14f)。
• l 或 L：long double (例如 3.1415926535L)。

也可以使用数字分隔符（'）（C++14）。

double pi = 3.141'592'653'589'793;

3. 布尔型字面量

表示布尔值：

• true：表示布尔值 true。
• false：表示布尔值 false。

4. 字符字面量

表示单个字符，用单引号（'）括起来。

• 普通 char： 'a', '?', '7'。类型为 char。
• 宽字符（Wide Character）： L'β'（前缀 L）。类型为 wchar_t。
• UTF-8 (C++11)： u8'貓'（前缀 u8）。类型为 char (C++11/17) 或 char8_t (C++20)。
• UTF-16 (C++11)： u'Ω'（前缀 u）。类型为 char16_t。
• UTF-32 (C++11)： U'🌍'（前缀 U）。类型为 char32_t。

转义序列（Escape Sequences）： 使用反斜杠（\）表示的特殊字符：

转义序列	含义
\	反斜杠 (\) 字符
’	单引号 (') 字符
”	双引号 (") 字符
?	问号 (?) 字符
\n	换行符
\t	水平制表符
\v	垂直制表符
\b	退格
\r	回车
\f	换页
\a	响铃
\0	空字符
\ooo	八进制值（最多 3 位）
\xhh…	十六进制值
\uHHHH (C++11)	通用字符名称（Unicode - 16 位）
\UHHHHHHHH (C++11)	通用字符名称（Unicode - 32 位）

5. 字符串字面量

表示字符序列，用双引号（"）括起来。它们隐式地以空字符结尾（会自动添加一个 \0 字符）。

• 普通： "Hello, World!"（类型为 const char[]）。
• 宽字符： L"你好"（前缀 L）。类型为 const wchar_t[]。
• UTF-8 (C++11)： u8"κόσμε"（前缀 u8）。类型为 const char[] (C++11/17) 或 const char8_t[] (C++20)。
• UTF-16 (C++11)： u"नमस्ते"（前缀 u）。类型为 const char16_t[]。
• UTF-32 (C++11)： U"שלום"（前缀 U）。类型为 const char32_t[]。
• 原始字符串字面量（Raw String Literals）(C++11)： R"(No\escape\needed)" 或 R"delimiter(Text)delimiter"。对于包含许多反斜杠或引号的字符串非常有用。

相邻的字符串字面量会被编译器连接起来：

std::cout << "This is part 1, " "and this is part 2.\n";

6. 指针字面量

nullptr (C++11)： 表示空指针值。它是类型安全的，在表示空指针时比 0 或 NULL 更推荐使用。

定义常量

常量是初始化后其值不能更改的命名实体。现代 C++ 提供了两种主要方式：

1. const 关键字

const 限定符将对象声明为不可变的。其值必须在声明时初始化，并且之后不能修改。const 变量具有与普通变量相同的作

#include <iostream>

int main() {
    const int MAX_USERS = 100;
    const double PI = 3.14159;
    const char NEWLINE = '\n';

    // 错误！不能赋值给 const 变量。
    // MAX_USERS = 200;

    // 使用常量
    double circumference = 2 * PI * 5.0;
    std::cout << "Max users: " << MAX_USERS << NEWLINE;
    std::cout << "Circumference: " << circumference << NEWLINE;

    return 0;
}

相比于 #define，使用 const 定义常量更受推荐，因为它是类型安全的并且遵循作用域规则。

2. constexpr 关键字 (C++11)

constexpr 声明一个表达式 可以 在编译时求值。当应用于变量时，它隐含了 const 属性，并要求初始化表达式是一个编译时常量表达式。

constexpr 允许在需要编译时求值的上下文中使用常量，例如数组边界（在 C++11 VLAs 之前）、模板参数和枚举初始化器。

#include <array> // 用于 std::array

constexpr int get_array_size() {
    return 5 * 2;
}

int main() {
    constexpr int COMPILED_SIZE = 10;
    constexpr double GRAVITY = 9.80665;
    constexpr int DYNAMIC_SIZE = get_array_size(); // 在编译时求值

    int myArray[COMPILED_SIZE]; // OK: COMPILED_SIZE 是编译时常量
    std::array<double, DYNAMIC_SIZE> stdArray; // OK: DYNAMIC_SIZE 是编译时常量

    // 错误！constexpr 隐含了 const
    // GRAVITY = 9.9;

    return 0;
}

最佳实践： 对于可以在编译时求值的常量，优先使用 constexpr。对于在运行时初始化但之后不应更改的值，使用 const。

避免使用 #define 定义常量

预处理器指令 #define 也可以为值创建符号名称（宏）。

#define MAX_ITEMS 10 // 旧的 C 风格，不建议用于常量

然而，在现代 C++ 中通常不鼓励使用 #define 定义常量，原因如下：

• 它缺乏类型信息（只是简单的文本替换）。
• 它不遵循作用域规则（宏在定义后在整个翻译单元中是全局的）。
• 由于宏展开规则，它可能导致意外的行为。
• 它不容易调试（调试器看到的是替换后的值，而不是宏名称）。

因此，请使用 const 或 constexpr 来代替，以获得类型安全和更好的代码结构。