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C++语言体系设计哲学的一些随想(未完待续)

时间:2014-09-07 12:18:55      阅读:347      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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对于静态类型语言,其本质目标在于恰当地操作数据,得到期望的值。具体而言,需要:

(1)定义数据类型

你定义的数据是什么,是整形还是浮点还是字符。该类型的数据可以包含的值的范围是什么。

(2)定义操作的含义

操作是严格数据类型相关的。操作表明了对了一个具有特定类型的数据,执行操作后产生什么样结果。 

 

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C++就是一个典型的静态类型语言。在C++中,无论是"数据类型"还是"操作",都分为内置的和自定义的。

C++的内置数据类型包括:

(1)基本内置类型

整形、浮点、布尔、字符....

(2)STL库定义的类型

例如常用的iostream、string、迭代器......

 

此外C++和定义了复合类型机制,包括所有类型的引用、指针、数组,他们可以作为一个完整数据类型的一部分。

顺便提一下,顶层/底层const、static、volatile...等修饰符,定义了数据的其他属性,这些属性也可以是一个完整数据类型的组成部分。

 

自定义类型,最常用的就是class、struct、union定义,还有函数签名,当然也可以使用复合类型机制定义自己类的引用、指针、数组等。

 

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 重点在于,无论是变量还是常量,必须属于某一特定的数据类型。因为操作只有基于精确的数据类型,其定义才有了确定的含义(在编译原理中叫做“语义”)。也就是说,在一个确定的操作集合中(例如C++语言内置的所有操作),只要给一个变量赋于了数据类型,这个变量可以执行的操作也就确定了。定义变量nVal为int类型,那么nVal就可以参与加减乘除、关系运算、拷贝、转换为double、传递给函数形参、作为数组的下标.........

 

C++的“操作”,其含义非常广泛。其实C++语言已经通过成员函数、操作符重载、函数重载、构造函数定义的隐式类型转换...等机制,表明了 C++作为一个静态类型语言的本质:属于特定类型的数据,加上其上的操作。可以这样理解,任何一个操作,本质就是函数,操作符在C++语言内部也是被当作函数来看待的(这也能解释C++提供operator操作符重载机制的动机);类的成员函数、友元函数,也是对类本身这个“数据类型”的操作。

更进一步,操作本身也是一种特殊的数据类型。可以定义函数的指针、函数的数组,成员访问(->*,.*),只是可以被当作数据类型来使用的机会不多,也被语言本身限制了。

 

C++的内置操作不太好理解,实际上我们常用的语言机制都是“操作”,具体包含了:

(1)各种各样的操作符

算术操作符、关系操作符、位运算、取地址、单目运算、解引用、数组元素访问..... 

 

(2)拷贝操作

拷贝初始化、列表初始化(C++ 11)、赋值运算、函数传参、函数返回值、类型转换执行的临时变量拷贝......等其他非引用场景

 

(3)数据类型转换

类型转换也是一种操作。对于普通的操作,执行前需先匹配要操作的数据的类型。现实中,不可能总能保证在代码里提供类型严格匹配的数据,因此类型转换也是C++语言非常普遍的操作。

该如何理解这样的操作呢?举个例子,例如: 

int nVal = 42;

double fVal = 3.14;

double fValTwo;

fValTwo = fVal + nVal ; // nVal类型提升为double

 上述代码最后一行的相加操作将执行类型提升。从编译器的角度看,此时将生成一个匿名的变量,变量的类新和需要匹配的类型(double)相同,之后执行int至double的类型转换操作,操作结果保存在这个匿名变量中。之后才会执行“+”操作。也就是说,如果选定了操作,那么就会期待若干数据类型完全匹配的操作数,为了满足这个条件,系统会执行类型转换。

对于赋值操作,该操作会期待=右边操作数的数据类型和左边完全匹配,此时也会和上述相同,生成匿名变量,执行类型转换。准备工作完成后,再执行"="操作。

函数的调用也是基于相同的原理,即实参类型和形参类型的匹配。

... ...

C++语言内部定义了异常复杂的类型转换规则(操作),只不过大多数对使用者是透明的。例如:

整形提升 - char、short、bool会先转换为int;

类型提升 - 防止精度损失;

类型降低 -有精度损失,常见于拷贝操作。拷贝操作是将源对象严格匹配目标对象,因此不会有算术操作里的“整形提升”。拷贝包括了拷贝初始化、赋值运算、函数调用实参赋给形参

非bool值都可以转换为bool,相反则转换为0/1;

任意类新指针都可转换为void*;

数组在不用于decltype、sizeof、typeid、取地址&的情况下,会自动转换为指向第一个元素的指针。

非底层const向底层const的转换 - 指向常量的引用和指针可以绑定到非常量上,和内置类型的提升与降低不同,底层const向非底层const的转换是非法的

子类向基类的转换 - 基类指针/引用可以指向子类,这是多态的基础。和底层const一样,相反的转换是非法的

... ...

-

PS:关于底层const和继承体系类型转换的单向性:

本质而言,一个数据的数据类型,可以执行的操作的集合越小,该数据可以引用/绑定的对象类型越广。例如:

数据类型A,可以执行operA - operZ 共26个操作。数据类新B,可以执行的操作是A的子集,比如operH-operN。那么,B的引用/指针可以绑定到A(B的引用/指针可以接受A/A的指针赋值),相反则是非法的。

const int *不能修改指向的int,而int *可以,也就是说,数据类型const int *的操作范围比int *要小,所以const int *可以绑定到int*指向的对象(本质上是指const int *可以接受int*赋值)。
在继承体系中,基类的操作范围肯定是小于子类的,所以 基类指针指向/基类引用 子类的合法的。

造成这一切的原因就在于,对静态类型语言,编译器始终“固执”地、“自以为是”地按照其静态声明类型,来决定一个操作是否合法,而不去管这个对象实际指向的类型。可以想象,编译器“自以为是”地认为通过int *可以改变这个int,而不管这个int*实际指向的是const int,如果允许底层const向非底层const转换,就会带来冲突。

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PS:基于该观点理解重载

函数重载、操作符重载的本质,是用同一个名字定义了多个操作。结果是在编译阶段引入了一个确定具体操作的过程 - 从候选操作中选出最匹配的操作。而上述“类型转换”操作则是在运行阶段进行的。

 

 

 

 

自定义操作,包括我们定义的普通函数、成员函数、重载的操作符、构造函数定义的隐式类型转换、拷贝构造函数定义的拷贝操作...

 

 

 

 

未完待续

 

C++语言体系设计哲学的一些随想(未完待续)

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原文地址:http://www.cnblogs.com/radiolover/p/3960272.html

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