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4.15 - 字面量

Key Takeaway
  • 常量有两种，字面量常量（简称字面量）和符号常量
  • 字面量的类型具有默认值，可以通过后缀修改
    • 小数字面量的默认类型为double而不是float
    • C风格的字符串，默认类型为字符数组
  • std::string和std::string_view类型的字面量可以通过s和sv后缀指定，在类型推断时比较有用，其他情况一般不需要
  • 声明浮点数字面量的方法有两种：3.14159或1.9e10
  • 只有当一个数字（也可能是其他类型）含义不明确或多次被使用时才被看做是魔术数字。有些场合下的字面量，尤其是只使用一次的字面量，可以不被看做是魔术数字
  • 使用常量来避免魔术数字

字面量常量（通常称为字面量） 指的是直接嵌入到代码中的未命名的值，例如：

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return 5; // 5 是一个整型字面量
bool myNameIsAlex { true }; // true 是一个布尔字面量
std::cout << 3.4; // 3.4 是一个 double 字面量

字面量通常被称为字面量常量，因为你不能动态地改变它们的值

字面量的类型

和其他对象诶新一样，所有的字面量也有其类型。字面量的类型由其值和字面量本身的格式推定。

默认情况下：

字面量值 例子 默认类型
integral value 5, 0, -3 int
boolean value true, false bool
floating point value 3.4, -2.2 double (不是 float)!
char value ‘a’ char
C-style string “Hello, world!” const char[14]

字面量后缀

如果默认类型不是你想要的，可以通过字面量的后缀改变其类型：

数据类型 后缀 含义
int u or U unsigned int
int l or L long
int ul, uL, Ul, UL, lu, lU, Lu, or LU unsigned long
int ll or LL long long
int ull, uLL, Ull, ULL, llu, llU, LLu, or LLU unsigned long long
double f or F float
double l or L long double

后缀是区分大小写的，但是由于小写字母L看起来很像 1 ，所以开发者通常喜欢用大写。

相关内容

我们会在4.17 - std::string 简介 和4.18 - std::string_view 简介中讨论字符串字面量的后缀。

整型字面量

通常情况下，你不需要为整型指定后缀，但是如果要做的话，可以参考下面例子：

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#include <iostream>

int main()
{
    std::cout << 5; // 5 (no suffix) is type int (by default)
    std::cout << 5L; // 5L is type long

    return 0;
}

u (或者 ‘U’) 是一个特例，通常用来标记无符号整型字面量：

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#include <iostream>

int main()
{
    unsigned int x { 5u }; // 5u is type unsigned int
    std::cout << x;

    return 0;
}

浮点数字面量

默认情况下，浮点数字面量的类型为 double，如果希望使用 float 类型，则需要指定 f或F后缀：

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std::cout << 5.0; // 5.0 (no suffix) is type double (by default)
std::cout << 5.0f; // 5.0f is type float

新程序员通常会奇怪为什么下面的代码会导致编译告警：

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float f { 4.1 }; // warning: 4.1 是 double 类型的字面量而不是 float 类型

因为，4.1 没有后缀所以是 double 类型的字面量，而不是 float 类型。当C++定义字面量的类型时，它不在乎该字面量的用途（例如，在这个例子中是用于初始化一个 float 变量）。因此，4.1 必须被转换为 double 类型才可以被赋值给变量 f，而这么做是会导致精度丢失的。

在C++中，只要字面量的意思是清晰的，那么你可以放心使用。例如大多数情况下会使用字面量进行初始化或赋值、数学运算或直接打印到屏幕上。

字符串字面量

在 4.11 - 字符 中我们将字符串定义为一个字符序列的集合。在 C++ 中也支持字符串字面量：

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std::cout << "Hello, world!"; // "Hello, world!" is a C-style string literal
std::cout << "Hello," " world!"; // C++ 会链接字符串字面量

出于某些历史原因，C++ 处理字符串的方式有些特别。目前来讲，你可以使用字符串字面量来作为打印文本或用于初始化 std::string。

扩展阅读

C++ 同样也支持 std::string 和 std::string_view 字面量。虽然在很多时候并不需要使用它们，但是在使用类型推断的时候，它们还是挺有用的。类型推断可以发生在使用 auto关键字（8.7 - 使用 auto 关键字进行类型推断）或是在类模板参数推断时。

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#include <iostream>
#include <string>      // for std::string
#include <string_view> // for std::string_view

int main()
{
    using namespace std::literals; // easiest way to access the s and sv suffixes

    std::cout << "foo\n";   // no suffix is a C-style string literal
    std::cout << "goo\n"s;  // s 后缀表示 std::string 字面量
    std::cout << "moo\n"sv; // sv 后缀表示 a std::string_view 字面量

    return 0;
};

此处使用using来引入整个命名空间是一个被允许的特例。

我们会在后续的课程中深入讨论字符串字面量。

浮点数字面量的科学计数法表示

声明浮点数字面量的方法有两种：

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double pi { 3.14159 }; // 3.14159 是 double 类型字面量
double avogadro { 6.02e23 }; // 6.02 x 10^23 是 double 类型，科学计数法表示

对于科学计数法来讲，指数部分也可以是负值：

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double electron { 1.6e-19 }; // charge on an electron is 1.6 x 10^-19

魔术数字

魔术数字指的是含义不清或多次使用的字面量（通常是数字）。

下面代码展示了一种含义不清的魔术数字：

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constexpr int maxStudentsPerSchool{ numClassrooms * 30 };

这里的 30 到底是什么含义？尽管有时候你可能可以猜到它的含义，例如这里指的是每个教室最多的学生数，但是这个意义并不明显。对于更加复杂的程序来说，推测某个硬编码的数字是很难的，除非有注释。

幸运的是，我们可以使用符号常量来避免这种含义不清的魔术数字：

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constexpr int maxStudentsPerClass { 30 }; // now obvious what 30 is
constexpr int maxStudentsPerSchool{ numClassrooms * maxStudentsPerClass };

使用魔术数字通常被认为是一种不好的编码习惯，它们不仅没有提供关于其用途的上下文信息，而且还留下了一个隐患（万一需要修改则需要在多处修改）。假设，学校购买了一些新的课桌，现在一个教室能够容纳 35 人了，那么我们的程序也必须反映这一情况。考虑如下代码：

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constexpr int maxStudents{ numClassrooms * 30 };
setMax(30);

为了修改程序适应新的情况，我们必须把常量 30 修改为 35，但是 setMax() 怎么办？它的参数 30 和其他 30 是一个意思吗？应该更新还是应该保留啊，搞不好会导致程序出问题的。如你进行全局的查找和替换，那么你可能会替换掉本不应该被更新的 setMax() 中的 30。所以你可能需要逐个检查每一个 30，确保它应该被替换才执行操作。这就太费时间（而且还容易出错）。

下面的代码 (使用符号常量) 则更加清晰，明显可以看出两个 30 是不是一回事：

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constexpr int maxStudentsPerClass { 30 }; // now obvious what 30 is
constexpr int totalStudents{ numClassrooms * maxStudentsPerClass };

constexpr int maxNameLength{ 30 };
setMax(maxNameLength); // now obvious this 30 is used in a different context

魔术数字并不总是数字——也可能是字符串或其他类型。

注意，只使用一次，且含义明确的字面量通常不被认为是魔术数字。像-1、0、0.0 和 1这样的值就经常被用在含义非常明确的情境中：

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int idGenerator { 0 };         // fine: we're starting our id generator with value 0
idGenerator = idGenerator + 1; // fine: we're just incrementing our generator

其他值在某些语境下含义也是明显的 (因此也可以不被看做是魔术数字)：

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int kmtoM(int km) { return km * 1000; } // 可以这么做: 很显然这里1000是km和m之间的转换系数

最佳实践

在代码中避免魔术数字 (使用常量来代替)。