类型

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C++
 
C++ 语言
 
基本概念
 

对象、引用、函数（包括函数模板特化）和表达式具有称为类型的性质，它限制了对这些实体所容许的操作，并给原本寻常的位序列提供了语义含义。

类型的分类

C++ 类型系统由以下类型组成：

(C++11 起)
  • bool 类型；
  • 字符类型：
  • 窄字符类型：
  • 普通字符类型：char、signed char、unsigned char[1]
  • char8_t 类型
(C++20 起)
  • 宽字符类型：char16_t、char32_t、 (C++11 起)wchar_t；
  • 有符号整数类型：
  • 标准有符号整数类型：signed char、short int、int、long int、long long int (C++11 起)；
  • 扩展有符号整数类型（由实现定义）；
(C++11 起)
  • 无符号整数类型：
  • 标准无符号整数类型：unsigned char、unsigned short int、unsigned int、unsigned long int、unsigned long long int (C++11 起)；
  • 扩展无符号整数类型（与扩展有符号整数类型一一对应）
(C++11 起)
  • 标准浮点类型：float、double、long double；
(C++23 起)
  • 到对象的左值引用类型；
  • 到函数的左值引用类型；
  • 到对象的右值引用类型；
  • 到函数的右值引用类型；
(C++11 起)
 (C++11 起)
  1. ↑ signed char 和 unsigned char 是窄字符类型，但不是字符类型。也就是说窄字符类型集合不是字符类型集合的子集。

对于除引用和函数以外的每个类型，类型系统还支持该类型的三个附加 cv 限定版本（const、volatile 及 const volatile）。

根据类型的各项性质，将它们分组到不同的类别之中：

构造一个对象表示中的字节数不能以 std::size_t 类型（即 sizeof 运算符的结果类型）表示的完整对象类型是非良构的。

cpp types.svg

由程序定义的类型

由程序定义的特化 是不属于 C++ 标准库且不由实现定义的显式特化或偏特化。

由程序定义的类型 是以下类型之一：

(C++11 起)

类型的命名

能通过以下方式声明一个名字以指代类型：

在 C++ 程序中经常需要指代没有名字的类型；为此而设的语法被称为 类型标识。指明类型 T 的类型标识的语法与省略了标识符的对 T 类型的变量或函数的声明语法完全一致，但声明语法中的 声明说明符序列 被限制为 类型说明符序列，另外只有在类型标识在非模板类型别名声明的右侧出现时才可以定义新类型。 

int* p;               // 声明一个指向 int 的指针
static_cast<int*>(p); // 类型标识是 "int*"
 
int a[3];   // 声明一个含有 3 个 int 的数组
new int[3]; // 类型标识是 "int[3]"（称作 new-类型标识）
 
int (*(*x[2])())[3];      // 声明一个含有 2 个函数指针的数组
                          // 这些函数指针指向的函数返回指向（含有 3 个 int 的数组）的指针
new (int (*(*[2])())[3]); // 类型标识是 "int (*(*[2])())[3]"
 
void f(int);                    // 声明一个接收 int 并返回 void 的函数
std::function<void(int)> x = f; // 类型模板形参是类型标识 "void(int)"
std::function<auto(int) -> void> y = f; // 同上
 
std::vector<int> v;       // 声明一个含有 int 的 vector
sizeof(std::vector<int>); // 类型标识为 "std::vector<int>"
 
struct { int x; } b;         // 创建一个新类型并声明该类型的一个对象 b
sizeof(struct{ int x; });    // 错误：不能在 sizeof 表达式中定义新类型
using t = struct { int x; }; // 创建一个新类型并声明 t 为该类型的一个别名
 
sizeof(static int); // 错误：存储类说明符不是类型说明符序列的一部分
std::function<inline void(int)> f; // 错误：函数说明符也不是

声明文法的 声明符 部分在移除了名字后被称为 抽象声明符。

类型标识可用于下列情形：

类型标识经过一些修改可用于下列情形：

  • 在函数形参列表中（省略形参名时），类型标识 用 声明说明符序列 代替 类型说明符序列（尤其是允许使用某些存储类说明符）；
  • 在用户定义转换函数名中，抽象声明符不能包含函数或数组运算符。
本节未完成
原因：8.2[dcl.ambig.res]，如果能紧凑地总结
本节未完成
原因：提及并链接到 decltype 和 auto

详述类型说明符

详述类型说明符能用来指代先前声明过的类名（类、结构体或联合体）或先前声明过的枚举名，即使该名字被非类型声明隐藏。它们也能用来声明新的类名。

详见详述类型说明符。

静态类型

对程序进行编译时分析所得到的表达式的类型被称为表达式的静态类型。程序执行时静态类型不会更改。

动态类型

如果某个泛左值表达式指代某个多态对象，那么它的最终派生对象的类型被称为它的动态类型。 

// 给定
struct B { virtual ~B() {} }; // 多态类型
struct D: B {};               // 多态类型
 
D d; // 最终派生对象
B* ptr = &d;
 
// (*ptr) 的静态类型是 B
// (*ptr) 的动态类型是 D

对于纯右值表达式，动态类型始终与静态类型相同。

不完整类型

下列类型是不完整类型：

  • void 类型（可有 cv 限定）；
  • 不完整定义的对象类型：

所有其他类型都是完整的。

下列语境都要求类型 T 完整：

（通常在必须知道 T 的大小和布局时要求它完整。）

如果翻译单元中出现了这些情况中的任何情况，该类型的定义就必须在相同的翻译单元中出现。否则不必出现。

不完整定义的对象类型可以变完整：

  • 类类型（例如 class X）可在翻译单元中的某处视为不完整类型而在之后补充完整；类型 class X 在这两处是相同的类型： 
class X;             // X 的声明，尚未提供定义
extern X* xp;        // xp 是指向不完整类型的指针：X 的定义不可及
 
void foo()
{
    xp++;            // 非良构：X 不完整
}
 
struct X { int i; }; // X 的定义
X x;                 // OK：X 的定义可及
 
void bar()
{
    xp = &x;         // OK：类型是“指向 X 的指针”
    xp++;            // OK：X 完整
}
  • 数组对象的声明类型可以是不完整类类型的数组，它因此也不完整；如果类类型在翻译单元中的后面完整，那么该数组类型也变得完整；两处的数组类型相同。
  • 数组对象的声明类型可以是未知边界数组，因此它在翻译单元的一处不完整，并在之后变完整；两处的数组类型（“含有 T 的未知边界数组”与“含有 N 个 T 的元素数组”）不同。

到未知边界数组的指针类型或引用类型始终会指向或指代不完整类型。由 typedef 声明命名的未知边界数组始终会表示不完整类型。两种情况下该数组类型均无法补充完整： 

extern int arr[];   // arr 的类型不完整
typedef int UNKA[]; // UNKA 是不完整类型
 
UNKA* arrp;         // arrp 是指向不完整类型的指针
UNKA** arrpp;
 
void foo()
{
    arrp++;         // 错误：UNKA 是不完整类型
    arrpp++;        // OK：UNKA* 的大小已知
}
 
int arr[10];        // 现在 arr 的类型完整了
 
void bar()
{
    arrp = &arr;    // 错误：类型不同
    arrp++;         // 错误：UNKA 无法补充完整
}

缺陷报告

下列更改行为的缺陷报告追溯地应用于以前出版的 C++ 标准。

缺陷报告 应用于 出版时的行为 正确行为
CWG 328 C++98 类可以有不完整类类型的成员 非静态类类型数据成员需要完整
CWG 977 C++98 不明确枚举类型在它的定义的什么地方变得完整 在确定底层类型时完整
CWG 1352 C++98 到 T* 或 T& 类型的用户定义转换需要 T 是完整类型 不再需要
CWG 1464 C++98 对象大小可以不能以 std::size_t 表示 这种类型非良构
CWG 2006 C++98 有 cv 限定的 void 类型是对象类型和完整类型 都不属于这两种类型
CWG 2448 C++98 只有无 cv 限定的类型可以是整数和浮点类型 也允许有 cv 限定的类型
CWG 2630 C++98 不明确类在自身的定义出现的翻译单元外是否会被视为完整类型 此时该类的定义可及的情况下视为完整类型
CWG 2643 C++98 指向未知边界数组的指针类型无法补充完整（但它已经是完整类型） 被指向的数组类型无法补充完整
LWG 2139 C++98 “由用户定义的类型”的含义不明确 定义并改用“由程序定义的类型”
LWG 3119 C++11 不明确闭包类型是不是由程序定义的类型 使之明确

引用

  • C++23 标准（ISO/IEC 14882:2024）：
  • 6.8.2.11 Fundamental types [basic.fundamental]
  • C++20 标准（ISO/IEC 14882:2020）：
  • TBD Fundamental types [basic.fundamental]
  • C++17 标准（ISO/IEC 14882:2017）：
  • TBD Fundamental types [basic.fundamental]
  • C++14 标准（ISO/IEC 14882:2014）：
  • TBD Fundamental types [basic.fundamental]
  • C++11 标准（ISO/IEC 14882:2011）：
  • TBD Fundamental types [basic.fundamental]
  • C++98 标准（ISO/IEC 14882:1998）：
  • TBD Fundamental types [basic.fundamental]

参阅

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