C++基础总结：常量、字面量与字符串完全指南

常量与字面量

• 常量是程序执行期间不可改变的值。C++支持两种常量：命名常量（named constants）和字面量（literals）。
  • 命名常量：与标识符关联的常量值。
  • 字面量常量：未关联标识符的常量值。

常量变量与类型限定符

• 常量变量（constant variable）指值不可变的变量。
  • 使用 const 关键字声明常量变量，且必须初始化。
  • 避免在按值传递或返回时使用 const。
• 类型限定符（type qualifier）修饰类型行为的关键字。
  • C++23 仅支持 const 和 volatile。

常量表达式与编译时常量

• 常量表达式（constant expression）：可在编译时求值的表达式。
  • 非常量表达式称为运行时表达式（runtime expression）。
• 编译时常量：值在编译时已知；运行时常量：初始化值在运行时才确定。

constexpr变量

• constexpr 变量：
  • 必须是编译时常量，并用常量表达式初始化。
  • 函数参数不能为 constexpr。

字面量与魔数

• 字面量：直接嵌入代码的值，具有类型。
  • 可通过字面量后缀（literal suffixes）修改默认类型。
• 魔数（magic number）：含义模糊或后续可能修改的字面量（多为数字）。
  • 避免使用魔数，改用符号常量（symbolic constants）。

数制系统

• 十进制（10个数字）、二进制（2个数字）、八进制（base 8）、十六进制（base 16）。

字符串处理

• 字符串（string）：表示文本的字符序列。
  • 字符串字面量需用双引号包裹，类型为 C风格字符串（难用）。
  • std::string（需包含 <string>）：更安全易用，但初始化和复制开销大。
  • std::string_view：
    • 提供对现有字符串（C风格字面量、std::string 或字符数组）的只读访问，且不复制。
    • 风险：
      • 悬空视图（dangling view）：当原字符串被销毁后访问视图。
      • 视图失效：原 std::string 被修改后，其所有视图均失效（使用将导致未定义行为）。
    • 安全用法：C风格字符串字面量存在于整个程序周期，因此可安全用于初始化或返回 std::string_view。
• 子字符串（substring）：字符串中的连续字符序列。

章节练习题

问题1：常量使用

1. 为何命名常量通常比字面量常量更优？ （显示答案）
2. 为何 const/constexpr 变量通常比 #define 定义的符号常量更优？ （显示答案）

问题2：代码调试

找出以下代码的3处问题：

#include <cstdint> // for std::uint8_t
#include <iostream>

int main()
{
    std::cout << "How old are you?\n";
    std::uint8_t age{};
    std::cin >> age; // 问题点
    std::cout << "Allowed to drive a car in Texas: ";
    if (age >= 16)
        std::cout << "Yes";
    else
        std::cout << "No";
    std::cout << '.\n'; // 问题点
    return 0;
}

期望输出示例：

How old are you?
6
Allowed to drive a car in Texas: No
How old are you?
19
Allowed to drive a car in Texas: Yes

（显示答案）

问题3：字符串处理

1. std::string 和 std::string_view 的主要区别是什么？
2. 使用 std::string_view 时可能出现什么问题？ （显示答案）

问题4：综合练习

编写程序：输入两人的姓名和年龄，并输出年长者。

运行示例：

Enter the name of person #1: John Bacon
Enter the age of John Bacon: 37
Enter the name of person #2: David Jenkins
Enter the age of David Jenkins: 44
David Jenkins (age 44) is older than John Bacon (age 37).

（显示提示） （显示答案）

问题5：深入思考

在问题4的解决方案中，为何 main 函数中的变量 age1 不能声明为 constexpr？