Літерали і магічні числа в С++ / aCode

У мові C++ є два види констант: літеральні і символьні. На цьому уроці ми розглянемо літеральні константи.

Зміст:

Літеральні константи
Літерали у вісімковій і шістнадцятковій системах числення
Бінарні літерали і розділювач цифр в C++14
Магічні числа. Що з ними не так?

Літеральні константи

Літеральні константи (або просто “літерали”) — це значення, які вставляються безпосередньо в код. Оскільки вони є константами, то їх значення змінити не можна, наприклад:

bool myNameIsAlex = true; // true - це літеральна константа типу bool
int x = 5; // 5 - це літеральна константа типу int
int y = 2 * 3; // 2 і 3 - це літеральні константи типу int

bool myNameIsAlex = true; // true - це літеральна константа типу bool

int x = 5; // 5 - це літеральна константа типу int

int y = 2 * 3; // 2 і 3 - це літеральні константи типу int

З літералами типів bool і int все зрозуміло, а ось з літералами типу з плаваючою крапкою є два способи визначення:

double pi = 3.14159; // 3.14159 - це літерал типу double 
double avogadro = 6.02e23; // число avogadro - 6.02x10^23

1 2	double pi = 3.14159; // 3.14159 - це літерал типу double double avogadro = 6.02e23; // число avogadro - 6.02x10^23

У другому способі визначення, число після експоненти може бути і від’ємним:

double electron = 1.6e-19; // заряд електрона - 1.6x10^-19

1	double electron = 1.6e-19; // заряд електрона - 1.6x10^-19

Числові літерали можуть мати суфікси, які визначають їх типи. Ці суфікси не є обов’язковими, так як компілятор розуміє з контексту, константу якого типу даних ви хочете використовувати.

Тип даних	Суфікс	Значення
int	u чи U	unsigned int
int	l чи L	long
int	ul, uL, Ul, UL, lu, lU, Lu чи LU	unsigned long
int	ll чи LL	long long
int	ull, uLL, Ull, ULL, llu, llU, LLu чи LLU	unsigned long long
double	f чи F	float
double	l чи L	long double

Суфікси є навіть для цілочисельних типів (але вони майже не використовуються):

unsigned int nValue = 5u; // тип int unsigned
long nValue2 = 5L; // тип long

1 2	unsigned int nValue = 5u; // тип int unsigned long nValue2 = 5L; // тип long

За замовчуванням літеральні константи типу з плаваючою крапкою є типу double. Для конвертації літеральних констант в тип float, можна використовувати суфікс f або F:

float fValue = 5.0f; // тип float
double d = 6.02e23; // тип double (за замовчуванням)

1 2	float fValue = 5.0f; // тип float double d = 6.02e23; // тип double (за замовчуванням)

Мова C++ також підтримує літерали типів string і char:

char c = 'A'; // 'A' - це літерал типу char 
std::cout << "Hello, world!"; // "Hello, world!" - це літерал рядка C-style
std::cout << "Hello," " world!"; // C++ пов'язує послідовні літерали типу string

char c = 'A'; // 'A' - це літерал типу char

std::cout << "Hello, world!"; // "Hello, world!" - це літерал рядка C-style

std::cout << "Hello," " world!"; // C++ пов'язує послідовні літерали типу string

Літерали добре використовувати в коді доти, доки їх значення зрозумілі й однозначні. Це виконання операцій присвоювання, математичних операцій або виведення тексту в консоль.

Літерали у вісімковій і шістнадцятковій системах числення

У повсякденному житті ми використовуємо десяткову систему числення, яка складається з десяти цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 і 9. За замовчуванням мова C++ використовує десяткову систему числення для чисел в програмах:

int x = 12; // мається на увазі, що 12 є числом з десяткової системи числення

1	int x = 12; // мається на увазі, що 12 є числом з десяткової системи числення

У двійковій (бінарній) системі числення всього 2 цифри: 0 і 1. Значення: 0, 1, 10, 11, 100, 101, 110, 111 і т.д.

Є ще дві інші системи числення: вісімкова і шістнадцяткова.

Вісімкова система числення складається з 8 цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 і 7. Значення: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 11, 12 і т.д.

Примітка: У вісімковій системі числення немає цифр 8 і 9, тому відразу з 7 переходимо до 10.

Десяткова система числення	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Вісімкова система числення	0	1	2	3	4	5	6	7	10	11	12	13

Для використання літералу з вісімкової системи числення, використовуйте префікс 0 (нуль):

#include <iostream>
 
int main()
{
    int x = 012; // 0 перед значенням означає, що це вісімковий літерал
    std::cout << x;
    return 0;
}

#include <iostream>

int main()

{

int x = 012; // 0 перед значенням означає, що це вісімковий літерал

std::cout << x;

return 0;

}

Результат виконання програми:

10

Чому 10 замість 12? Тому що std::cout виводить числа в десятковій системі числення, а 12 у вісімковій системі числення = 10 в десятковій системі числення.

Вісімкова система числення використовується дуже рідко.

Шістнадцяткова система числення складається з 16 символів: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, А, В, С, D, Е, F.

Десяткова система числення	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
Шістнадцяткова система числення	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	A	B	C	D	E	F	10	11

Для використання літералу з шістнадцяткової системи числення, використовуйте префікс 0x:

#include <iostream>
 
int main()
{
    int x = 0xF; // 0x перед значенням означає, що це шістнадцятковий літерал
    std::cout << x;
    return 0;
}

#include <iostream>

int main()

{

int x = 0xF; // 0x перед значенням означає, що це шістнадцятковий літерал

std::cout << x;

return 0;

}

Результат виконання програми:

15

Оскільки в цій системі 16 символів, то одна шістнадцяткова цифра займає 4 біти. Отже, дві шістнадцяткові цифри займають 1 байт.

Розглянемо 32-бітне ціле число з двійкової системи числення: 0011 1010 0111 1111 1001 1000 0010 0110. Через довжину і повторення цифр його складно прочитати. У шістнадцятковій системі числення це ж значення виглядатиме наступним чином: 3A7F 9826. Такий зручний/стислий формат запису є перевагою шістнадцяткової системи числення. Тому шістнадцяткові значення часто використовуються для представлення адрес або необроблених значень в пам’яті.

До C++14 використовувати літерал з двійкової системи числення було неможливо. Проте шістнадцяткова система числення може нам в цьому допомогти:

#include <iostream>
 
int main()
{
    int bin(0);
    bin = 0x01; // присвоюємо змінній бінарний літерал 0000 0001 
    bin = 0x02; // присвоюємо змінній бінарний літерал 0000 0010 
    bin = 0x04; // присвоюємо змінній бінарний літерал 0000 0100 
    bin = 0x08; // присвоюємо змінній бінарний літерал 0000 1000 
    bin = 0x10; // присвоюємо змінній бінарний літерал 0001 0000 
    bin = 0x20; // присвоюємо змінній бінарний літерал 0010 0000 
    bin = 0x40; // присвоюємо змінній бінарний літерал 0100 0000 
    bin = 0x80; // присвоюємо змінній бінарний літерал 1000 0000 
    bin = 0xFF; // присвоюємо змінній бінарний літерал 1111 1111 
    bin = 0xB3; // присвоюємо змінній бінарний літерал 1011 0011 
    bin = 0xF770; // присвоюємо змінній бінарний літерал 1111 0111 0111 0000 
 
    return 0;
}

#include <iostream>

int main()

{

int bin(0);

bin = 0x01; // присвоюємо змінній бінарний літерал 0000 0001

bin = 0x02; // присвоюємо змінній бінарний літерал 0000 0010

bin = 0x04; // присвоюємо змінній бінарний літерал 0000 0100

bin = 0x08; // присвоюємо змінній бінарний літерал 0000 1000

bin = 0x10; // присвоюємо змінній бінарний літерал 0001 0000

bin = 0x20; // присвоюємо змінній бінарний літерал 0010 0000

bin = 0x40; // присвоюємо змінній бінарний літерал 0100 0000

bin = 0x80; // присвоюємо змінній бінарний літерал 1000 0000

bin = 0xFF; // присвоюємо змінній бінарний літерал 1111 1111

bin = 0xB3; // присвоюємо змінній бінарний літерал 1011 0011

bin = 0xF770; // присвоюємо змінній бінарний літерал 1111 0111 0111 0000

return 0;

}

Бінарні літерали і розділювач цифр в C++14

В C++14 ми можемо використовувати бінарні (двійкові) літерали, додаючи префікс 0b:

#include <iostream>
 
int main()
{
    int bin(0);
    bin = 0b1;  // присвоюємо змінній бінарний літерал 0000 0001 
    bin = 0b11; // присвоюємо змінній бінарний літерал 0000 0011 
    bin = 0b1010; // присвоюємо змінній бінарний літерал 0000 1010 
    bin = 0b11110000; // присвоюємо змінній бінарний літерал 1111 0000 
 
    return 0;
}

#include <iostream>

int main()

{

int bin(0);

bin = 0b1; // присвоюємо змінній бінарний літерал 0000 0001

bin = 0b11; // присвоюємо змінній бінарний літерал 0000 0011

bin = 0b1010; // присвоюємо змінній бінарний літерал 0000 1010

bin = 0b11110000; // присвоюємо змінній бінарний літерал 1111 0000

return 0;

}

Оскільки довгі літерали читати важко, то в C++14 додали можливість використовувати одинарну лапку ' як розділювач цифр:

#include <iostream>
 
int main()
{
    int bin = 0b1011'0010;  // присвоюємо змінній бінарний літерал 1011 0010 
    long value = 2'532'673'462; // набагато простіше читати, ніж 2532673462
 
    return 0;
}

#include <iostream>

int main()

{

int bin = 0b1011'0010; // присвоюємо змінній бінарний літерал 1011 0010

long value = 2'532'673'462; // набагато простіше читати, ніж 2532673462

return 0;

}

Якщо ваш компілятор не підтримує C++14, то використовувати бінарні літерали і розділювач цифр ви не зможете — компілятор видасть помилку.

Магічні числа. Що з ними не так?

Розглянемо наступний фрагмент коду:

int maxStudents = numClassrooms * 30;

1	int maxStudents = numClassrooms * 30;

У вищенаведеному прикладі число 30 є магічним числом. Магічне число — це добре закодований літерал (зазвичай, число) в рядку коду, який не має ніякого контексту. Що це за 30, що воно означає? Хоча з вищенаведеного прикладу можна здогадатися, що число 30 означає максимальну кількість учнів, які перебувають в одному кабінеті, в більшості випадків, це не завжди буде настільки очевидним і зрозумілим. У складніших програмах контекст подібних чисел розгадати набагато важче (якщо тільки не буде відповідних коментарів).

Використання магічних чисел є поганою практикою, оскільки в доповнення до того, що вони не надають ніякого контексту (для чого і чому використовуються), вони також можуть створювати проблеми, якщо їх значення необхідно буде змінити. Припустимо, що школа закупила нові парти, що, відповідно, збільшило максимальну кількість учнів, які перебувають в одному кабінеті, з 30 до 36 — це потрібно буде продумати і відобразити в нашій програмі.

Розглянемо наступний фрагмент коду:

int maxStudents = numClassrooms * 30;
setMax(30);

1 2	int maxStudents = numClassrooms * 30; setMax(30);

Щоб оновити число учнів в кабінеті, нам потрібно змінити значення константи з 30 на 36. Але що робити з викликом функції setMax(30)? Аргумент 30 і константа 30 у вищенаведеному коді є одним і тим же, вірно? Якщо так, то нам потрібно буде оновити це значення. Якщо ні, то нам не слід взагалі чіпати цей виклик функції. Якщо ж проводити автоматичний глобальний пошук і заміну числа 30, то можна ненароком змінити і аргумент функції setMax(), в той час, коли його взагалі не слід було б чіпати. Тому вам доведеться переглянути весь код “вручну” в пошуках числа 30, а потім в кожному конкретному випадку визначитись — змінювати 30 на 36 чи ні. Це може зайняти дуже багато часу, крім того, ймовірність виникнення нових помилок збільшується в рази.

На щастя, є кращий варіант — використовувати символьні константи. Про них ми поговоримо на наступному уроці.

Правило: Намагайтеся скоротити до мінімуму використання магічних чисел в ваших програмах.

Оцінити статтю: