[C++11] 基础类型扩展解读(long long、char16_t char32

说明：

long long是一种基本数据类型，它通常是一种至少64位的有符号整数类型。在C++中，long long类型能够存储的数值范围远远超过int或long类型，这使得它非常适合存储非常大的整数。

char16_t和char32_t是C++11标准引入的两种新的数据类型，它们用于支持Unicode字符集。

接下来我们看看为什么C++11要引入它们。👇

1 long long 类型

1.1 为什么C++11特性中引入long long类型？

在C++11中，long long类型被引入以提供更大的整数值表示能力，它至少具有64位的存储空间，使得我们能够处理更大的整数值。

这个类型在1995年6月之前就由罗兰·哈丁格（Roland Hartinger）提出申请加入C++标准，但当时的C++标准委员会以C语言中不存在这个基本类型为由，拒绝将这个类型加入C++中。

而就在C++98标准出台的一年后，C99标准就添加了long long这个类型，并且流行的编译器也纷纷支持了该类型。在此之后C++标准委员会才计划将整型long long加入标准中。

1.2 关于long long类型大小定义解读

long long大小及相关类型long、int、short的定义解读为：

sizeof(long long)>=sizeof(long)>=sizeof(int)>=sizeof(short)

所以具体的字节数是根据编译器来确定的。在64位系统中，long类型通常为8字节（64位）。

1.3 long long 类型使用详解

long long 的使用较为简单，直接定义即可。参考代码如下：

long long number = 1000000000000000;  // 定义一个 long long 类型的变量

2 char16_t、char32_t类型

2.1 为什么引入char16_t和char32_t这两种类型

C++11引入了char16_t和char32_t两种新的数据类型，主要是为了更好地支持国际化和Unicode字符集。详细解读如下：

Unicode字符集的需要：Unicode是一个国际标准，用于为世界上大多数的书写系统提供一个唯一的码位。它能够表示超过100,000个字符，包括标点符号、数学符号、技术符号以及表情符号等。
现有类型的局限性：在C++11之前，标准库主要使用char类型来表示字符，它通常对应于一个字节（8位）。然而，对于Unicode字符集，一个字节的char无法表示所有的字符，因为许多字符的码位超出了一个字节的范围。
固定长度字符类型：char16_t是一个至少占用16位的无符号整数类型，它足以表示Unicode的基本多文种平面（BMP），即码位范围在U+0000到U+FFFF之间的字符。char32_t是一个至少占用32位的无符号整数类型，它足以表示Unicode字符集中的所有字符，包括辅助平面的字符，码位范围在U+0000到U+10FFFF之间。
编码和解码的便利：引入char16_t和char32_t允许开发者更方便地对Unicode字符串进行编码和解码，因为可以直接以固定长度的字符类型来处理字符，而不需要手动转换字节序或处理多字节序列。
与C++标准库的兼容性：C++标准库中的字符串和字符处理函数，如std::string和std::u16string、std::u32string，使用这些新类型来支持Unicode字符串的存储和操作。
国际化的支持：通过引入这些类型，C++11为开发者提供了更好的工具来处理国际化问题，使得程序能够更容易地支持多种语言和文化。
与C++11标准相协调：C++11标准在多个方面进行了扩展和改进，包括对多线程、基于范围的for循环、基于自动类型的变量声明等的支持。引入char16_t和char32_t是这一改进过程的一部分，以确保C++能够适应现代软件开发的需求。
未来兼容性：随着软件国际化需求的增加，对Unicode的支持变得越来越重要。C++11通过引入这些类型，为未来的Unicode扩展和国际化特性打下了基础。

尽管char16_t和char32_t为处理Unicode提供了基础，但在实际应用中，开发者可能仍然需要依赖第三方库，如ICU（International Components for Unicode），来处理更复杂的国际化问题，包括字符编码转换、格式化、排序和搜索等。

2.2 C++98标准中引入了wchar_t，为什么还要引入char16_t和char32_t？

C++98标准中引入的wchar_t类型是为了支持宽字符，它通常用于表示Unicode字符集中的字符。wchar_t的大小至少是16位，但具体的大小（16位、32位或更大）取决于编译器和平台的实现。wchar_t可以存储一个Unicode的码位，足以覆盖基本多文种平面（BMP），但不足以覆盖整个Unicode字符集。

尽管wchar_t在某些情况下可以用于国际化，但它存在一些局限性，这也是C++11引入char16_t和char32_t的原因：

大小不统一：wchar_t的大小在不同的平台上可能不同，这可能导致跨平台的可移植性问题。
表示范围有限：wchar_t的大小不足以表示所有的Unicode字符，尤其是辅助平面上的字符（码位在U+10000到U+10FFFF之间）。
编码形式不明确：wchar_t并没有明确指出其使用的是哪种Unicode转换形式（如UTF-16或UTF-32）。这可能导致在不同的平台上，相同的wchar_t字符串可能有不同的字节序列。
国际化支持不足：随着国际化需求的增加，开发者需要一种更加明确和统一的方式来处理Unicode字符。wchar_t在表示和处理Unicode字符串时存在局限性，特别是在处理辅助平面字符时。
编码粒度更细：char16_t和char32_t提供了更细的编码粒度。char16_t对应于UTF-16编码，可以表示BMP中的所有字符。char32_t对应于UTF-32编码，可以表示整个Unicode字符集中的所有字符。
更好的编码透明度：C++11标准通过引入char16_t和char32_t，以及相应的字符串类型std::u16string和std::u32string，提供了更明确的编码透明度，使得开发者可以更容易地理解和处理Unicode字符串。
与C++11标准其他特性的一致性：C++11引入了许多现代化的特性，如基于范围的for循环、自动类型推断、基于右值引用的移动语义等。引入char16_t和char32_t是为了使标准库在国际化支持方面与其他特性保持一致。
更好的工具和库支持：随着Unicode和国际化处理工具的发展，char16_t和char32_t提供了更好的支持，使得开发者可以更容易地使用这些工具和库。

总之，尽管wchar_t在某些情况下可以用于国际化，但它的局限性促使C++11引入了char16_t和char32_t，以提供更好的Unicode支持和国际化能力。这些新类型提供了更明确的大小、编码透明度和表示范围，有助于开发者创建更加国际化和可移植的软件。

2.3 char16_t、char32_t使用详解

char16_t和char32_t在C++11中引入，用以支持Unicode字符集。以下是一些使用这些类型的示例场景和代码案例。

2.3.1 创建和操作std::u16string

参考代码如下：

#include <iostream>
#include <string>int main() {// 创建一个std::u16string对象std::u16string u16str = u"Hello, 世界!";// 访问字符串中的字符for (char16_t ch : u16str) {std::cout << "U+" << std::hex << static_cast<uint_least16_t>(ch) << " ";}std::cout << std::endl;// 修改字符串内容u16str[6] = u'W'; // 将"世界"的"世"改为大写"W"// 输出修改后的字符串std::cout << "Modified UTF-16 String: " << u16str << std::endl;return 0;
}

解读：在这个Demo中，我们首先创建了一个std::u16string对象u16str，它是一个基于char16_t的字符串，用于存储UTF-16编码的文本。我们遍历字符串中的每个字符，并将每个char16_t字符转换为它的十六进制表示形式，然后输出。

接着，我们修改了字符串中的一个字符，将"世"改为大写"W"。UTF-16编码的字符串允许我们像操作普通字符串一样进行修改。

最后，我们输出了修改后的字符串，以展示结果。

2.3.2 使用char32_t和std::u32string

参考代码如下：

#include <iostream>
#include <string>int main() {// 使用char32_t的字符串字面量需要前缀Uchar32_t ch = U'🌐'; // Unicode字符，表示地球仪// 创建std::u32string对象std::u32string str = U"👋🌐"; // 使用u32string存储UTF-32编码的字符串// 将单个char32_t字符添加到u32string中str.push_back(ch);// 遍历字符串并输出每个字符的代码点for (char32_t c : str) {std::cout << "U+" << std::hex << static_cast<unsigned int>(c) << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

解读：
在这个案例中，我们使用了char32_t来表示单个的UTF-32编码字符。UTF-32是一种固定长度的编码形式，每个Unicode字符都使用一个单独的char32_t值表示。

我们创建了一个std::u32string对象来存储UTF-32编码的字符串。std::u32string是C++11标准库中的另一个类模板实例化，用于处理UTF-32编码的字符串。

在遍历字符串时，我们使用static_cast<unsigned int>来获取char32_t的整数值，然后以十六进制格式输出。

2.3.3 转换为UTF-8并输出

由于C++标准库不支持直接将UTF-16或UTF-32转换为UTF-8，这里展示的是如何使用第三方库ICU或者平台相关的函数来进行转换。以下是使用伪代码表示转换逻辑的示例：

#include <iostream>
#include <string>
// 引入ICU头文件（需要安装ICU库）
#include <unicode/unistr.h>int main() {// 创建一个UTF-32字符串std::u32string u32str = U"👋🌐";// 使用ICU库将UTF-32转换为UTF-8icu::UnicodeString unicodeStr = icu::UnicodeString::fromUTF32(u32str.data(), u32str.size());std::string utf8Str;unicodeStr.toUTF8String(utf8Str);// 输出UTF-8编码的字符串std::cout << "UTF-8 String: " << utf8Str << std::endl;return 0;
}

解读：在这个Demo中，我们创建了一个std::u32string对象u32str，它包含两个辅助平面的Unicode字符（地球仪和挥手表情）。我们使用ICU库的UnicodeString类来执行从UTF-32到UTF-8的转换。fromUTF32方法接受UTF-32编码的字符数组和长度，创建一个UnicodeString对象。然后，我们使用toUTF8String方法将UnicodeString对象转换为UTF-8编码的std::string。最后，我们输出了转换后的UTF-8字符串。但是注意：