Type / Operator / if：C++ 的型別不是註解，而是程式 Contract 的一部分

Learning outcomes

• 能拆解 declaration 中的 type、identifier、initializer。
• 能預測 integer / floating-point arithmetic 與 conversion。
• 能用 Boolean expression 寫 typed business rule。
• 能區分 compile-time type error 與 compile 成功後的 logic error。
• 能用 compiler warning 與 boundary cases 驗證假設。

1. Why now：C++ 在「執行之前」就會拒絕一部分程式

int score = 90;
double average = 87.5;

int invalid = "ninety";
// compile error

JavaScript 常把型別問題留到 runtime；C++ 會把大量 constraints 放進 source-level type system。這不是「比較嚴格」這麼簡單，而是 failure layer 改變了。

2. Mental model：Declaration 同時建立名稱與型別約束

int score = 90;

int
→ declared type

score
→ identifier

90
→ initializer expression

之後 compiler 會用 score 的 type 參與 expression checking、overload resolution 與 conversion。

3. Worked Example A：int division 先發生，再存進 double

int total = 7;
int count = 2;

double average =
    total / count;

std::cout
    << average;
// 3.0

右側 int / int 先得到整數 3，再轉成 double 3.0。左邊宣告 double 不會回頭改寫右側運算規則。

4. Execution trace：Expression Type 要一步一步算

total      : int = 7
count      : int = 2

total/count:
int / int
→ int 3

assign to:
double average
→ 3.0

這種 trace 比「C++ 會自動轉型」更精確，因為 conversion 發生在哪一步會直接影響結果。

5. Worked Example B：明確轉成 floating-point

double average =
    static_cast(
        total
    ) / count;

std::cout
    << average;
// 3.5

現在左 operand 已經是 double，因此 division 進入 floating-point arithmetic。

6. Narrowing：資料「裝得進去」也可能失去資訊

double exact = 3.8;

int truncated =
    static_cast(
        exact
    );

std::cout
    << truncated;
// 3

Conversion 不代表語意一定正確。你仍需知道是否允許 truncation、overflow 或 precision loss。

7. const：把「不應修改」變成 compiler 可檢查的 Constraint

const int passScore = 60;

// passScore = 50;
// compile error

對固定規則使用 const 能把設計意圖轉成編譯期約束。

8. Worked Example C：Condition 是 Typed Expression 的結果

int score = 72;
const int passScore = 60;

const bool passed =
    score >= passScore;

if (passed) {
    std::cout << "Pass
";
} else {
    std::cout << "Fail
";
}

score >= passScore 的結果是 bool；if 消費這個 condition。

9. Rule Ordering：多條件時先定義 Business Boundary

std::string label;

if (score >= 90) {
    label = "Excellent";
} else if (score >= 60) {
    label = "Pass";
} else {
    label = "Fail";
}

如果先寫 score >= 60，90 分也會先進 Pass branch。這不是 compiler error，是 rule ordering logic error。

10. Common mistakes

A. 以為 target type 會改變 expression type

double x = 5 / 2 仍先做 int division。

B. 混淆 assignment 與 comparison

= 與 == 是不同操作；warning 設定可以協助發現可疑寫法。

C. 把 compile 成功等同邏輯正確

60 分邊界寫成 > 60 一樣會成功 build。

D. 無視 input failure

std::cin >> score 失敗會改變 stream state；不能假設所有輸入都合法。

11. Debug evidence：Compiler 與 Runtime Evidence 分開

g++ -std=c++20
    -Wall
    -Wextra
    -pedantic
    main.cpp
    -o grade-analyzer

Compiler diagnostic 回答 source/type 層問題；如果 executable 已成功產生但結果錯，才進 execution trace 與 boundary tests。

12. Guided exercise：預測再 Compile

int a = 5;
int b = 2;

double x = a / b;
double y =
    static_cast(a)
    / b;

先寫 x/y 預測值與每一步 expression type，再實際 compile/run 驗證。

13. Independent exercise：Typed Score Rule

建立 CLI：輸入 score，輸出 Invalid / Fail / Pass / Excellent。規則：

valid: 0..100
Excellent: 90..100
Pass: 60..89
Fail: 0..59

至少測 -1、0、59、60、89、90、100、101。

14. Challenge：Input Stream Failure

int score = 0;

std::cin >> score;

if (!std::cin) {
    // what now?
}

輸入 abc，觀察 stream state。說明這與「score out of range」是不同種類的 validation failure。

Project checkpoint：CLI Grade Analyzer · Typed Core v1

stdin
  ↓ parse typed input
int score
  ↓ validate range
0..100
  ↓ classify
Excellent / Pass / Fail
  ↓
stdout

這一版只處理一筆 score；52 會把規則拆成 function 並處理多筆。

15. Vocabulary / Summary

• static type：compiler 在 build 時已知的 type。
• conversion：把 value 轉成另一 type representation。
• narrowing：可能失去 range/precision 的 conversion。
• expression type：expression 求值時依 operands/operator 決定的 type。
• logic error：build/run 都成功但 behavior 不符合 contract。

16. Further reading

• cppreference — Fundamental types
• cppreference — Conversions