C++编程基础：数据类型详解

定义变量时，不可或缺的一个要素就是数据类型。本质上讲，这就是为了实现计算需求，我们必须先定义好数据的样式，告诉计算机这些数据占多大空间，这就是所谓“数据类型”的含义。

C++支持丰富的数据类型，它内置了一套基本数据类型，也为我们提供了自定义类型的机制。

接下来我们先介绍基本数据类型，主要包括算术类型和空类型（void）。其中算术类型又包含了整型和浮点型；而空类型不对应具体的值，只用在一些特定的场合，比如一个函数如果不返回任何值，我们可以让void作为它的返回类型。

1. 整型

整型（integral type）本质上来讲就是表示整数的类型。

我们知道在计算机中，所有数据都是以二进制“0”“1”来表示的，每个叫做一位（bit）；计算机可寻址的内存最小单元是8位，也就是一个字节（Byte）。所以我们要访问的数据，都是保存在内存的一个个字节里的。

一个字节能表示的最大数是28 = 256，这对于很多应用来讲显然是不够的。不同的需求可能要表示的数的范围也不一样，所以C++中定义了多个整数类型，它们的区别就在于每种类型占据的内存空间大小不同。

C++定义的基本整型包括char、short、int、long，和C++ 11新增的long long类型，此外特殊的布尔类型bool本质上也是整型。

在C++中对它们占据的长度定义比较灵活，这样不同的计算机平台就可以有自己的实现了（这跟C是一样的）。由于char和bool相对特殊，我们先介绍其它四种。C++标准中对它们有最小长度的要求，比如：

l short类型至少为16位（2字节）

l int至少2字节，而且不能比short短

l long至少4字节，而且不能比int短

l long long至少8字节，而且不能比long短

现在一般系统中，short和long都选择最小长度，也就是short为16位、long为32位、long long为64位；而int则有不同选择。我们一般使用的电脑操作系统，比如Windows 7、Windows 10、Mac OS等等的实现中，int都是32位的。

所以short能表示的数有216 = 65536 个，考虑正负，能表示的范围就是-32768 ~ 32767；而int表示的数范围则为 - 231 ~ 231 - 1。（大概是正负20亿，足够用了）

#include<iostream>

using namespace std;

int main()

{

short a = 1;

cout << "a = " << a << endl;

cout << "a的长度为：" << sizeof(a) << endl;

int b;

cout << "b的长度为：" << sizeof(b) << endl;

long c;

cout << "c的长度为：" << sizeof(c) << endl;

long long d;

cout << "d的长度为：" << sizeof(d) << endl;

cin.get();

}

这里我们用到了sizeof，这是一个运算符，可以返回某个变量占用的字节数。我们可以看到，变量占用的空间大小只跟类型有关，跟变量具体的值无关。

2.无符号整型

整型默认是可正可负的，如果我们只想表示正数和0，那么所能表示的范围就又会增大一倍。以16位的short为例，本来表示的范围是-32768 ~ 32767，如果不考虑负数，那么就可以表示0 ~ 65535。C++中，short、int、long、long long都有各自的“无符号”版本的类型，只要定义时在类型前加上unsigned就可以。

short a = 32768;

cout << "a = " << a << endl;

cout << "a的长度为：" << sizeof a << endl;

unsigned short a2 = 32768;

cout << "a2 = " << a2 << endl;

cout << "a2的长度为：" << sizeof a2 << endl;

上面的代码可以测试无符号数表示的范围。需要注意，当数值超出了整型能表示的范围，程序本身并不会报错，而是会让数值回到能表示的最小值；这种情况叫做“数据溢出”（或者“算术溢出”），写程序时一定要避免。

由于类型太多，在实际应用中使用整型可以只考虑三个原则：

• 一般的整数计算，全部用int；
• 如果数值超过了int的表示范围，用long long；
• 确定数值不可能为负，用无符号类型（比如统计人数、销售额等）；

3. char类型

如果我们只需要处理很小的整数，也可以用另外一种特殊的整型类型——char，它通常只占一个字节（8位）。不过char类型一般并不用在整数计算，它更重要的用途是表示字符（character）。

计算机底层的数据都是二进制位表示的，这用来表示一个整数当然没有问题，可怎么表示字母呢？这就需要将常用的字母、以及一些特殊符号对应到一个个的数字上，然后保存下来，这就是“编码”的过程 。

最常用的字符编码集就是ASCII码，它用0~127表示了128个字符，这包括了所有的大小写字母、数字、标点符号、特殊符号以及一些计算机的控制符。比如字母“A”的编码是65，数字字符“0”的编码是48。

在程序中如果使用char类型的变量，我们会发现，打印出来就是一个字符；而它的底层是一个整数，也可以做整数计算。

char ch = 65;

cout << "65对应的字符为：" << ch << endl;

char ch2 = ch + 1;

cout << "66对应的字符为：" << ch2 << endl;

char类型用来表示整数时，到底是有符号还是无符号呢？之前的所有整型，默认都是有符号的，而char并没有默认类型，而是需要C++编译器根据需要自己决定。

所以把char当做小整数时，有两种显式的定义方式：signed char 和 unsigned char；至于char定义出来的到底带不带符号，就看编译器的具体实现了。

另外， C++还对字符类型进行了“扩容”，提供了一种“宽字符”类型wchar_t。wchar_t会在底层对应另一种整型（比如short或者int），具体占几个字节要看系统中的实现。

wchar_t会随着具体实现而变化，不够稳定；所以在C++11新标准中，还为Unicode字符集提供了专门的扩展字符类型：char16_t和char32_t，分别长16位和32位。

4. bool类型

在程序中，往往需要针对某个条件做判断，结果只有两种：“成立”和“不成立”；如果用逻辑语言来描述，就是“真”和“假”。真值判断是二元的，所以在C语言中，可以很简单地用“1”表示“真”，“0”表示“假”。

C++支持C语言中的这种定义，同时为了让代码更容易理解，引入了一种新的数据类型——布尔类型bool。bool类型只有两个取值：true和false，这样就可以非常明确地表示逻辑真假了。bool类型通常占用8位（1个字节）。

bool bl = true;

cout << "bl = " << bl << endl;

cout << "bool类型长度为：" << sizeof bl << endl;

我们可以看到，true和false可以直接赋值给bool类型的变量，打印输出的时候，true就是1，false就是0，这跟C语言里的表示其实是一样的。

5. 浮点类型

跟整数对应，浮点数用来表示小数，主要有单精度float和双精度double两种类型，double的长度不会小于float。通常，float会占用4个字节（32位），而double会占用8个字节（64位）。此外，C++还提供了一种扩展的高精度类型long double，一般会占12或16个字节。

除了一般的小数，在C++中，还提供了另外一种浮点数的表示法，那就是科学计数法，也叫作“E表示法”。比如：5.98E24表示5.98×1024；9.11e-31表示9.11×10-31。

// 浮点类型

float f = 3.14;

double pi = 5.2e-3;

cout << "f = " << f << endl;

cout << "pi = " << pi << endl;

这就极大地扩展了我们能表示的数的范围。一般来讲，float至少有6位有效数字，double至少有15位有效数字。所以浮点类型不仅能表示小数，还可以表示（绝对值）非常大的整数。

（float和double具体能表示的范围，可以查找float.h这个头文件）

6. 字面值常量

我们在给一个变量赋值的时候，会直接写一个整数或者小数，这个数据就是显式定义的常量值，叫做“字面值常量”。每个字面值常量也需要计算机进行保存和处理，所以也都是有数据类型的。字面值的写法形式和具体值，就决定了它的类型。

（1）整型字面值

整型字面值就是我们直接写的一个整数，比如30。这是一个十进制数。而计算机底层是二进制的，所以还支持我们把一个数写成八进制和十六进制的形式。以0开头的整数表示八进制数；以0x或者0X开头的代表十六进制数。例如：

• 30 十进制数
• 036 八进制数
• 0x1E 十六进制数

这几个数本质上都是十进制的30，在计算机底层都是一样的。

在C++中，一个整型字面值，默认就是int类型，前提是数值在int能表示的范围内。如果超出int范围，那么就需要选择能够表示这个数的、长度最小的那个类型。

具体来说，对于十进制整型字面值，如果int不够那么选择long；还不够，就选择long long（不考虑无符号类型）；而八进制和十六进制字面值，则会优先用无符号类型unsigned int，不够的话再选择long，之后依次是unsigned long、long long和unsigned long long。

这看起来非常复杂，很容易出现莫名其妙的错误。所以一般我们在定义整型字面值时，会给它加上一个后缀，明确地告诉计算机这个字面值是什么类型。

• 默认什么都不加，是int类型；
• l或者L，表示long类型；
• ll或者LL，表示long long类型；
• u或者U，表示unsigned无符号类型；

我们一般会用大写L，避免跟数字1混淆；而u可以和L或LL组合使用。例如9527uLL就表示这个数是unsigned long long类型。

（2）浮点型字面值

前面已经提到，可以用一般的小数或者科学计数法表示的数，来给浮点类型赋值，这样的数就都是“浮点型字面值”。浮点型字面值默认的类型是double。如果我们希望明确指定类型，也可以加上相应的后缀：

• f或者F，表示float类型
• l或者L，表示long double类型

这里因为本身数值是小数或者科学计数法表示，所以L不会跟long类型混淆。

（3）字符和字符串字面值

字符就是我们所说的字母、单个数字或者符号，字面值用单引号引起来表示。字符字面值默认的类型就是char，底层存储也是整型。

而多个字符组合在一起，就构成了“字符串”。字符串字面值是一串字符，用双引号引起来表示。

• ‘ A ’ 字符字面值
• “Hello World!” 字符串字面值

字符串是字符的组合，所以字符串字面值的类型，本质上是char类型构成的“数组”（array）。关于数组的介绍，我们会在后面章节详细展开。

Ø 转义字符

有一类比较特殊的字符字面值，我们是不能直接使用的。在ASCII码中我们看到，除去字母、数字外还有很多符号，其中有一些本身在C++语法中有特殊的用途，比如单引号和双引号；另外还有一些控制字符。如果我们想要使用它们，就需要进行“转义”，这就是“转义字符”。

C++中规定的转义字符有：

其中，经常用到的就是符号中的问号、双引号、单引号、反斜线，还有换行符和制表符。

// 转义字符

char tchar = '\n';

cout << "tchar = " << tchar << endl;

cout << "Hello World!\t\"Hello C++!\"" << endl;

（4）布尔字面值

布尔字面值非常简单，只有两个：true和false。

7. 类型转换

我们在使用字面值常量给变量赋值时会有一个问题，如果常量的值超出了变量类型能表示的范围，或者把一个浮点数赋值给整型变量，会发生什么？

这时程序会进行自动类型转换。也就是说，程序会自动将一个常量值，转换成变量的数据类型，然后赋值给变量。

// 1. 整数值赋给bool类型

bool b = 25; // b值为true，打印为1

// 2. bool类型赋值给算术整型

short s = false; // s值为0

// 3. 浮点数赋给整数类型

int i = 3.14; // i值为3

// 4. 整数值赋给浮点类型

float f = 10; // f值为10.0，打印为10

// 5. 赋值超出整型范围

unsigned short us = 65536; // us值为0

s = 32768; // s值为-32768

转换规则可以总结如下：

• 非布尔类型的算术值赋给布尔类型，初始值为0则结果为 false , 否则结果为true ；
• 布尔值赋给非布尔类型，初始值为 false 则结果为0，初始值为 true 则结果为1；
• 浮点数赋给整数类型，只保留浮点数中的整数部分，会带来精度丢失；
• 整数值赋给浮点类型，小数部分记为0。如果保存整数需要的空间超过了浮点类型的容量，可能会有精度丢失。
• 给无符号类型赋值，如果超出它表示范围，结果是初始值对无符号类型能表示的数值总数取模后的余数。
• 给有符号类型赋值，如果超出它表示范围，结果是未定义的（ undefined ）。此时，程序可能继续工作，也可能崩溃。

C++中的数据类型转换，是一个比较复杂的话题。我们这里先了解一下变量赋值时的自动类型转换，关于更加复杂的转换，我们会在下一章继续介绍。