变量

数据类型

C++ 内置了六种基本数据类型:

类型 关键字
布尔型 bool
字符型 char
整型 int
浮点型 float
双浮点型 double
无类型 void

布尔类型

一个 bool 类型的变量取值只可能为两种: truefalse

一般情况下,一个 bool 类型变量占有 1 字节(一般情况下, 1 字节 = 8 位)的空间。

字符型

char 类型的变量用于存放字符(实际上存储的仍然是整数,一般通过 ASCII 编码 实现字符与整数的一一对应)。 char 的位数一般为 8 位。

一般情况下, char 的表示范围在 -128 \sim 127 之间。

整型

int 类型的变量用于存储整数。

int 类型的大小

在 C++ 标准中,规定 int 的位数 至少 16 位。

事实上在现在的绝大多数平台, int 的位数均为 32 位。

对于 int 关键字,可以使用如下修饰关键字进行修饰:

符号性:

  • signed :表示带符号整数(默认);
  • unsigned :表示无符号整数。

大小:

  • short :表示 至少 16 位整数;
  • long :表示 至少 32 位整数;
  • long long :表示 至少 64 位整数。

下表给出在 一般情况下 ,各整数类型的位宽和表示范围大小(少数平台上一些类型的表示范围可能与下表不同):

类型名 位宽 表示范围
short int 16 -2^{15}\sim 2^{15}-1
unsigned short int 16 0 \sim 2^{16}-1
int 32 -2^{31}\sim 2^{31}-1
unsigned int 32 0 \sim 2^{32}-1
long int 32 -2^{31}\sim 2^{31}-1
unsigned long int 32 0 \sim 2^{32}-1
long long int 64 -2^{63}\sim 2^{63}-1
unsigned long long int 64 0 \sim 2^{64}-1
等价的类型表述

在不引发歧义的情况下,允许省略部分修饰关键字,或调整修饰关键字的顺序。这意味着同一类型会存在多种等价表述。

例如 intsignedint signedsigned int 表示同一类型,而 unsigned longunsigned long int 表示同一类型。

单精度浮点型

float 类型为单精度浮点类型。一般为 32 位。

其表示范围在 -3.4\times 10^{38} 3.4\times 10^{38} 之间。

因为 float 类型表示范围较小,且精度不高,实际应用中常使用 double 类型(双精度浮点型)表示浮点数。

双精度浮点型

double 类型为双精度浮点型。一般为 64 位。

其表示范围在 -1.7\times 10^{-308} 1.7\times 10^{308} 之间。

无类型

void 类型为无类型,与上面几种类型不同的是,不能将一个变量声明为 void 类型。但是函数的返回值允许为 void 类型,表示该函数无返回值。

类型转换

在一些时候(比如某个函数接受 int 类型的参数,但传入了 double 类型的变量),我们需要将某种类型,转换成另外一种类型。

C++ 中类型的转换机制较为复杂,这里主要介绍对于基础数据类型的两种转换:数值提升和数值转换。

数值提升

数值提升过程中,值本身保持不变。

  • char 类型和 short 类型在进行算术运算时会自动提升为 int 类型。类似地, unsigned short 类型在进行算术运算时会自动提升为 unsigned int 类型。
  • 如果有必要(例如向一个接受 long long 类型参数的函数中传入 int 类型的变量),可以将位宽较小的整型变量提升为位宽较大的整型变量(注意符号性需保持不变,若符号性改变,则发生数值转换)。一个常见情况是:位宽较小的变量与位宽较大的变量进行算术运算时,会先将位宽较小的变量提升为位宽较大的变量。
  • 位宽较小的浮点数可以提升为位宽较大的浮点数(例如 float 类型的变量和 double 类型的变量进行算术运算时,会将 float 类型变量提升为 double 类型变量),其值不变。
  • bool 类型可以提升为整型, false 变为 0 ,而 true 对应为 1

数值转换

数值转换过程中,值可能会发生改变。

  • 如果目标类型为位宽为 x 的无符号整数类型,则转换结果可以认为是原值 \bmod 2^x 后的结果。例如,将 short 类型的值 -1 (二进制表示为 1111\ 1111\ 1111\ 1111 )转换为 unsigned int 类型,其值为 65535 (二进制表示为 0000\ 0000\ 0000\ 0000\ 1111\ 1111\ 1111\ 1111 )。
  • ‬如果目标类型为位宽为 x 的带符号整数类型,则 一般情况下 ,转换结果可以认为是原值 \bmod 2^x 后的结果。1例如将 unsinged int 类型的值 4\ 294\ 967\ 295 (二进制表示为 1111\ 1111\ 1111\ 1111\ 1111\ 1111\ 1111\ 1111 )转换为 short 类型,其值为 -1 (二进制表示为 1111\ 1111\ 1111\ 1111 )。
  • 位宽较大的浮点数转换为位宽较小的浮点数,会将该数舍入到目标类型下最接近的值。
  • 浮点数转换为整数时,会舍弃浮点数的全部小数部分。
  • 整数转换为浮点数时,会舍入到目标类型下最接近的值。
  • 将其他类型转换为 bool 类型时,零值转换为 false ,非零值转换为 true

声明变量

使用关键词加上变量名即可声明。

int oi;
double wiki;
char org = 'c';

在目前我们所接触到的程序段中,声明在花括号包裹的地方的变量是局部变量,而声明在没有花括号包裹的地方的变量是全局变量。实际有例外,但是现在不必了解。

声明时没有初始化值的全局变量会被初始化为 0。而局部变量没有这种特性,需要手动赋初始值,否则可能引起难以发现的 bug。

变量作用域

作用域是变量可以发挥作用的代码块。

变量分为全局变量和局部变量,意义已经在上面讲解。

全局变量的作用域是整个文件,全局变量一旦声明,在整个程序中都是可用的。

局部变量的作用域是声明语句所在的代码块,局部变量只能被函数内部或者代码块内部的语句使用。

由一对大括号括起来的若干语句构成一个代码块。

int g = 20;  // 声明全局变量
int main() {
  int g = 10;         // 声明局部变量
  printf("%d\n", g);  // 输出 g
  return 0;
}

在一个代码块中,局部变量会覆盖掉同名的全局变量,比如上面的代码输出的 g 就是 10 而不是 20。为了防止出现意料之外的错误,请尽量避免局部变量与全局变量重名的情况。

常量

常量是固定值,在程序执行期间不会改变。

常量的值在定义后不能被修改。声明时加一个 const 关键字即可。

const int a = 2;
a = 3;

如果修改了常量的值,在编译环节就会报错: error: assignment of read-only variable‘a’

参考资料与注释


  1. 自 C++20 起生效。C++20 前结果是实现定义的。详见 整型转换 - cppreference 。 


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