深入理解 C++ 数据类型：从基础到高级应用

C++ 是一种强类型语言，这意味着每个变量都必须有明确的数据类型，以便编译器知道如何存储和操作数据。数据类型决定了变量的内存占用、取值范围以及可以执行的操作。理解 C++ 的数据类型是编写高效、安全代码的基础。本文将全面介绍 C++ 的数据类型，包括基本数据类型、派生类型、用户自定义类型，以及 C++11/14/17 引入的新特性，帮助读者掌握数据类型的核心概念和应用场景。

1. 基本数据类型（Primitive Types）

基本数据类型是 C++ 内置的最基础的数据类型，包括整型、浮点型、字符型和布尔型。

1.1 整型（Integer Types）

整型用于存储整数，C++ 提供了不同大小的整型以适应不同的需求：

类型	大小（字节）	取值范围（32/64 位系统）
`short`	2	-32,768 到 32,767
`int`	4	-2,147,483,648 到 2,147,483,647
`long`	4 或 8	取决于平台
`long long`	8	-9,223,372,036,854,775,808 到 9,223,372,036,854,775,807
`unsigned` 变体	同尺寸	仅非负数（范围更大）

示例：

short age = 25;          // 短整型
int salary = 50000;      // 标准整型
long population = 8000000000L;  // 长整型
long long bigNum = 9'223'372'036'854'775'807LL;  // 长长整型（C++14 支持数字分隔符）

1.2 浮点型（Floating-Point Types）

浮点型用于存储小数，C++ 提供三种浮点类型：

类型	大小（字节）	有效数字位数	典型范围
`float`	4	6-7	±3.4e-38 到 ±3.4e38
`double`	8	15-16	±1.7e-308 到 ±1.7e308
`long double`	16	18-19	更大范围

示例：

float pi = 3.14159f;     // 单精度浮点（加 'f' 后缀）
double distance = 1.496e11;  // 双精度浮点（科学计数法）
long double preciseValue = 3.141592653589793238L;  // 扩展精度

1.3 字符型（Character Types）

字符型用于存储单个字符或 Unicode 字符：

类型	大小（字节）	用途
`char`	1	ASCII 字符（如 `'A'`）
`wchar_t`	2 或 4	宽字符（如 UTF-16）
`char16_t`	2	UTF-16 编码（C++11）
`char32_t`	4	UTF-32 编码（C++11）

示例：

char letter = 'A';
wchar_t wideChar = L'你';  // 宽字符（L 前缀）
char16_t utf16Char = u'😊'; // UTF-16
char32_t utf32Char = U'🚀'; // UTF-32

1.4 布尔型（Boolean Type）

bool 类型仅有两个值：true（1）和 false（0），常用于逻辑判断。

示例：

bool isRaining = true;
bool isSunny = false;
if (isRaining) {cout << "Take an umbrella!" << endl;
}

2. 派生数据类型（Derived Types）

派生数据类型由基本类型组合或扩展而来，包括数组、指针、引用和函数。

2.1 数组（Array）

数组是相同类型元素的集合，大小固定。

示例：

int numbers[5] = {1, 2, 3, 4, 5};  // 静态数组
for (int i = 0; i < 5; i++) {cout << numbers[i] << " ";
}

2.2 指针（Pointer）

指针存储变量的内存地址，可用于动态内存管理。

示例：

int x = 10;
int* ptr = &x;  // ptr 存储 x 的地址
cout << *ptr;   // 输出 10（解引用）

2.3 引用（Reference）

引用是变量的别名，必须在声明时初始化。

示例：

int y = 20;
int& ref = y;  // ref 是 y 的引用
ref = 30;      // 修改 y 的值
cout << y;     // 输出 30

2.4 函数（Function）

函数也是一种数据类型，可以定义函数指针或 Lambda 表达式。

示例：

int add(int a, int b) { return a + b; }
int (*funcPtr)(int, int) = add;  // 函数指针
cout << funcPtr(2, 3);  // 输出 5

3. 用户自定义类型（User-Defined Types）

C++ 允许用户定义自己的数据类型，如结构体、类、枚举和联合体。

3.1 结构体（`struct`）

结构体用于组合不同类型的数据。

示例：

struct Person {string name;int age;
};
Person p = {"Alice", 25};
cout << p.name;  // 输出 "Alice"

3.2 类（`class`）

类是面向对象编程的核心，支持封装、继承和多态。

示例：

class Rectangle {
private:int width, height;
public:Rectangle(int w, int h) : width(w), height(h) {}int area() { return width * height; }
};
Rectangle rect(10, 20);
cout << rect.area();  // 输出 200

3.3 枚举（`enum`）

枚举用于定义一组命名的常量。

示例：

enum Color { RED, GREEN, BLUE };
Color c = GREEN;
if (c == GREEN) {cout << "Go!" << endl;
}

3.4 联合体（`union`）

联合体允许同一内存存储不同类型的数据（但只能同时存一个）。

示例：

union Data {int i;float f;
};
Data d;
d.i = 42;  // 此时 d.f 的值未定义

4. C++11/14/17 新增类型

现代 C++ 引入了更强大的类型系统：

4.1 `auto` 自动类型推导

auto x = 42;      // x 是 int
auto name = "Bob"; // name 是 const char*

4.2 `decltype` 获取表达式类型

int a = 10;
decltype(a) b = 20;  // b 的类型与 a 相同（int）

4.3 `nullptr`（替代 `NULL`）

std::byte buffer[1024];  // 用于二进制数据处理

4.4 `std::byte`（C++17）

表示原始字节数据：

std::byte buffer[1024];  // 用于二进制数据处理

5. 其他

5.1 类型别名

别名	描述	示例
`typedef`	为现有类型定义别名	`typedef int MyInt;`
`using`	为现有类型定义别名（C++11 引入）	`using MyInt = int;`

5.2 标准库类型

数据类型	描述	示例
`std::string`	字符串类型	`std::string s = "Hello";`
`std::vector`	动态数组	`std::vector<int> v = {1, 2, 3};`
`std::array`	固定大小数组（C++11 引入）	`std::array<int, 3> a = {1, 2, 3};`
`std::pair`	存储两个值的容器	`std::pair<int, float> p(1, 2.0);`
`std::map`	键值对容器	`std::map<int, std::string> m;`
`std::set`	唯一值集合	`std::set<int> s = {1, 2, 3};`

5.3 typedef 声明

您可以使用 typedef 为一个已有的类型取一个新的名字。下面是使用 typedef 定义一个新类型的语法：

typedef type newname;

例如，下面的语句会告诉编译器，feet 是 int 的另一个名称：

typedef int feet;

现在，下面的声明是完全合法的，它创建了一个整型变量 distance：

feet distance;

总结

C++ 提供了丰富的数据类型，从基本类型到高级自定义类型，每种类型都有其适用场景。理解这些类型的特点和用法，有助于编写高效、可维护的代码。

类别	关键点
基本数据类型	`int`, `float`, `char`, `bool`
派生数据类型	数组、指针、引用、函数
用户自定义类型	`struct`, `class`, `enum`, `union`
现代 C++ 类型	`auto`, `decltype`, `nullptr`, `std::byte`