C++ Primer 一变量和基本类型

本章讲解C++内置的数据类型（如：字符、整型、浮点数等）和自定义数据类型的机制。下一章讲解C++标准库里面定义的更加复杂的数据类型，比如可变长字符串和向量等。

1.基本内置类型

C++内置的基本类型包括：算术类型和空类型。算术类型值：字符、整型数、布尔值和浮点数；空类型对对应具体的值，仅用void表示用在一些特俗场合，比如函数不返回任何值时，就使用void作为返回类型。

1.1算术类型

算术类型分类整型和浮点型。

各算术类型在不同机器上表示的数字范围不一样，C++规定了最小取值范围，但最大没有规定。下面图表示各算术的类型的最小取值范围：

C++：算术类型
类型	含义	最小尺寸
bool	布尔类型	未定义
char	字符	8位
wchar_t	宽字符	16位
char16_t	Unicode字符	16位
char32_t	Unicode字符	32位
short	短整型	16位
int	整型	16位
long	长整型	32位
long long	长整型	64位
float	单精度浮点数	6位有效数字
double	双精度浮点数	10位有效数字
long double	扩展精度浮点数	10位有效数字

其中：char的大小为一个字节，用于存放英语体系里面的任意字符；布尔类型的取值是真（true）或假（false）；

内置类型的机器实现：

计算机按照二进制序列连续存储数据，每个bit非0即1，例如：

00001011110110101101011100001111......

只有将连续的一段bit规定为一个单位，二进制数据才有意义。C++规定，一个字节至少要能容纳机器中基本字符的所有字符。所以，一个字节有8位bit组成，一个字由32或64位bit组成。

由此，计算机中每8个bit使用1个地址，如下所示：

地址数据
736424 1 0 1 0 0 1 1 0
736425 1 0 0 1 0 0 0 1
736426 1 1 1 0 1 1 1 0
736427 0 1 1 0 0 0 0 1

数据类型决定了某个具体数据所占的比特数以及这些比特位上数字的含义。

浮点型在C++中，被指定了最小有效位数，但是大多数编译器都实现了更高的精度。

1.2带符号类型和无符号类型

除布尔型和扩展的字符型以外，其他整型可以划分为带符号（signed）和无符号（unsigned）的两种类型。带符号类型可以表示正数、负数或0；无符号类型仅能表示正数或0，写法如下：

unsigned int、unsigned long、unsigned char。

如果int、short、long和long long没有表示是否带符号，则默认是带有符号的，可以表示负数。

注意：浮点型是不能用unsigned和signed修饰的。

C++在类型的规定上有如此多的类型和规定，就是为了尽可能接近硬件，满足各种硬件的特性，所以显得有些繁杂。

注意：

切勿混用带符号类型和无符号类型，否则发生错误，运算结果无意义。

1.3类型转换

数据类型的的定义，决定了能包含的数据范围和运算。但是当代码中值与数据类型不匹配时，C++会进行自动数据类型转换。

bool b = 42                // b为真
int i = b;                 // i的值为1
i = 3.14;                  // i的值为3
double pi = i;             // pi的值为3.0

把非布尔值赋值给布尔类型，0表示false，非0表示true；

把布尔值赋值给非布尔类型，false表示0，true表示1；

浮点数赋值给整型，仅保留整数部分；

整数赋值给浮点数，小数部分为0。如果整数过大，超过浮点类型容量，真数据失真；

1.4字面值常量

每种数据类型的值，可以在程序中直接写出，被称作字面常量，比如：42。

每个字面常量都对应一种数据类型，其形式和值决定了它的数据类型。

整型和浮点型字面值

数字可以是十进制、八进制、十六进制，为了区分这几种字面常量的不同，八进制和十六进制需要加前缀符号0和0X、0x，如下：

20 十进制 024 八进制 0x24十六进制 0X24十六进制

数字的字面常量，C++会以数字的大小，找到最小限度能装下该字面常量的数据类型与之匹配。整型经常是int型，但int装不下时，可能是long型；浮点型经常默认是double型。

字符和字符串字面值

字符字面值由单引号括起来，且只能写一个字符，比如'C'；

字符串字面值由双引号括起来，里面可以写很多字符，本质上是由每一个字符所组成的数组，并以空字符（'\0'）表示结尾。所以，即使字符串里面只有一个字符，比如“C”，依然长度是两个字符，字符'C'和空字符。

两个字符串字面值写在一起，哪怕中间有空白字符（空格符、缩进符、换行符），也被C++认为是一个字符串，所以当书写较长的字符串时，一行不合适，可以分为两个字符串放在两行。

转义序列

在字符串中，有两类字符不能直接使用，必须使用转义字符进行转义后才能使用。这两类字符是：

1.不可打印的字符，如退格、换行、空格或其它控制字符，因为没有可视化的符号；

2.在C++中有特殊含义的字符，如单引号、双引号、反斜杠、问号。

C++中转义字符如下：

换行符 \n	问号 \?
纵向制表符 \v	进纸符 \f
反斜杠 \\	报警符 \a
回车 \r	双引号 \"
横向制表符 \t	单引号 \'
退格符 \b

还有一种泛化的转义字符：格式1为："\1到3个8进制数字"；格式2为：“\x1到多个十六进制数字”，比如：

\7 响铃 \12 换行符 \40 空格 \0 空字符 \115 字符M \x4d 字符M

指定字面值的类型

通过给字面值加上指定前缀和后缀，可以强制规定字面值的数据类型；

字符和字符串字面值的前缀
前缀	含义	类型
u	Unicode 16位字符	chart16_t
U	Unicode 32位字符	chart32_t
L	宽字符	wchar_t
u8	UTF-8（仅用于字符串字面常量）	char

整型字面值的后缀
后缀	最小匹配类型
u 或者 U	unsigned
l 或者 L	long
ll 或者 LL	long long

浮点型字面值的后缀
后缀	类型
f 或者 F	float
l 或者 L	long double

布尔字面值和指针字面值

布尔类型的字面值是：true和false；

指针字面值是：nullptr。

2.变量

变量是一个有名称的、可供程序操作的存储空间。C++中的每个变量都有其数据类型，数据类型决定了变量所占内存空间的大小和布局方式、能存储的值的范围，以及变量能够参与的运算规则。

2.1变量的定义

变量定义的基本格式是：

数据类型说明符变量名1, 变量名2, 变量名3 ...... ;

int a = 0, b, c=0; // a 和 c初始化了，b仅仅只是定义了

初始值

当变量获取第一个值的时候，称为初始化。初始化的值可以是任意形式：字面值常量、表达式结果、函数返回值等。

一条语句中初始化多个变量，前面的变量可以马上为后面的变量初始化。

double a = 0.1, b = a; // a 和 b的值都是0.1

注意：

初始化不是赋值，初始化的含义是创建变量时规定一个最初的值，而赋值是把变量当前的值擦除，用一个新的值代替。二者在内存中的操作动作不一样。

列表初始化

在C++ 11中引入，用花括号或括号初始化变量，如下都是正确的：

// 以下变量值都是0
int a = 0;
int b = {0};
int c{0};
int d(0);

其中，花括号的形式逐渐流行，无论初始化还是赋值，都可以使用花括号。

默认初始化

如果定义变量时没有初始化，则变量被默认初始化，给赋予默认值。如果在函数体的变量没有初始化，则默认为0；如果在函数体内，如果变量没有初始化且没有赋值，则该变量值不可控，所以函数体内的变量一定要初始化或赋值。

2.2变量声明和定义的关系

C++可以把代码写在多个文件上，执行之前进行分别编译。如果要使用一个不在本文件中定义的变量，使用前需要声明，声明格式如下：

// 对外部变量的声明
extern 变量数据类型 变量名

变量只能被定义一次，但可以被声明多次，因为可以在不同文件中被使用。

变量声明、定义、初始化的区别：

声明：不分配存储空间，仅仅告诉该文件，这个变量使用了外部文件的变量；
定义：定义变量则分配了存储空间，但不一定有初值，即存储空间里不一定有具体的数据，但大多数情况，系统会进行默认值初始化。
初始化：不仅仅分配了存储空间，还给了一个具体的值。

// 声明要使用外部文件中的一个变量i;
extern int i; // 声明且定义了一个整型变量，并且，如果在函数体外则被默认初始化为0；
int j; // 声明和定义一个变量c，并显式初始化了一个值'A'；
char c = 'A'; // 如果extern被显式初始化了一个值，则失去声明外部变量的作用，变得无意义
extern double s = 3.45533;

2.3 标识符

C++标识符的定义规则：由数字、字母或下划线组成，其中必须以字母或下划线开头。

标识符没有规定长度，但要区分大小写。

C++系统保留了一些标识符，我们在代码中不能使用这些标识符：

C++关键字
alignas	continue	friend	register	true
alignof	decltype	goto	reinterpret_cast	try
asm	default	if	return	typedef
bool	delete	inline	short	typeid
break	do	int	signed	union
case	double	long	sizeof	unsigned
catch	dynamic_cast	mutable	static	using
char	else	namespace	static_assert	virtrual
char16_t	enum	new	static_cast	void
char32_t	explicit	noexcept	struct	volatile
class	export	nullptr	switch	wchar_t
const	extern	operator	template	while
constexpr	false	private	this	and
const_cast	float	protected	thread_local	and_eq
auto	for	public	throw	bitand
bitor	compl	not	not_eq	or
or_eq	xor_eq	xor

2.4 名字的作用域

在C++中所有标识符定义后，它都有自己的作用范围，如果出了它能表示的作用范围，该标识符是另外一个含义，这个范围就是作用域。

C++中大多数的作用域都使用了花括号分隔。

全局作用域：主函数名main定义于所有花括号之外，和其它大多数在函数体外的标识符一样，在整个程序范围内都可以使用。比如：全局作用域的变量叫全局变量，反之都叫局部变量。
块作用域：花括号内定义的标识符，只能在花括号内使用，在花括号外无效。
作用域的嵌套：作用域可以包含另一个作用域；外层作用域声明的变量可以在内层中使用，但，内层作用域可以重新定义这个变量，仅仅作用于内层作用域。