C++ の変数と型

はじめに

この実験では、C++ の変数と型について学びます。変数を定義する方法と、さまざまな型の変数を使用する方法を学びます。

コンテンツのプレビュー

コンピュータプログラムはデータを操作（または処理）します。「変数」は、処理のために「データの一部を格納」するために使用されます。格納されている値を変更できるため、「変数」と呼ばれます。

• 変数
• 識別子
• 変数宣言
• 定数
• 式
• 代入
• 基本型
• 基本型と文字列のリテラル

変数

「変数」は、特定のデータ「型」の「値」を格納する「名前付き」の格納場所です。言い換えると、「変数」には「名前」、「型」があり、「値」を格納します。

• 変数には「名前」（または「識別子」）があり、たとえば radius、area、age、height などです。変数に値を割り当てたり、格納されている値を取得するためには、その名前が必要です。
• 変数には int や double などの型があります。
• 変数は、その特定の「型」の「値」を格納できます。変数は型に関連付けられており、特定の型の値のみを格納できます。
• 型は、データのサイズとレイアウト、値の範囲、および適用できる演算のセットを決定します。

次の図は、2 種類の変数である int 型と double 型を示しています。int 型の変数は整数（整数）を格納します。double 型の変数は実数を格納します。

識別子

変数（または関数やクラスなどの他のエンティティ）に「名前」を付けるために「識別子」が必要です。C++ では、識別子に対して次の「ルール」が課されます。

• 識別子は、大文字と小文字の文字 (a-z, A-Z)、数字 (0-9)、アンダースコア _ で構成される文字のシーケンスです。
• 空白文字（ブランク、タブ、改行）やその他の特殊文字（たとえば +、-、*、/、'@' など）は許可されていません。
• 識別子は文字またはアンダースコアで始める必要があります。数字で始めることはできません。アンダースコアで始まる識別子は通常、システム使用のために予約されています。
• 識別子は予約キーワードや予約リテラル（たとえば int、double、if、else、for）にすることはできません。
• 識別子は大文字小文字を区別します。rose は Rose ではなく、ROSE でもありません。

変数の命名規則

変数名は名詞、または複数の単語で構成される名詞句です。最初の単語は小文字で、その後の単語は先頭を大文字にし、単語の間には空白を入れません。たとえば、thefontSize、roomNumber、xMax、thisIsAVeryLongVariableName などで、これは「キャメルケース」と呼ばれます。

推奨事項

1. 変数の意味をよく反映し、「自己説明的」な名前を選ぶことが重要です。たとえば、numberOfStudents や numStudents などです。
2. a、b、c、d、i、j、k、i1、j99 のような無意味な名前を使わないでください。単一のアルファベット名を避けてください。ただし、座標の x、y、z、インデックスの i のような一般的な名前の場合は例外です。
3. 名前が正確にその意味を反映するように、30 文字程度の長い名前を使ってもかまいません。
4. 単数形と複数形の名詞を適切に使って、単数形と複数形の変数を区別してください。たとえば、単一の行番号を表す変数 row と、複数の行を表す rows を使います。

変数宣言

使用する前に、まず次のいずれかの構文でその「名前」と「型」を宣言する必要があります。

例

int mark1;           // mark1 という int 型の変数を宣言する
mark1 = 76;          // mark1 を使用する
int mark2;           // int 型の変数 mark2 を宣言する
mark2 = mark1 + 10;  // mark2 と mark1 を使用する
double average;      // double 型の変数 average を宣言する
average = (mark1 + mark2) / 2.0;   // average、mark1 および mark2 を使用する
int mark1;           // エラー：2 回宣言する
mark2 = "Hello";     // エラー：異なる型の値を割り当てる
int number;             // 宣言されているが初期化されていない
cout << number << endl; // 初期化される前に使用される、警告/エラーは表示されないが、予期しない結果になる

次のことに注意してください。

• C++ では、変数の名前を宣言してから使用することができます。
• C++ は「強い型付け」言語です。変数は型を持ちます。変数の「型」が宣言されると、その特定の型に属する値のみを格納できます。
• 各変数は一度だけ宣言できます。
• C++ では、プログラム内のどこでも変数を宣言できます。ただし、使用する前に宣言する必要があります。
• 変数の型はプログラム内で変更できません。
• 宣言されたばかりで初期化されていない変数は、ゴミ値を含んでいます。C/C++ では、変数を初期化する前に使用しても警告/エラーは表示されず、予期しない結果につながります。

定数 (const)

定数は、キーワード const で宣言される「変更不可能」な変数です。その値はプログラム実行中に変更できません。また、const は宣言時に初期化する必要があります。例：

const double PI = 3.1415926;  // 初期化が必要

定数の命名規則：アンダースコアで連結された大文字の単語を使用します。たとえば、MIN_VALUE。

式

「式」は、（'+'、'-'、'*'、'/' などの）「演算子」と「オペランド」（変数またはリテラル値）の組み合わせで、特定の型の単一の値を生成するように「評価」できます。たとえば、

1 + 2 * 3           // int 型の 7 を返す

int sum, number;
sum + number        // int 型の値に評価される

double principal, interestRate;
principal * (1 + interestRate)  // double 型の値に評価される

代入 (=)

「代入文」は、次のように定義されます。

1. （右辺の）リテラル値を変数（左辺の）に代入する。
2. （右辺の）式を評価し、その結果の値を変数（左辺の）に代入する。

右辺は値でなければならず、左辺は変数（またはメモリアドレス）でなければなりません。

代入文の構文は以下の通りです。

代入文は次のように解釈されます。まず、右辺（RHS）の「式」が評価されて結果の値（「rvalue」または右辺値と呼ばれます）が生成されます。その後、「rvalue」が左辺（LHS）の変数（または「lvalue」、つまり「rvalue」を保持できる場所）に代入されます。

基本型

以下の表は、基本型の「典型的な」サイズ、最小値、最大値を示しています。再度、サイズは実装に依存することに注意してください。

sizeof 演算子

C/C++ は、オペランドのサイズ（バイト数）を取得する単項の sizeof 演算子を提供しています。次のプログラムは、sizeof 演算子を使用して基本型のサイズを表示します（以下のコードを /home/labex/Code の test.cpp に保存してください）。

/*
 * 基本型のサイズを表示する。
 */
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
   cout << "sizeof(char) is " << sizeof(char) << " bytes " << endl;
   cout << "sizeof(short) is " << sizeof(short) << " bytes " << endl;
   cout << "sizeof(int) is " << sizeof(int) << " bytes " << endl;
   cout << "sizeof(long) is " << sizeof(long) << " bytes " << endl;
   cout << "sizeof(long long) is " << sizeof(long long) << " bytes " << endl;
   cout << "sizeof(float) is " << sizeof(float) << " bytes " << endl;
   cout << "sizeof(double) is " << sizeof(double) << " bytes " << endl;
   cout << "sizeof(long double) is " << sizeof(long double) << " bytes " << endl;
   cout << "sizeof(bool) is " << sizeof(bool) << " bytes " << endl;
   return 0;
}

出力：

sizeof(char) is 1 bytes
sizeof(short) is 2 bytes
sizeof(int) is 4 bytes
sizeof(long) is 4 bytes
sizeof(long long) is 8 bytes
sizeof(float) is 4 bytes
sizeof(double) is 8 bytes
sizeof(long double) is 12 bytes
sizeof(bool) is 1 bytes

typedef 文

unsigned int を何度も入力するのは面倒です。typedef 文を使用すると、既存の型に新しい名前を付けることができます。たとえば、次のように、unsigned int に対して "uint" という新しい型を作成できます。typedef は #include の直後に配置する必要があります。typedef は注意深く使用する必要があります。なぜなら、プログラムを読みにくく理解しにくくするからです。

typedef unsigned int uint;

多くの C/C++ コンパイラは、unsigned int の typedef である size_t という型を定義しています。

typedef unsigned int size_t;

基本型と文字列のリテラル

整数リテラル

デフォルトでは、123 や -456 などの整数は int として扱われます。例えば、

int number = -123;
int sum = 4567;

デフォルトの基数 10 の整数の他に、16 進数の値には接頭辞 '0x' を、2 進数の値には接頭辞 '0b' を使用できます（一部のコンパイラでは）。例えば、

int number1 = 1234;       // 10 進数
int number2 = 01234;      // 8 進数 1234、10 進数 2322
int number3 = 0x1abc;     // 16 進数 1ABC、10 進数 15274
int number4 = 0b10001001; // 2 進数（一部のコンパイラでは動作しない場合があります）

long リテラルは接尾辞 'L' または 'l' で識別されます（小文字は避けてください。1 と混同される可能性があります）。long long int は接尾辞 'LL' で識別されます。また、unsigned int には接尾辞 'U'、unsigned long には接尾辞 'UL'、unsigned long long int には接尾辞 'ULL' を使用できます。例えば、

long number = 12345678L;     // long 型には接尾辞 'L' が必要
long sum = 123;              // int 型の 123 は自動的に long 型の 123L にキャストされます
long long bigNumber = 987654321LL;  // long long int 型には接尾辞 'LL' が必要

short リテラルには接尾辞は必要ありません。ただし、許容範囲内の整数値のみを使用できます。例えば、

short midSizeNumber = -12345;

浮動小数点数リテラル

小数点がある数、例えば 55.66 や -33.44 は、デフォルトで double として扱われます。また、科学表記でも表現できます。例えば、1.2e3、-5.5E-6。ここで、e または E は 10 のべき乗を表す指数を示します。小数部分または指数の前には、プラス (+) またはマイナス (-) の符号を付けることができます。指数は整数でなければなりません。

float リテラルには必ず接尾辞 'f' または 'F' を使用する必要があります。例えば、-1.2345F。例えば、

float average = 55.66;      // エラー！右辺は double 型です。float 型には接尾辞 'f' が必要です。
float average = 55.66f;

long double には接尾辞 'L'（または 'l'）を使用します。

bool リテラル

bool リテラルは 2 つだけで、true と false です。例えば、

bool done = true;
bool gameOver = false;
int i;
if (i == 9) {   // true または false を返します
   ......
}

文字リテラル

印刷可能な char リテラルは、文字を 1 対の シングルクォート で囲んで書きます。例えば、'z'、'$'、'9'。C++ では、文字は 8 ビットの ASCII コードで表され、算術演算では 8 ビットの 符号付き整数 として扱うことができます。言い換えれば、char と 8 ビットの符号付き整数は相互に変換可能です。また、[-128, 127] の範囲の整数を char 型の変数に代入することもできます。unsigned char には [0, 255] の範囲の整数を代入できます。例えば、

char letter = 'a';             // 97 と同じ
char anotherLetter = 98;       // 文字 'b' と同じ
cout << letter << endl;        // 'a' が表示されます
cout << anotherLetter << endl; // 数字ではなく 'b' が表示されます
anotherLetter += 2;            // 100 または 'd'
cout << anotherLetter << endl; // 'd' が表示されます
cout << (int)anotherLetter << endl;  // 100 が表示されます

文字列リテラル

String リテラルは、0 個以上の文字が 1 対の ダブルクォート で囲まれて構成されます。例えば、"Hello, world!"、"The sum is "、""。例えば、

String directionMsg = "Turn Right";
String greetingMsg = "Hello";
String statusMsg = "";             // 空の文字列

例（リテラル）

/* 基本型のテスト */
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
   char gender ='m';             // char 型はシングルクォートで囲まれます
   bool isMarried = true;         // true(非ゼロ) または false(0)
   unsigned short numChildren = 8; // [0, 255]
   short yearOfBirth = 1945;      // [-32767, 32768]
   unsigned int salary = 88000;   // [0, 4294967295]
   double weight = 88.88;       // 小数部分がある
   float gpa = 3.88f;           // float 型には接尾辞 'f' が必要です

   // "cout <<" を使用すると、任意の型の値を表示できます
   cout << "Gender is " << gender << endl;
   cout << "Is married is " << isMarried << endl;
   cout << "Number of children is " << numChildren << endl;
   cout << "Year of birth is " << yearOfBirth << endl;
   cout << "Salary is " << salary << endl;
   cout << "Weight is " << weight << endl;
   cout << "GPA is " << gpa << endl;
   return 0;
}

出力：

Gender is m
Is married is 1    // true
Number of children is 8
Year of birth is 1945
Salary is 88000
Weight is 88.88
GPA is 3.88

まとめ

このパートでは、いくつかの基本型を紹介しました。変数を表現する方法と、それを操作する方法を知る必要があります。メモリ内の各型のサイズと、各型の範囲が何であるかを覚えておいてください。