C++ 变量与类型

介绍

在本实验中，你将学习 C++ 中的变量和类型。你将学习如何定义变量，以及如何使用不同类型的变量。

内容预览

计算机程序操作（或处理）数据。变量用于存储一段数据以便处理。之所以称为变量，是因为你可以更改存储的值。

• 变量
• 标识符
• 变量声明
• 常量
• 表达式
• 赋值
• 基本类型
• 基本类型和字符串的字面量

变量

变量是一个命名的存储位置，用于存储特定数据类型的值。换句话说，一个变量具有名称、类型并存储一个值。

• 变量有一个名称（或标识符），例如 radius、area、age、height。名称用于唯一标识每个变量，以便为变量赋值并检索存储的值。
• 变量有一个类型，例如 int 或 double。
• 变量可以存储该特定类型的值。变量与类型相关联，并且只能存储该特定类型的值。
• 类型决定了数据的大小和布局、其值的范围以及可以应用的操作集。

下图展示了两类变量：int 和 double。int 变量存储整数（整数），而 double 变量存储实数。

标识符

标识符用于为变量（或任何其他实体，如函数或类）命名。C++ 对标识符有以下规则：

• 标识符是一个字符序列，包含大写和小写字母 (a-z, A-Z)、数字 (0-9) 和下划线 "_"。
• 不允许使用空白字符（空格、制表符、换行符）和其他特殊字符（如 +、-、*、/、'@' 等）。
• 标识符必须以字母或下划线开头，不能以数字开头。以下划线开头的标识符通常保留给系统使用。
• 标识符不能是保留关键字或保留字面量（例如 int、double、if、else、for）。
• 标识符区分大小写。rose 不是 Rose，也不是 ROSE。

变量命名规范

变量名是一个名词，或由多个单词组成的名词短语。第一个单词小写，其余单词首字母大写，单词之间没有空格。例如，thefontSize、roomNumber、xMax 和 thisIsAVeryLongVariableName，这种命名方式称为驼峰命名法。

建议

1. 选择一个自描述且能准确反映变量含义的名称非常重要，例如 numberOfStudents 或 numStudents。
2. 不要使用无意义的名称，如 a、b、c、d、i、j、k、i1、j99。避免使用单字母名称，除非它们是常见的名称，如用于坐标的 x、y、z，或用于索引的 i。
3. 使用长名称（例如 30 个字符）是完全没问题的，以确保名称准确反映其含义。
4. 谨慎使用单数和复数名词来区分单数和复数变量。例如，使用变量 row 来引用单个行号，使用 rows 来引用多行。

变量声明

在使用变量之前，你需要先声明其名称和类型，语法如下：

例如

int mark1;           // 声明一个名为 mark1 的 int 变量
mark1 = 76;          // 使用 mark1
int mark2;           // 声明 int 变量 mark2
mark2 = mark1 + 10;  // 使用 mark2 和 mark1
double average;      // 声明 double 变量 average
average = (mark1 + mark2) / 2.0;   // 使用 average、mark1 和 mark2
int mark1;           // 错误：重复声明
mark2 = "Hello";     // 错误：赋值类型不匹配
int number;             // 声明但未初始化
cout << number << endl; // 使用未初始化的变量，无警告/错误，但结果不可预期。

注意：

• 在 C++ 中，你需要在使用变量之前声明其名称。
• C++ 是一种“强类型”语言。变量具有类型。一旦变量的类型被声明，它只能存储属于该特定类型的值。
• 每个变量只能声明一次。
• 在 C++ 中，你可以在程序中的任何位置声明变量，只要在使用之前声明即可。
• 变量的类型在程序中不能更改。
• 刚声明但未初始化的变量包含垃圾值。C/C++ 不会在使用未初始化的变量时发出任何警告/错误，这可能导致一些不可预期的结果。

常量 (const)

常量是不可修改的变量，使用关键字 const 声明。它们的值在程序执行期间不能被更改。此外，const 必须在声明时初始化。例如：

const double PI = 3.1415926;  // 需要初始化

常量命名规范：使用大写字母，并用下划线连接。例如，MIN_VALUE。

表达式

表达式是运算符（如 '+'、'-'、'*'、'/'）和操作数（变量或字面值）的组合，可以求值为某个类型的单个值。例如：

1 + 2 * 3           // 结果为 int 7

int sum, number;
sum + number        // 求值为一个 int 值

double principal, interestRate;
principal * (1 + interestRate)  // 求值为一个 double 值

赋值 (=)

赋值语句：

1. 将右侧（RHS）的字面值赋给左侧（LHS）的变量；或
2. 计算右侧（RHS）的表达式，并将结果值赋给左侧（LHS）的变量。

右侧（RHS）必须是一个值；左侧（LHS）必须是一个变量（或内存地址）。

赋值语句的语法如下：

赋值语句应这样理解：首先计算右侧（RHS）的表达式，生成一个结果值（称为右值或右值）。然后将右值赋给左侧（LHS）的变量（或左值，即可以存储右值的位置）。

基本类型

下表展示了基本类型的典型大小、最小值和最大值。再次注意，这些大小依赖于具体实现。

sizeof 运算符

C/C++ 提供了一个一元运算符 sizeof，用于获取操作数的大小（以字节为单位）。以下程序使用 sizeof 运算符打印基本类型的大小（将以下代码保存到 /home/labex/Code 中的 test.cpp 文件中）。

/*
 * 打印基本类型的大小。
 */
#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;
}

输出：

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 语句

多次输入 unsigned int 可能会让人感到厌烦。typedef 语句可以为现有类型创建新名称。例如，你可以为 unsigned int 创建一个名为 uint 的新类型，如下所示。你应该将 typedef 放在 #include 之后。谨慎使用 typedef，因为它会使程序难以阅读和理解。

typedef unsigned int uint;

许多 C/C++ 编译器定义了一个名为 size_t 的类型，它是 unsigned int 的 typedef。

typedef unsigned int size_t;

基本类型和字符串的字面量

整数字面量

默认情况下，像 123 和 -456 这样的整数被视为 int。例如：

int number = -123;
int sum = 4567;

除了默认的十进制整数外，你可以使用前缀 '0x' 表示十六进制值，前缀 '0b' 表示二进制值（在某些编译器中），例如：

int number1 = 1234;       // 十进制
int number2 = 01234;      // 八进制 1234，十进制 2322
int number3 = 0x1abc;     // 十六进制 1ABC，十进制 15274
int number4 = 0b10001001; // 二进制（在某些编译器中可能不支持）

long 字面量通过后缀 'L' 或 'l' 标识（避免使用小写 'l'，因为它可能与数字 1 混淆）。long long int 通过后缀 'LL' 标识。你还可以使用后缀 'U' 表示 unsigned int，'UL' 表示 unsigned long，'ULL' 表示 unsigned long long int。例如：

long number = 12345678L;     // 后缀 'L' 表示 long
long sum = 123;              // int 123 自动转换为 long 123L
long long bigNumber = 987654321LL;  // 需要后缀 'LL' 表示 long long int

short 字面量不需要后缀。但你只能使用允许范围内的整数值。例如：

short midSizeNumber = -12345;

浮点数字面量

默认情况下，带有小数点的数字（如 55.66 和 -33.44）被视为 double。你也可以用科学计数法表示它们，例如 1.2e3、-5.5E-6，其中 e 或 E 表示以 10 为底的指数。你可以在小数部分或指数前加上加号（+）或减号（-）。指数必须是整数。

对于 float 字面量，你必须使用后缀 'f' 或 'F'，例如 -1.2345F。例如：

float average = 55.66;      // 错误！右侧是 double。需要后缀 'f' 表示 float。
float average = 55.66f;

对于 long double，使用后缀 'L'（或 'l'）。

布尔字面量

只有两个布尔字面量，即 true 和 false。例如：

bool done = true;
bool gameOver = false;
int i;
if (i == 9) {   // 返回 true 或 false
   ......
}

字符字面量

可打印的 char 字面量通过用一对单引号括起来的字符表示，例如 'z'、'$' 和 '9'。在 C++ 中，字符使用 8 位 ASCII 码表示，并且在算术运算中可以视为 8 位有符号整数。换句话说，char 和 8 位有符号整数是可以互换的。你还可以将 [-128, 127] 范围内的整数赋值给 char 变量；将 [0, 255] 范围内的整数赋值给 unsigned char。例如：

char letter = 'a';             // 等同于 97
char anotherLetter = 98;       // 等同于字母 'b'
cout << letter << endl;        // 打印 'a'
cout << anotherLetter << endl; // 打印 'b' 而不是数字
anotherLetter += 2;            // 100 或 'd'
cout << anotherLetter << endl; // 打印 'd'
cout << (int)anotherLetter << endl;  // 打印 100

字符串字面量

String 字面量由零个或多个字符组成，并用一对双引号括起来，例如 "Hello, world!"、"The sum is "、""。例如：

String directionMsg = "Turn Right";
String greetingMsg = "Hello";
String statusMsg = "";             // 空字符串

示例（字面量）

/* 测试基本类型 */
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
   char gender = 'm';             // char 用单引号括起来
   bool isMarried = true;         // true（非零）或 false（0）
   unsigned short numChildren = 8; // [0, 255]
   short yearOfBirth = 1945;      // [-32767, 32768]
   unsigned int salary = 88000;   // [0, 4294967295]
   double weight = 88.88;       // 带有小数部分
   float gpa = 3.88f;           // 需要后缀 'f' 表示 float

   // "cout <<" 可以用于打印任何类型的值
   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;
}

输出：

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

总结

在这一部分中，我们介绍了几种基本类型。你应该了解如何表示变量以及如何对其进行操作。请记住每种类型在内存中的大小及其取值范围。