C++ 数据类型

类型(type)告诉编译器"这个变量占几个字节、能存什么样的数据、能做哪些运算"。C++ 是静态强类型语言——每个变量必须有明确类型,且不会自动做不安全的转换。这一章我们系统过一遍 C++ 的基本数据类型。

一、整型:int、long、short

整型用来存整数。C++ 根据占字节数和是否有符号,提供了一组类型:

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    short s = 32767;          // 2 字节,-32768~32767
    int i = 2147483647;       // 4 字节,-21 亿~21 亿
    long l = 9999999999L;     // 至少 4 字节
    long long ll = 999999999999LL;  // 8 字节(C++11)

    unsigned int u = 4000000000U;   // 无符号 int,4 字节全正数

    cout << s << " " << i << endl;
    cout << l << " " << ll << endl;
    cout << u << endl;
    return 0;
}

整型的取值范围(64 位系统典型值):

• short:2 字节,-32768 ~ 32767
• int:4 字节,-21 亿 ~ 21 亿(最常用)
• long:Windows 4 字节,macOS/Linux 8 字节
• long long:8 字节,-9.2×10^18 ~ 9.2×10^18(C++11 引入)
• unsigned 前缀:无符号,只存非负数,最大值翻倍

整型溢出是常见 bug,溢出后值会"绕一圈":

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    short a = 32767;
    a = a + 1;          // 上溢:正数变负数!
    cout << a << endl;  // -32768(未定义行为,但通常如此)

    unsigned int b = 0;
    b = b - 1;          // 下溢:0 变最大正数
    cout << b << endl;  // 4294967295
    return 0;
}

二、浮点型:float、double

浮点型用来存小数。C++ 提供三种:

#include <iostream>
#include <iomanip>   // 用于控制输出精度
using namespace std;

int main() {
    float f = 3.14f;        // 4 字节,6~7 位有效数字
    double d = 3.141592653589793;  // 8 字节,15~17 位有效数字
    long double ld = 3.14L; // 通常 16 字节

    // 默认 cout 只显示 6 位有效数字
    cout << d << endl;          // 3.14159

    // 设置显示 15 位
    cout << setprecision(15) << d << endl;  // 3.14159265358979

    // 浮点数有精度误差
    cout << 0.1 + 0.2 << endl; // 0.300000000000000(近似 0.3)
    return 0;
}

• float:4 字节,6~7 位有效数字。字面量加 f 后缀。
• double:8 字节,15~17 位有效数字。默认浮点类型,推荐默认用。
• long double:通常 16 字节,更高精度。字面量加 L 后缀。

浮点数精度陷阱:由于二进制无法精确表示某些小数,0.1 + 0.2 != 0.3!这是个老问题,几乎所有语言都有。比较浮点数要用 abs(a - b) < 1e-9 这样的"容差比较"。

三、字符型:char

char 存单个字符,占 1 字节。本质是个小整数:

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    char c = 'A';         // 字符字面量用单引号
    char newLine = '\n';  // 换行符
    char tab = '\t';      // 制表符
    char nullChar = '\0'; // 空字符

    cout << c << endl;          // A
    cout << (int)c << endl;     // 65(char 本质是 1 字节整数)

    // 常见转义字符
    cout << "Line1\nLine2" << endl;   // 换行
    cout << "a\tb" << endl;            // 制表
    cout << "Say \"hi\"!" << endl;    // 输出双引号: Say "hi"!
    cout << "Path: C:\\dir" << endl;  // 输出反斜杠: Path: C:\dir

    // wchar_t:宽字符(用于中文/Emoji 等多字节字符)
    wchar_t wc = L'中';
    return 0;
}

几个要点:

• 字符字面量用单引号:'A'。字符串用双引号 "A"。区别:字符占 1 字节,字符串还多一个结尾空字符(共 2 字节)。
• char 本质是整数:可以参与算术运算,'A' + 1 等于 'B'。
• 转义字符:以反斜杠开头的特殊字符,如换行、制表、反斜杠、双引号、空字符等。
• wchar_t:宽字符,用于多字节字符(中文、Emoji)。日常编程用得少,中文一般用 UTF-8 编码 + string。

四、布尔型:bool

bool 只存两种值:true(真)或 false(假),占 1 字节:

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    bool b1 = true;     // 真
    bool b2 = false;    // 假

    // bool 本质是 1 字节整数:true=1, false=0
    cout << b1 << endl;     // 1
    cout << b2 << endl;     // 0

    // 任何非零值转 bool 都是 true
    int x = 42;
    if (x) {
        cout << "x 非零" << endl;   // 会打印
    }

    cout << boolalpha;     // 让 cout 把 bool 显示为 true/false
    cout << b1 << endl;    // true
    return 0;
}

bool 主要用于条件判断。不要写 if (b == true),直接写 if (b) 更简洁。同理,if (!b) 比 if (b == false) 好。

五、枚举:enum

枚举用于定义一组命名的整数常量,让代码更有意义:

#include <iostream>
using namespace std;

// 1. 传统 enum(老式,不推荐)
enum Color { RED, GREEN, BLUE };   // 默认 0, 1, 2

// 2. enum class(C++11,强类型枚举,推荐)
enum class Direction { Up, Down, Left, Right };

int main() {
    Color c = RED;
    cout << c << endl;        // 0(隐式转 int)

    Direction d = Direction::Up;
    // cout << d << endl;     // 编译错误:enum class 不能隐式转 int
    cout << static_cast<int>(d) << endl;  // 0,需显式转换

    // enum class 的优势:不会污染外层命名空间
    // Color 和 Direction 都有同名成员也不会冲突
    return 0;
}

• 传统 enum(老式):成员可以直接转 int,且会污染外层命名空间。不推荐。
• enum class(C++11):也叫强类型枚举。成员必须用 Direction::Up 访问,不会转 int 也不会冲突。强烈推荐。

六、字符串:string

C++ 处理字符串有两套:

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    // 1. C 风格字符串:char 数组(不推荐,容易溢出)
    char cstr[] = "Hello";

    // 2. C++ string 类(强烈推荐)
    string s1 = "Hello";
    string s2 = "World";

    // 拼接:+
    string s3 = s1 + ", " + s2 + "!";
    cout << s3 << endl;       // Hello, World!

    // 长度:.length() 或 .size()
    cout << s3.length() << endl;  // 13

    // 取字符:[index]
    cout << s3[0] << endl;    // H

    // 子串:.substr(起始, 长度)
    cout << s3.substr(0, 5) << endl;  // Hello

    // 查找:.find(),返回下标,找不到返回 string::npos
    if (s3.find("World") != string::npos) {
        cout << "found!" << endl;
    }
    return 0;
}

• C 风格字符串:char 数组 char s[] = "hi"。老旧、危险(容易溢出),不要用。
• C++ string 类:封装好的字符串类,自动管理内存。强烈推荐。

string 常用方法:length()(长度)、[i](取字符)、substr(start, len)(子串)、find(s)(查找)、+(拼接)、==(比较)。

七、用 sizeof 查字节数

不确定某个类型占多大?用 sizeof 一查便知:

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    // sizeof 返回类型或变量占的字节数
    cout << "char: " << sizeof(char) << endl;          // 1
    cout << "short: " << sizeof(short) << endl;        // 2
    cout << "int: " << sizeof(int) << endl;            // 4
    cout << "long: " << sizeof(long) << endl;          // 8(macOS/Linux 64 位)
    cout << "long long: " << sizeof(long long) << endl;// 8
    cout << "float: " << sizeof(float) << endl;        // 4
    cout << "double: " << sizeof(double) << endl;      // 8
    cout << "bool: " << sizeof(bool) << endl;          // 1
    cout << "指针: " << sizeof(int*) << endl;          // 8(64 位系统)
    return 0;
}

注意:C++ 标准只规定了相对大小关系(如 sizeof(short) <= sizeof(int) <= sizeof(long)),具体字节数在不同平台可能不同。

八、类型转换

C++ 类型转换有四种写法:

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    // 1. 隐式转换(编译器自动)
    int i = 42;
    double d = i;          // int -> double,无损
    cout << d << endl;     // 42

    // 2. 显式转换(C 风格,不推荐)
    double pi = 3.14;
    int truncated = (int)pi;
    cout << truncated << endl;   // 3

    // 3. static_cast(推荐,C++ 风格)
    int rounded = static_cast<int>(pi + 0.5);
    cout << rounded << endl;     // 3

    // 4. 字符串转数字(C++11)
    string s = "42";
    int n = stoi(s);            // string to int
    double dd = stod("3.14");   // string to double
    cout << n << " " << dd << endl;

    // 5. 数字转字符串
    string s42 = to_string(42);
    cout << s42 << endl;   // "42"
    return 0;
}

• 隐式转换:编译器自动做"安全"转换(如 int → double)。
• C 风格 (int)x:不推荐,危险(不检查类型)。
• static_cast:C++ 推荐,显式、可被搜索、可读性高。
• stoi/stod/to_string:字符串与数字互转(C++11)。

小结

这一章你认识了 C++ 的基本数据类型:整型(int/long)、浮点(double)、字符(char)、布尔(bool)、枚举(enum class)、字符串(string)。知道了 sizeof 查大小、static_cast 做类型转换。下一篇我们看运算符——怎么操作这些数据。

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