第2课: 数据类型与变量详解

深入理解C++的数据类型系统、变量声明、内存管理和类型转换

基本数据类型

数据类型决定了变量在内存中的存储方式、取值范围和可执行的操作。C++提供了丰富的基本数据类型来满足不同的编程需求。

数据类型分类

• 整型： 用于存储整数（int, short, long, long long）
• 浮点型： 用于存储小数（float, double, long double）
• 字符型： 用于存储单个字符（char, wchar_t）
• 布尔型： 用于存储真/假值（bool）
• 空类型： 表示无值（void）

基本数据类型表

类型	关键字	大小（字节）	取值范围	说明
布尔型	bool	1	true 或 false	逻辑值，非0即真
字符型	char	1	-128 到 127 或 0 到 255	ASCII字符，有符号或无符号
短整型	short	2	-32,768 到 32,767	节省内存的小整数
整型	int	4	-2,147,483,648 到 2,147,483,647	最常用的整数类型
长整型	long	4/8	取决于系统	32位系统4字节，64位系统8字节
长长整型	long long	8	-9,223,372,036,854,775,808 到 9,223,372,036,854,775,807	C++11新增，大整数
浮点型	float	4	约±3.4e±38（7位有效数字）	单精度浮点数
双精度浮点型	double	8	约±1.7e±308（15位有效数字）	双精度浮点数，推荐使用
长双精度浮点型	long double	8/12/16	取决于系统	扩展精度浮点数

数据类型大小验证程序

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    cout << "=== C++基本数据类型大小 ===" << endl;
    cout << "bool: " << sizeof(bool) << " 字节" << endl;
    cout << "char: " << sizeof(char) << " 字节" << endl;
    cout << "short: " << sizeof(short) << " 字节" << endl;
    cout << "int: " << sizeof(int) << " 字节" << endl;
    cout << "long: " << sizeof(long) << " 字节" << endl;
    cout << "long long: " << sizeof(long long) << " 字节" << endl;
    cout << "float: " << sizeof(float) << " 字节" << endl;
    cout << "double: " << sizeof(double) << " 字节" << endl;
    cout << "long double: " << sizeof(long double) << " 字节" << endl;
    
    return 0;
}

变量声明和初始化

变量是程序中用于存储数据的命名内存位置。在C++中，变量必须先声明后使用。

变量声明规则

• 命名规则： 以字母或下划线开头，只能包含字母、数字、下划线
• 大小写敏感： age、Age、AGE是不同的变量
• 不能使用关键字： 如int、return、class等不能作为变量名
• 有意义命名： 使用有意义的名称提高代码可读性

变量声明和初始化示例

#include <iostream>
#include <string>  // 需要包含string头文件
using namespace std;

int main() {
    // 声明变量（未初始化，值不确定）
    int age;
    float height;
    char grade;
    bool isStudent;

    // 初始化变量（赋值）
    age = 20;
    height = 1.75;
    grade = 'A';
    isStudent = true;

    // 声明并初始化（推荐方式）
    int score = 95;
    double pi = 3.14159;
    string name = "张三";

    // C++11统一初始化语法
    int count{100};           // 直接初始化
    double temperature{36.5}; // 避免窄化转换
    
    // 输出变量
    cout << "姓名：" << name << endl;
    cout << "年龄：" << age << endl;
    cout << "身高：" << height << "米" << endl;
    cout << "等级：" << grade << endl;
    cout << "是否学生：" << boolalpha << isStudent << endl;

    return 0;
}

变量作用域

变量的作用域决定了它在程序中的可见范围：

• 局部变量： 在函数内部声明，只在函数内有效
• 全局变量： 在函数外部声明，整个程序可见
• 块作用域： 在{}内声明，只在块内有效

#include <iostream>
using namespace std;

int globalVar = 100;  // 全局变量

void testFunction() {
    int localVar = 50;  // 局部变量
    cout << "局部变量：" << localVar << endl;
    cout << "全局变量：" << globalVar << endl;
}

int main() {
    int mainVar = 10;  // main函数的局部变量
    
    {
        int blockVar = 5;  // 块作用域变量
        cout << "块变量：" << blockVar << endl;
    }
    
    // cout << blockVar << endl;  // 错误！blockVar不可见
    
    testFunction();
    cout << "main变量：" << mainVar << endl;
    
    return 0;
}

常量

常量是在程序运行期间值不能改变的量。

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    // 使用const关键字
    const double PI = 3.14159;
    const int MAX_SIZE = 100;

    // 使用#define预处理器
    #define DAYS_IN_WEEK 7

    cout << "圆周率：" << PI << endl;
    cout << "最大容量：" << MAX_SIZE << endl;

    // PI = 3.14;  // 错误！不能修改常量

    return 0;
}

类型修饰符

• signed：有符号（默认）
• unsigned：无符号，只能表示非负数
• short：短整型
• long：长整型

unsigned int positiveNum = 100;  // 只能存储正数
long long bigNumber = 9223372036854775807;  // 很大的数
unsigned char byte = 255;  // 0-255范围

类型转换

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    // 隐式转换
    int num = 10;
    double result = num / 3;  // 结果为3.0（整数除法）
    cout << "隐式转换：" << result << endl;

    // 显式转换（强制类型转换）
    double precise = (double)num / 3;  // 结果为3.33333
    cout << "显式转换：" << precise << endl;

    // C++风格的类型转换
    double value = static_cast<double>(num) / 3;
    cout << "C++风格转换：" << value << endl;

    return 0;
}

sizeof运算符

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    cout << "int大小：" << sizeof(int) << "字节" << endl;
    cout << "char大小：" << sizeof(char) << "字节" << endl;
    cout << "float大小：" << sizeof(float) << "字节" << endl;
    cout << "double大小：" << sizeof(double) << "字节" << endl;

    int arr[10];
    cout << "数组大小：" << sizeof(arr) << "字节" << endl;

    return 0;
}