pa2sw0rd C++ 数据类型
C++ 数据类型
使用编程语言进行编程时，需要用到各种变量来存储各种信息。变量保留的是它所存储的值的内存位置。这意味着，当您创建一个变量时，就会在内存中保留一些空间。
您可能需要存储各种数据类型（比如字符型、宽字符型、整型、浮点型、双浮点型、布尔型等）的信息，操作系统会根据变量的数据类型，来分配内存和决定在保留内存中存储什么。
基本的内置类型
C++ 为程序员提供了种类丰富的内置数据类型和用户自定义的数据类型。下表列出了七种基本的 C++ 数据类型：
| 类型 | 关键字 |
|---|---|
| 布尔型 | bool |
| 字符型 | char |
| 整型 | int |
| 浮点型 | float |
| 双浮点型 | double |
| 无类型 | void |
| 宽字符型 |
wchar_t |
其实 wchar_t 是这样来的：
typedef short int wchar_t;
所以 wchar_t 实际上的空间是和 short int 一样。
一些基本类型可以使用一个或多个类型修饰符进行修饰：
| 修饰符 | 描述 | 示例 |
|---|---|---|
signed |
表示有符号类型（默认） | signed int x = -10; |
unsigned |
表示无符号类型 | unsigned int y = 10; |
short |
表示短整型 | short int z = 100; |
long |
表示长整型 | long int a = 100000; |
const |
表示常量，值不可修改 | const int b = 5; |
volatile |
表示变量可能被意外修改，禁止编译器优化 | volatile int c = 10; |
mutable |
表示类成员可以在 const 对象中修改 |
mutable int counter; |
下表显示了各种变量类型在内存中存储值时需要占用的内存，以及该类型的变量所能存储的最大值和最小值。
注意：不同系统会有所差异，一字节为 8 位。
注意：默认情况下，int、short、long都是带符号的，即 signed。
注意：long int 8 个字节，int 都是 4 个字节，早期的 C 编译器定义了 long int 占用 4 个字节，int 占用 2 个字节，新版的 C/C++ 标准兼容了早期的这一设定。
| 数据类型 | 描述 | 大小（字节） | 范围/取值示例 |
|---|---|---|---|
bool |
布尔类型，表示真或假 | 1 | true 或 false |
char |
字符类型，通常用于存储 ASCII 字符 | 1 | -128 到 127 或 0 到 255 |
signed char |
有符号字符类型 | 1 | -128 到 127 |
unsigned char |
无符号字符类型 | 1 | 0 到 255 |
wchar_t |
宽字符类型，用于存储 Unicode 字符 | 2 或 4 | 取决于平台 |
char16_t |
16 位 Unicode 字符类型（C++11 引入） | 2 | 0 到 65,535 |
char32_t |
32 位 Unicode 字符类型（C++11 引入） | 4 | 0 到 4,294,967,295 |
short |
短整型 | 2 | -32,768 到 32,767 |
unsigned short |
无符号短整型 | 2 | 0 到 65,535 |
int |
整型 | 4 | -2,147,483,648 到 2,147,483,647 |
unsigned int |
无符号整型 | 4 | 0 到 4,294,967,295 |
long |
长整型 | 4 或 8 | 取决于平台 |
unsigned long |
无符号长整型 | 4 或 8 | 取决于平台 |
long long |
长长整型（C++11 引入） | 8 | -9,223,372,036,854,775,808 到 9,223,372,036,854,775,807 |
unsigned long long |
无符号长长整型（C++11 引入） | 8 | 0 到 18,446,744,073,709,551,615 |
float |
单精度浮点数 | 4 | 约 ±3.4e±38（6-7 位有效数字） |
double |
双精度浮点数 | 8 | 约 ±1.7e±308（15 位有效数字） |
long double |
扩展精度浮点数 | 8、12 或 16 | 取决于平台 |
C++11 新增类型
| 数据类型 | 描述 | 示例 |
|---|---|---|
auto |
自动类型推断 | auto x = 10; |
decltype |
获取表达式的类型 | decltype(x) y = 20; |
nullptr |
空指针常量 | int* ptr = nullptr; |
std::initializer_list |
初始化列表类型 | std::initializer_list<int> list = {1, 2, 3}; |
std::tuple |
元组类型，可以存储多个不同类型的值 | std::tuple<int, float, char> t(1, 2.0, 'a'); |
注意，各种类型的存储大小与系统位数有关，但目前通用的以64位系统为主。
以下列出了32位系统与64位系统的存储大小的差别（windows 相同）：
从上表可得知，变量的大小会根据编译器和所使用的电脑而有所不同。
下面实例会输出您电脑上各种数据类型的大小。
实例
#include <limits>
using namespace std; int main()
{
cout << “type: \t\t“ << “************size**************“<< endl;
cout << “bool: \t\t“ << “所占字节数：“ << sizeof(bool);
cout << “\t最大值：“ << (numeric_limits<bool>::max)();
cout << “\t\t最小值：“ << (numeric_limits<bool>::min)() << endl;
cout << “char: \t\t“ << “所占字节数：“ << sizeof(char);
cout << “\t最大值：“ << (numeric_limits<char>::max)();
cout << “\t\t最小值：“ << (numeric_limits<char>::min)() << endl;
cout << “signed char: \t“ << “所占字节数：“ << sizeof(signed char);
cout << “\t最大值：“ << (numeric_limits<signed char>::max)();
cout << “\t\t最小值：“ << (numeric_limits<signed char>::min)() << endl;
cout << “unsigned char: \t“ << “所占字节数：“ << sizeof(unsigned char);
cout << “\t最大值：“ << (numeric_limits<unsigned char>::max)();
cout << “\t\t最小值：“ << (numeric_limits<unsigned char>::min)() << endl;
cout << “wchar_t: \t“ << “所占字节数：“ << sizeof(wchar_t);
cout << “\t最大值：“ << (numeric_limits<wchar_t>::max)();
cout << “\t\t最小值：“ << (numeric_limits<wchar_t>::min)() << endl;
cout << “short: \t\t“ << “所占字节数：“ << sizeof(short);
cout << “\t最大值：“ << (numeric_limits<short>::max)();
cout << “\t\t最小值：“ << (numeric_limits<short>::min)() << endl;
cout << “int: \t\t“ << “所占字节数：“ << sizeof(int);
cout << “\t最大值：“ << (numeric_limits<int>::max)();
cout << “\t最小值：“ << (numeric_limits<int>::min)() << endl;
cout << “unsigned: \t“ << “所占字节数：“ << sizeof(unsigned);
cout << “\t最大值：“ << (numeric_limits<unsigned>::max)();
cout << “\t最小值：“ << (numeric_limits<unsigned>::min)() << endl;
cout << “long: \t\t“ << “所占字节数：“ << sizeof(long);
cout << “\t最大值：“ << (numeric_limits<long>::max)();
cout << “\t最小值：“ << (numeric_limits<long>::min)() << endl;
cout << “unsigned long: \t“ << “所占字节数：“ << sizeof(unsigned long);
cout << “\t最大值：“ << (numeric_limits<unsigned long>::max)();
cout << “\t最小值：“ << (numeric_limits<unsigned long>::min)() << endl;
cout << “double: \t“ << “所占字节数：“ << sizeof(double);
cout << “\t最大值：“ << (numeric_limits<double>::max)();
cout << “\t最小值：“ << (numeric_limits<double>::min)() << endl;
cout << “long double: \t“ << “所占字节数：“ << sizeof(long double);
cout << “\t最大值：“ << (numeric_limits<long double>::max)();
cout << “\t最小值：“ << (numeric_limits<long double>::min)() << endl;
cout << “float: \t\t“ << “所占字节数：“ << sizeof(float);
cout << “\t最大值：“ << (numeric_limits<float>::max)();
cout << “\t最小值：“ << (numeric_limits<float>::min)() << endl;
cout << “size_t: \t“ << “所占字节数：“ << sizeof(size_t);
cout << “\t最大值：“ << (numeric_limits<size_t>::max)();
cout << “\t最小值：“ << (numeric_limits<size_t>::min)() << endl;
cout << “string: \t“ << “所占字节数：“ << sizeof(string) << endl;
// << “\t最大值：” << (numeric_limits<string>::max)() << “\t最小值：” << (numeric_limits<string>::min)() << endl;
cout << “type: \t\t“ << “************size**************“<< endl;
return 0;
}
本实例使用了 endl，这将在每一行后插入一个换行符，<< 运算符用于向屏幕传多个值，sizeof() 运算符用来获取各种数据类型的大小。
当上面的代码被编译和执行时，它会产生以下的结果，结果会根据所使用的计算机而有所不同：
type: ************size************** bool: 所占字节数：1 最大值：1 最小值：0 char: 所占字节数：1 最大值： 最小值：? signed char: 所占字节数：1 最大值： 最小值：? unsigned char: 所占字节数：1 最大值：? 最小值： wchar_t: 所占字节数：4 最大值：2147483647 最小值：-2147483648 short: 所占字节数：2 最大值：32767 最小值：-32768 int: 所占字节数：4 最大值：2147483647 最小值：-2147483648 unsigned: 所占字节数：4 最大值：4294967295 最小值：0 long: 所占字节数：8 最大值：9223372036854775807 最小值：-9223372036854775808 unsigned long: 所占字节数：8 最大值：18446744073709551615 最小值：0 double: 所占字节数：8 最大值：1.79769e+308 最小值：2.22507e-308 long double: 所占字节数：16 最大值：1.18973e+4932 最小值：3.3621e-4932 float: 所占字节数：4 最大值：3.40282e+38 最小值：1.17549e-38 size_t: 所占字节数：8 最大值：18446744073709551615 最小值：0 string: 所占字节数：24 type: ************size**************
派生数据类型
| 数据类型 | 描述 | 示例 |
|---|---|---|
数组 |
相同类型元素的集合 | int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5}; |
指针 |
存储变量内存地址的类型 | int* ptr = &x; |
引用 |
变量的别名 | int& ref = x; |
函数 |
函数类型，表示函数的签名 | int func(int a, int b); |
结构体 |
用户定义的数据类型，可以包含多个不同类型的成员 | struct Point { int x; int y; }; |
类 |
用户定义的数据类型，支持封装、继承和多态 | class MyClass { ... }; |
联合体 |
多个成员共享同一块内存 | union Data { int i; float f; }; |
枚举 |
用户定义的整数常量集合 | enum Color { RED, GREEN, BLUE }; |
类型别名
| 别名 | 描述 | 示例 |
|---|---|---|
typedef |
为现有类型定义别名 | typedef int MyInt; |
using |
为现有类型定义别名（C++11 引入） | using MyInt = int; |
标准库类型
| 数据类型 | 描述 | 示例 |
|---|---|---|
std::string |
字符串类型 | std::string s = "Hello"; |
std::vector |
动态数组 | std::vector<int> v = {1, 2, 3}; |
std::array |
固定大小数组（C++11 引入） | std::array<int, 3> a = {1, 2, 3}; |
std::pair |
存储两个值的容器 | std::pair<int, float> p(1, 2.0); |
std::map |
键值对容器 | std::map<int, std::string> m; |
std::set |
唯一值集合 | std::set<int> s = {1, 2, 3}; |
typedef 声明
您可以使用 typedef 为一个已有的类型取一个新的名字。下面是使用 typedef 定义一个新类型的语法：
typedef type newname;
例如，下面的语句会告诉编译器，feet 是 int 的另一个名称：
typedef int feet;
现在，下面的声明是完全合法的，它创建了一个整型变量 distance：
feet distance;
枚举类型
枚举类型(enumeration)是C++中的一种派生数据类型，它是由用户定义的若干枚举常量的集合。
如果一个变量只有几种可能的值，可以定义为枚举(enumeration)类型。所谓”枚举”是指将变量的值一一列举出来，变量的值只能在列举出来的值的范围内。
创建枚举，需要使用关键字 enum。枚举类型的一般形式为：
enum 枚举名{
标识符[=整型常数],
标识符[=整型常数],
...
标识符[=整型常数]
} 枚举变量;
如果枚举没有初始化, 即省掉”=整型常数”时, 则从第一个标识符开始。
例如，下面的代码定义了一个颜色枚举，变量 c 的类型为 color。最后，c 被赋值为 “blue”。
enum color { red, green, blue } c;
c = blue;
默认情况下，第一个名称的值为 0，第二个名称的值为 1，第三个名称的值为 2，以此类推。但是，您也可以给名称赋予一个特殊的值，只需要添加一个初始值即可。例如，在下面的枚举中，green 的值为 5。
enum color { red, green=5, blue };
在这里，blue 的值为 6，因为默认情况下，每个名称都会比它前面一个名称大 1，但 red 的值依然为 0。
类型转换
类型转换是将一个数据类型的值转换为另一种数据类型的值。
C++ 中有四种类型转换：静态转换、动态转换、常量转换和重新解释转换。
静态转换（Static Cast）
静态转换是将一种数据类型的值强制转换为另一种数据类型的值。
静态转换通常用于比较类型相似的对象之间的转换，例如将 int 类型转换为 float 类型。
静态转换不进行任何运行时类型检查，因此可能会导致运行时错误。
实例
float f = static_cast<float>(i); // 静态将int类型转换为float类型
动态转换（Dynamic Cast）
动态转换（dynamic_cast）是 C++ 中用于在继承层次结构中进行向下转换（downcasting）的一种机制。
动态转换通常用于将一个基类指针或引用转换为派生类指针或引用。
动态转换在运行时进行类型检查。如果转换失败，对于指针类型会返回 nullptr，对于引用类型则会抛出 std::bad_cast 异常。
语法：
dynamic_cast<目标类型>(表达式)
-
目标类型：必须是指针或引用类型。
-
表达式：需要转换的基类指针或引用。
实例：指针类型的动态转换
class Base {
public:
virtual ~Base() = default; // 基类必须具有虚函数
}; class Derived : public Base {
public:
void show() {
std::cout << “Derived class method“ << std::endl;
}
}; int main() {
Base* ptr_base = new Derived; // 基类指针指向派生类对象
// 将基类指针转换为派生类指针
Derived* ptr_derived = dynamic_cast<Derived*>(ptr_base);
if (ptr_derived) {
ptr_derived->show(); // 成功转换，调用派生类方法
} else {
std::cout << “Dynamic cast failed!“ << std::endl;
}
delete ptr_base;
return 0;
}
输出：
Derived class method
实例：引用类型的动态转换
#include <typeinfo>
class Base {
public:
virtual ~Base() = default; // 基类必须具有虚函数
};
class Derived : public Base {
public:
void show() {
std::cout << “Derived class method” << std::endl;
}
};
int main() {
Derived derived_obj;
Base& ref_base = derived_obj; // 基类引用绑定到派生类对象
try {
// 将基类引用转换为派生类引用
Derived& ref_derived = dynamic_cast<Derived&>(ref_base);
ref_derived.show(); // 成功转换，调用派生类方法
} catch (const std::bad_cast& e) {
std::cout << “Dynamic cast failed: “ << e.what() << std::endl;
}
return 0;
}
输出：
Derived class method
| 特性 | 指针类型 | 引用类型 |
|---|---|---|
| 转换失败返回值 | 返回 nullptr |
抛出 std::bad_cast 异常 |
| 适用场景 | 向下转换、运行时类型检查 | 向下转换、运行时类型检查 |
| 性能开销 | 较高 | 较高 |
| 基类要求 | 必须具有虚函数 | 必须具有虚函数 |
常量转换（Const Cast）
常量转换用于将 const 类型的对象转换为非 const 类型的对象。
常量转换只能用于转换掉 const 属性，不能改变对象的类型。
实例
int& r = const_cast<int&>(i); // 常量转换，将const int转换为int
重新解释转换（Reinterpret Cast）
重新解释转换将一个数据类型的值重新解释为另一个数据类型的值，通常用于在不同的数据类型之间进行转换。
重新解释转换不进行任何类型检查，因此可能会导致未定义的行为。
实例
float f = reinterpret_cast<float&>(i); // 重新解释将int类型转换为float类型
