第 3 章 處理資料

說明

看《C++ Primer Plus》時整理的學習筆記，部分內容完全摘抄自《C++ Primer Plus》（第6版）中文版，Stephen Prata 著，張海龍 袁國忠譯，人民郵電出版社，只做學習記錄用途，

• 說明
• 3.1 簡單變數
  • 3.1.1 變數名
  • 3.1.2 整型
  • 3.1.3 符號整型
  • 3.1.4 無符號整型
  • 3.1.5 選擇整型型別
  • 3.1.6 整型字面值
  • 3.1.7 C++ 如何確定常量的型別
  • 3.1.8 char 型別：字符和小整數
  • 3.1.9 bool 型別
• 3.2 const 限定符
• 3.3 浮點數
  • 3.3.1 書寫浮點數
  • 3.3.2 浮點型別
  • 3.3.3 浮點常量
  • 3.3.4 浮點數的優缺點
• 3.4 C++ 算術運算子
  • 3.4.1 運算子優先級和結合性
  • 3.4.2 除法分支
  • 3.4.3 求模運算子
  • 3.4.4 型別轉換
  • 3.4.5 C++11 中的 auto 宣告

3.1 簡單變數

內置的 C++ 型別分兩組：基本型別和復合型別，本章主要介紹基本型別，

3.1.1 變數名

變數命名時，需遵循以下規則：

• 名稱只能使用字母、數字或下劃線，
• 名稱第一個字符不能是數字，
• 區分大寫字母與小寫字母，
• 名稱不能是 C++ 關鍵字，
• 以兩個下劃線或下劃線和大寫字母打頭的名稱被保留給實作（編譯器及其使用的資源）使用，以一個下劃線開頭的名稱被保留給實作，用作全域識別符號，
• C++ 對名稱沒有長度限制，但有些平臺有長度限制，

倒數第二點原因：使用像 _time_stop 或 _Donut 這樣的名稱不會導致編譯錯誤，但會導致行為的不確定性，不知道結果將是什么，最后一點需注意：ANSI C (C99標準) 只保證名稱中的前 63 個字符有意義（前 63 個字符相同的名稱被認為是相同的，即使第 64 個字符不同），目前比較流行的有 4 種命名習慣：

1. 小駝峰命名法：第一個單詞首字母小寫，后面單詞首字母大寫，如 myVariableName，
2. 大駝峰命名法：又稱帕斯卡命名法（Pascal），所有單詞的首字母都大寫，如 MyVariableName，
3. 匈牙利命名法：變數名 = 屬性 + 型別 + 物件描述，如 m_lpctstrStudentName 表示類中一個成員變數（屬性m_），型別為指向字串常量的長指標（型別lpctstr），所指字串常量用來表示學生姓名（物件描述StudentName），
4. 下劃線命名法：用下劃線分隔單詞，如 my_variable_name，

3.1.2 整型

計算機語言只能表示所有整數的一個子集，存盤時使用的記憶體量越大，可表示的整數值范圍也越大，C++ 的基本整型按記憶體量寬度排序有 char、short、int、long和 C++11 新增的long long，其中每種型別都有符號版本和無符號版本，因此總共有 10 種型別可供選擇（實際上short是short int的簡稱，long是long int的簡稱，long long是long long int的簡稱，但一般不使用長名稱），最好在宣告變數時就對它的值進行初始化，即將宣告陳述句與賦值陳述句合并在一起，以防出現未初始化就使用變數的情況，這時變數的值是不確定的，C++ 變數初始化有以下幾種方式:

//傳統C語言方式
int uncles = 5;

//C++支持的方式
int uncles(5);

//C++98支持的方式
int uncles = {5};

//C++11支持的方式
int uncles = {5};
int uncles{5};

//C++11將變數初始化為0
int uncles = {};
int uncles{};

3.1.3 符號整型

不是在所有的系統中，每種型別的寬度都相同，例如int不總是 32 位，在早期的 16 位作業系統中，int是 16 位，但在后來的 32 位作業系統以及 64 位作業系統中，int是 32 位，C++ 標準只確保了最小寬度：

• short至少 16 位，
• int至少和short一樣寬，
• long至少 32 位，且至少和int一樣寬，
• long long至少 64 位，且至少和long一樣寬，

想知道某種整型的記憶體量大小，可以使用sizeof運算子回傳型別或變數的記憶體量寬度，單位為位元組（位元組的含義也依賴于實作，在一個系統中一個位元組可能是 8 位，而在另一個系統中可能是 16 位），對型別名（如int）使用sizeof運算子時，應將名稱放在括號里面，但對變數名（如n_short）使用該運算子，括號是可選的，

//對型別名使用sizeof運算子（必要括號）
cout << "int is " << sizeof(int) << " bytes.\n";

//對變數名使用sizeof運算子（括號可選）
cout << "short is " << sizeof(n_short) << " bytes.\n";
cout << "short is " << sizeof n_short << " bytes.\n";

想知道某種整型所能表示的整數范圍，一種方式是根據該整型的記憶體量寬度進行計算，例如：若short為 16 位，則其符號版本可表示的整數范圍為 \([-2^{15}, 2^{15}-1]\) 即 \([-32768, 32767]\)，無符號版本可表示的整數范圍為 \([0, 2^{16}-1]\) 即 \([0, 65535]\)，這樣計算的原因可參考原碼補碼反碼的相關資料，另一種方式是#include <climits>，這個庫檔案里面包含了關于整型限制的資訊，使用示例如下：

//獲得int所能表示的最小整數值
cout << "Minimum int value = "https://www.cnblogs.com/young520/archive/2022/07/22/<< INT_MIN << endl;

//獲得當前系統一個位元組占多少位
cout <<"Bits per byte = " << CHAR_BIT << endl;

climits檔案中將上述限制資訊定義為宏：

#define INT_MIN -2147483648

編譯指令#define的作業方式與文本編輯器的全域搜索并替換的命令相似，它告訴前處理器：查找獨立的標記INT_MIN并將其替換為-2147483648，但它會跳過嵌入的INT_MIN，不會將PINT_MINTM替換為-2147483648，C++ 有一種更好的創建符號常量的方法，就是使用const關鍵字，這將在后續章節學習，

3.1.4 無符號整型

前面介紹的 4 種符號整型都有對應的無符號版本，僅當數值不會為負時才使用無符號版本：unsigned short、unsigned int、unsigned long和 unsigned long long，整型變數的取值如果超過了取值限制，其值將成為另一端點的值，依然以 16 位short為例，其符號版本的最大值加 1 后，值會變成 -32768，最小值減 1 后，值會變成 32767，其無符號版本的最大值加 1 后，值會變成 0，最小值減 1 后，值會變成 65535，這種現象分別稱為整型的上溢與下溢，

3.1.5 選擇整型型別

int被設定為計算機處理起來效率最高的長度，若沒有非常有說服力的理由選擇其他型別，則應首選int，若變數取值不可能為負數，則應首選無符號版本，若變數取值可能超過 16 位整數的最大值，則應首選long型別，這樣可確保程式移植到 16 位系統時不會出現問題，若變數取值超過 20 億（\(2^{31}=2147483648\)），則可選擇long long，若存在大型陣列且節省記憶體很重要，可考慮使用short，

3.1.6 整型字面值

整型字面值是顯式地書寫的常量，C++ 能夠以三種不同的計數方式來書寫整數：基數為 10、基數為 8（老式UNIX版本）、基數為 16（硬體黑客的最愛），C++ 使用前一（兩）位來標識數字常量的基數，如果第一位為 1~9，則基數為10（十進制），例如 93，如果第一位為 0，第二位為 1~7，則基數為8（八進制），例如 042（等于十進制數 34），如果前兩位為 0x 或者 0X，則基數為16（十六進制），例如 0x42（等于十進制數 66），

//十進制
int chest = 42;

//八進制
int waist = 042;

//十六進制
int inseam = 0x42;

3.1.7 C++ 如何確定常量的型別

數字常量后面可以添加后綴以指明型別：

對于不帶后綴的十進制整數，使用下面幾種型別中能夠存盤該數的最小型別做默認值：int 、long 、long long，

對于不帶后綴的十六進制和八進制整數，使用下面幾種型別中能夠存盤該數的最小型別做默認值：int 、unsigned int、long、unsigned long、long long、unsigned long long，

3.1.8 char 型別：字符和小整數

char 型別是專為存盤字符（如字母和數字）而設計的，通常為 8 位，也用來表示比 short 更小的整型，常用的符號集有 ASCII字符集 、國際Unicode字符集，例如字符 A 的 ASCII 碼是 65，字符 a 的 ASCII 碼是 97，另外還有一種特殊的字符：轉義字符，常用的轉義字符有：

可以使用數字轉義序列（只支持八進制、十六進制）或符號轉義序列來表示轉義字符，但數字轉義序列與特定的編碼方式（如ASCII）相關，而符號轉義序列適用于任何編碼方式，可讀性也更強，比如\n 、\012 與\0xA 都表示換行符，C++ 標準還允許實作提供擴展源字符集和擴展執行字符集，這種機制獨立于任何特定的鍵盤，使用的是通用字符名，通用字符名以 \u 或者 \U 打頭，\u 后接 8 個十六進制位，\U 后則是 16 個十六進制位，這些位表示的是字符的 ISO 10646 碼點，

將 char 用于表示整型時，其默認情況下既不是沒有符號，也不是有符號，這由具體的 C++ 實作來決定，可以顯式地對其進行設定：

//默認可能是無符號，也可能是有符號
char fodo;

//顯式宣告為無符號
unsigned char bar;

//顯式宣告為有符號
signed char snark;

寬字符型別 wchar_t 可以表示擴展字符集，它的記憶體量寬度由 C++ 實作來決定，可能是 16 位，也可能是 32 位，可能是有符號的，也可能是無符號的，其底層型別可能是 int 也可能是 unsigned short ，前綴 L 可以用來指明寬字符常量與寬字串:

//右邊為寬字符常量
wchar_t bob = L'P';

//輸出寬字串
std::wcout << L"tall" << endl;

C++11 新增了型別 char16_t 和 char32_t ，這兩者都是無符號的，分別長 16 位、32 位，其底層型別也是一種內置整型，具體底層型別隨系統而變化，前綴 u 用來指明 char16_t 字符常量和字串常量，前綴 U 用來指明 char132_t 字符常量和字串常量，可使用通用字符名來對它們進行初始化，

3.1.9 bool 型別

ANSI/ISO C++ 標準添加了一種名叫 bool 的新型別，它只有兩種取值 true 或者 false，常用于判斷陳述句，記憶體量寬度一般為 8 位，過去，C++ 和 C 一樣，是沒有布爾型別的，布爾型別支持隱式轉換，任何數字值或指標值都可以轉換為 bool 值，轉換時任何非零值都被轉為 true ，零值轉換為 false ，布林值也可以隱式提升為 int 型別，true被轉換為 1，false被轉換為 0，

//布林值隱式提升為1
int ans = true;

//布林值隱式提升為0
int ans = false;

//非零被轉換為true
bool ans = -100;

//零值被轉換為false
bool ans = 0;

3.2 const 限定符

創建常量的通用格式如下：

const type name = value;

應該在宣告常量時就對其進行初始化，如果在宣告常量時沒有初始化，則該常量的值是不確定的，且無法修改，常量被初始化后，其值就被固定了，編譯器將不允許再修改該常量的值，const 常量相比于 #define 常量的好處有三點：明確指定型別、作用域限制、可用于復雜型別，

C++ 的 const 與 ANSI C 的 const 有兩點主要區別：C++ 版本有作用域限制、可在C++ 中用來宣告陣列長度，

3.3 浮點數

浮點型別是 C++ 的第二組基本型別，它能夠表示帶小數部分的數字，

3.3.1 書寫浮點數

C++ 有兩種方式書寫浮點數，一種是常用的標準小數點表示法，另一種是 E 表示法，

//標準小數點表示法
12.34;

//E表示法(中間不能有空格)
2.52e+8;
2.52e8;
2.52E+8;
2.52E8;
2.52e-8;
2.52E-8;

3.3.2 浮點型別

和 ANSI C 一樣，C++ 也有 3 種浮點型別：float、double和long double，C 和 C++ 對浮點數記憶體量寬度的要求是:

• float至少 32 位，
• double至少 48 位，且至少和float一樣寬，
• long double至少和double一樣寬，

通常，float為 32 位，double為 64 位，long double為 80、96 或128 位，可以通過 #include <cfloat>獲取各型別浮點數所能表示的數值范圍，各浮點型別所能表示的精度（有效位數）一般為：float至少 6 位，double至少 15 位，long double至少 18 位，

3.3.3 浮點常量

浮點常量后面可以添加后綴以指明型別（部分老式編譯器可能不支持浮點常量后綴）：

對于不帶后綴的浮點常量，默認型別為 double，

3.3.4 浮點數的優缺點

與整數相比，浮點數有兩大優點：可表示整數之間的值、可表示的數值范圍更大，

與整數相比，浮點數也有兩大缺點：運算更慢、精度將降低，

3.4 C++ 算術運算子

C++ 提供了 5 種運算子來完成基本算術計算：

• 加法運算子 + 執行加法運算，例如 \(4+20=24\)，
• 減法運算子 - 執行減法運算，例如 \(12-3=9\)，
• 乘法運算子 * 執行乘法運算，例如 \(12*4=112\)，
• 除法運算子 / 執行除法運算，例如 \(1000/5=200\)，
• 求模運算子 % 執行取余運算，兩個運算元必須都為整數，它生成第一個整數除以第二個整數后的余數，計算結果滿足等式 \(a\%b=a-(a/b)*b\)，

3.4.1 運算子優先級和結合性

當多個運算子可用于同一運算元時，C++ 使用優先級規則來決定首先使用哪個運算子，也可用括號來執行自己定義的優先級，乘法、除法和求模運算子的優先級相同，加法和減法運算子的優先級相同，但比其他三個要低，當兩個運算子的優先級相同且作用于同一個運算元時，C++ 使用結合性規則來決定首先使用哪個運算子，上述 5 種運算子的結合性規則都是從左到右，

3.4.2 除法分支

除法運算子 / 的行為取決于運算元的型別，如果兩個運算元都是整數，則 C++ 將執行整數除法，結果的小數部分將被丟棄，即向零取整，若其中有一個（或兩個）運算元是浮點值，則結果的小數部分將保留，結果為浮點數，

3.4.3 求模運算子

求模運算子 % 回傳整數除法的余數，尤其適用于解決要求將一個量分成不同的整數單元的問題，例如單位轉換，

3.4.4 型別轉換

整型和浮點型統稱為算術型別，在以下情況下 C++ 將自動執行型別轉換：

• 將一種算術型別的值賦給另一種算術型別的變數時，
• 運算式中包含不同算術型別時，
• 將引數傳遞給函式時，

自動型別轉換時的規則如下：

1. 賦值以及普通初始化：將一種算術型別的值賦給另一種算術型別的變數時，值將被轉換為接收變數的型別，有些轉換是安全的，但轉換時也可能出現以下問題：

   轉換	潛在問題
   大浮點數轉小浮點數（如double轉float）	精度（有效位數）降低，超過取值范圍的結果是不確定的
   浮點數轉整型（如double轉int）	小數部分丟失（向零取整），超過取值范圍的結果是不確定的
   大整型轉小整型（如long轉short）	超過取值范圍的結果會出問題，此時只復制右邊的位元組

2. 串列初始化：C++11 將使用大括號\(\{\}\)的初始化稱為串列初始化，這種初始化方式對型別轉換的要求更嚴格，它不允許縮窄轉換，上面表格中浮點數轉整型在這是不被允許的，當大浮點數轉小浮點數、大整型轉小整型時，若超過了目標型別的取值范圍，也是不被允許的，

3. 運算式中的轉換：編譯器通過校驗表以及整型級別來確定算術運算式中的型別轉換，有符號整型按級別從高到低依次為long long、long、int、short和signed char，無符號整型的排列順序與有符號整型相同，型別char、signed char和unsigned char的級別相同，型別bool的級別最低，wchar_t、char16_t和char32_t的級別與其底層型別相同，校驗表的規則較復雜，這里只舉一個簡單的例子：兩個short整型進行算術運算時將先做整型提升至int，然后再運算，最后再轉回short，

4. 傳遞引數時的轉換：傳遞引數時的型別轉換通常由 C++ 原型控制，也可取消原型對引數傳遞的控制，這將在第 7 章介紹，

5. 強制型別轉換：C++ 允許通過強制型別轉換機制顯式地進行型別轉換，強制轉換的格式有兩種：

   //C語言風格
   (typeName) value;
   
   //純粹的C++風格
   typeName (value);
   

   強制型別轉換不會修改變數本身，而是創建一個新的、指定型別的值，可以在運算式中使用這個值，C++ 還引入了 4 個強制型別轉換運算子，這將在第 15 章介紹，其中static_cast<>可用于將數值從一種數字型別轉換為另一種數值型別：

   //使用運算子強制轉換為typeName型別
   static_cast<typeName> (value);
   

3.4.5 C++11 中的 auto 宣告

C++ 重新定義了 C 語言中的 auto 關鍵字，在初始化宣告中，如果使用關鍵字auto ，而不指定變數的型別，編譯器將把變數的型別設定成與初始值相同（自動型別推斷）：

//自動推斷為int型別
auto n = 100;

//自動推斷為double型別
auto x = 1.5;

//自動推斷為long double型別
auto y = 1.3e12L;

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