1、变量

一段程序的核心有两个方面：一个是要处理的信息，另一个就是处理的计算流程。计算机所处理的信息一般叫做“数据”（data）。

对计算机来说，需要明确地知道把数据存放在哪里、以及需要多大的存储空间。在机器语言和汇编语言中，我们可能需要充分了解计算机底层的存储空间，这非常麻烦；而在C++程序中，我们可以通过“声明变量”的方式来实现这些。

1.1、变量和常量

为了区分不同的数据，在程序中一般会给它们起个唯一的名字，这就是所谓的“变量”。在C++中，“变量”其实就是记录了计算机内存中的一个位置标签，可以表示存放的数据对象。

1.2、变量的声明和赋值

想要使用变量，必须先做“声明”，也就是告诉计算机要用到的数据叫什么名字，同时还要指明保存数据所需要的空间大小。比如：

#include<iostream>using namespace std;int main(){    int a = 1;    cout << "a = " << a << endl;    cin.get();}

这里包含两个信息：一个是变量的名字，叫做“a”，它对应着计算机内存中的一个位置；另一个是变量占据的空间大小，这是通过前面的“int”来指明的，表示我们需要足够的空间来存放一个“整数类型”（integer）数据。

变量名也可以有多个，用逗号分隔就可以。

在C++中，可以处理各种不同类型的数据，这里的int就是最基本的一种“数据类型”（data type），表示一般的整数。

当然，如果我们直接在代码中声明一个变量，然后打印输出的话就会报错，因为这个变量没有被“初始化”。也就是说，a这个变量现在可以表示内存中一个位置了，但是里面的数据是什么？这就需要让a有一个“初始值”：

int a = 1;

C++是一种静态类型（statically typed）语言，需要在编译阶段做类型检查（type checking）。也就是说所有变量在创建的时候必须指明类型，而且之后不能更改。对于复杂的大型程序来说，这种方式更有助于提前发现问题、提高运行效率。

注意，如果不给初始值，后面再赋值、再使用也是合法的；但一般不能不赋值、直接使用。因为在函数中定义的变量不被初始化，而在函数外部定义的int变量会被默认初始化为0值。

1.3、标识符

每个变量都有一个名字，就是所谓的“变量名”。在C++中，变量、函数、类都可以有自己专门的名字，这些名字被叫做“标识符”。标识符由字母、数字和下划线组成；不能以数字开头；标识符是大小写敏感的，长度不限。此外，C++中还对变量命名有一些要求和约定俗成的规范：

不能使用C++关键字；不能用连续两个下划线开头，也不能以下划线加大写字母开头，这些被C++保留给标准库使用；函数体外的标识符，不能以下划线开头；要尽量有实际意义（不要定义a、b，而要定义name、age）；变量名一般使用小写字母；自定义类名一般以大写字母开头；如果包含多个单词，一般用下划线分隔，或者将后面的单词首字母大写；

所谓的“关键字”，就是C++保留的一些单词，供语言本身的语法使用。包括

1.4、作用域

变量有了名字，那只要用这个名字就可以指代对应的数据。但是如果出现“重名”怎么办呢？

在C++中，有“作用域”（scope）的概念，就是指程序中的某一段、某一部分。一般作用域都是以花括号{}作为分隔的，就像之前我们看到的函数体那样。

同一个名字在不同的作用域中，可以指代不同的实体（变量、函数、类等等）。

定义在所有花括号外的名字具有“全局作用域”（global scope），而在某个花括号内定义的名字具有“块作用域”。一般把具有全局作用域的变量叫做“全局变量”，具有块作用域的变量叫做“局部变量”。

#include<iostream>using namespace std;// 全局作用域，全局变量int number = 0;int main(){    // 块作用域，局部变量    int number = 1;    // 访问局部变量    cout << "number = " << number << endl;    // 访问全局变量    cout << "number = " << ::number << endl;    cin.get();}运行结果：number = 1number = 0

如果在嵌套作用域里出现重名，一般范围更小的局部变量会覆盖全局变量。如果要特意访问全局变量，需要加上双冒号:: ，指明是默认命名空间。

2、常量

用变量可以灵活地保存数据、访问数据。不过有的时候，我们希望保存的数据不能更改，这种特殊的变量就被叫做“常量”。在C++中，有两种方式可以定义常量：

（1）使用符号常量

这种方式是在文件头用 #define 来定义常量，也叫作“宏定义”。

#define zero 0; //不推荐

跟#include一样，井号“#”开头的语句都是“预处理语句”，在编译之前，预处理器会查找程序中所有的“zero”，并把它替换成0。这种宏定义的方式是保留的C语言特性，在C++中一般不推荐。

（2）使用const限定符

这种方式跟定义一个变量是一样的，只需要在变量的数据类型前再加上一个const关键字，这被称为“限定符”。const修饰的对象一旦创建就不能改变，所以必须初始化。跟使用 #define定义宏常量相比，const定义的常量有详细的数据类型，而且会在编译阶段进行安全检查，在运行时才完成替换，所以会更加安全和方便。

// 常量定义const float Pi = 3.1415;

3、数据类型

定义变量时，不可或缺的一个要素就是数据类型。本质上讲，这就是为了实现计算需求，我们必须先定义好数据的样式，告诉计算机这些数据占多大空间，这就是所谓“数据类型”的含义。

C++支持丰富的数据类型，它内置了一套基本数据类型，也为我们提供了自定义类型的机制。

接下来我们先介绍基本数据类型，主要包括算术类型和空类型（void）。其中算术类型又包含了整型和浮点型；而空类型不对应具体的值，只用在一些特定的场合，比如一个函数如果不返回任何值，我们可以让void作为它的返回类型。

3.1、整型

整型（integral type）本质上来讲就是表示整数的类型。

我们知道在计算机中，所有数据都是以二进制“0”“1”来表示的，每个叫做一位（bit）；计算机可寻址的内存最小单元是8位，也就是一个字节（Byte）。所以我们要访问的数据，都是保存在内存的一个个字节里的。

一个字节能表示的最大数是28 = 256，这对于很多应用来讲显然是不够的。

不同的需求可能要表示的数的范围也不一样，所以C++中定义了多个整数类型，它们的区别就在于每种类型占据的内存空间大小不同。

C++定义的基本整型包括char、short、int、long，和C++ 11新增的long long类型，此外特殊的布尔类型bool本质上也是整型。

在C++中对它们占据的长度定义比较灵活，这样不同的计算机平台就可以有自己的实现了（这跟C是一样的）。由于char和bool相对特殊，我们先介绍其它四种。C++标准中对它们有最小长度的要求，比如：

short类型至少为16位（2字节）int至少2字节，而且不能比short短long至少4字节，而且不能比int短long long至少8字节，而且不能比long短

现在一般系统中，short和long都选择最小长度，也就是short为16位、long为32位、long long为64位；而int则有不同选择。我们一般使用的电脑操作系统，比如Windows 7、Windows 10、Mac OS等等的实现中，int都是32位的。

所以short能表示的数有2的16次方 = 65536 个，考虑正负，能表示的范围就是-32768 ~ 32767；而int表示的数范围则为 - 231 ~ 231 - 1。（大概是正负20亿，足够用了）

    // 整型    short a = -20;    cout << "a = " << a << endl;    cout << "a的长度为：" << sizeof a << endl; //2    int a2 = 20;    cout << "a2 = " << a2 << endl;    cout << "a2的长度为：" << sizeof a2 << endl; // 4    long a3 = 20;    cout << "a3 = " << a3 << endl;    cout << "a3的长度为：" << sizeof a3 << endl; // 4    long long a4 = 20;    cout << "a4 = " << a4 << endl;    cout << "a4的长度为：" << sizeof a4 << endl; // 8

这里我们用到了sizeof，这是一个运算符，可以返回某个变量占用的字节数。我们可以看到，变量占用的空间大小只跟类型有关，跟变量具体的值无关。

3.2、无符号整型

整型默认是可正可负的，如果我们只想表示正数和0，那么所能表示的范围就又会增大一倍。以16位的short为例，本来表示的范围是-32768 ~ 32767，如果不考虑负数，那么就可以表示0 ~ 65535。C++中，short、int、long、long long都有各自的“无符号”版本的类型，只要定义时在类型前加上unsigned就可以。

    // 无符号整型    unsigned short s1 = -1;    cout << "s1 = " << s1 << endl; // 65535

上面的代码可以测试无符号数表示的范围。需要注意，当数值超出了整型能表示的范围，程序本身并不会报错，而是会让数值回到能表示的最小值；这种情况叫做“数据溢出”（或者“算术溢出”），写程序时一定要避免。

由于类型太多，在实际应用中使用整型可以只考虑三个原则：

一般的整数计算，全部用int；如果数值超过了int的表示范围，用long long；确定数值不可能为负，用无符号类型（比如统计人数、销售额等）；3.3、char类型

如果我们只需要处理很小的整数，也可以用另外一种特殊的整型类型——char，它通常只占一个字节（8位）。不过char类型一般并不用在整数计算，它更重要的用途是表示字符（character）。

计算机底层的数据都是二进制位表示的，这用来表示一个整数当然没有问题，可怎么表示字母呢？这就需要将常用的字母、以及一些特殊符号对应到一个个的数字上，然后保存下来，这就是“编码”的过程 。

最常用的字符编码集就是ASCII码，它用0~127表示了128个字符，这包括了所有的大小写字母、数字、标点符号、特殊符号以及一些计算机的控制符。比如字母“A”的编码是65，数字字符“0”的编码是48。

在程序中如果使用char类型的变量，我们会发现，打印出来就是一个字符；而它的底层是一个整数，也可以做整数计算。

    // 字符类型    char c = 65;    cout << "c = " << c << endl;    char c2 = c + 1;    cout << "c + 1 = " << c2 << endl;

char类型用来表示整数时，到底是有符号还是无符号呢？之前的所有整型，默认都是有符号的，而char并没有默认类型，而是需要C++编译器根据需要自己决定。

所以把char当做小整数时，有两种显式的定义方式：signed char 和 unsigned char；至于char定义出来的到底带不带符号，就看编译器的具体实现了。

另外， C++还对字符类型进行了“扩容”，提供了一种“宽字符”类型wchar_t。wchar_t会在底层对应另一种整型（比如short或者int），具体占几个字节要看系统中的实现。

wchar_t会随着具体实现而变化，不够稳定；所以在C++11新标准中，还为Unicode字符集提供了专门的扩展字符类型：char16_t和char32_t，分别长16位和32位。

3.4、bool类型

在程序中，往往需要针对某个条件做判断，结果只有两种：“成立”和“不成立”；如果用逻辑语言来描述，就是“真”和“假”。真值判断是二元的，所以在C语言中，可以很简单地用“1”表示“真”，“0”表示“假”。

C++支持C语言中的这种定义，同时为了让代码更容易理解，引入了一种新的数据类型——布尔类型bool。bool类型只有两个取值：true和false，这样就可以非常明确地表示逻辑真假了。bool类型通常占用8位（1个字节）。

    // 布尔类型    bool b1 = true;    cout << "b1 = " << b1 << endl; //     cout << "b1占据长度为： " << sizeof b1 << endl;// b1占据长度为： 1

我们可以看到，true和false可以直接赋值给bool类型的变量，打印输出的时候，true就是1，false就是0，这跟C语言里的表示其实是一样的。

3.5、浮点类型

跟整数对应，浮点数用来表示小数，主要有单精度float和双精度double两种类型，double的长度不会小于float。通常，float会占用4个字节（32位），而double会占用8个字节（64位）。此外，C++还提供了一种扩展的高精度类型long double，一般会占12或16个字节。

除了一般的小数，在C++中，还提供了另外一种浮点数的表示法，那就是科学计数法，也叫作“E表示法”。比如：5.98E24表示5.98×1024；9.11e-31表示9.11×10-31。

    // 浮点类型    float f = 2.5;    double d = 3.79E-23;    cout << "f = " << f << endl; // f = 2.5    cout << "d = " << d << endl;// d = 3.79e-23

这就极大地扩展了我们能表示的数的范围。一般来讲，float至少有6位有效数字，double至少有15位有效数字。所以浮点类型不仅能表示小数，还可以表示（绝对值）非常大的整数。（float和double具体能表示的范围，可以查找float.h这个头文件）

3.6、字面值常量

我们在给一个变量赋值的时候，会直接写一个整数或者小数，这个数据就是显式定义的常量值，叫做“字面值常量”。每个字面值常量也需要计算机进行保存和处理，所以也都是有数据类型的。字面值的写法形式和具体值，就决定了它的类型。

（1）整型字面值

整型字面值就是我们直接写的一个整数，比如30。这是一个十进制数。而计算机底层是二进制的，所以还支持我们把一个数写成八进制和十六进制的形式。以0开头的整数表示八进制数；以0x或者0X开头的代表十六进制数。例如：

30 十进制数036 八进制数0x1E 十六进制数

这几个数本质上都是十进制的30，在计算机底层都是一样的。

在C++中，一个整型字面值，默认就是int类型，前提是数值在int能表示的范围内。如果超出int范围，那么就需要选择能够表示这个数的、长度最小的那个类型。

具体来说，对于十进制整型字面值，如果int不够那么选择long；还不够，就选择long long（不考虑无符号类型）；而八进制和十六进制字面值，则会优先用无符号类型unsigned int，不够的话再选择long，之后依次是unsigned long、long long和unsigned long long。

这看起来非常复杂，很容易出现莫名其妙的错误。所以一般我们在定义整型字面值时，会给它加上一个后缀，明确地告诉计算机这个字面值是什么类型。

默认什么都不加，是int类型；l或者L，表示long类型；ll或者LL，表示long long类型；u或者U，表示unsigned无符号类型；

我们一般会用大写L，避免跟数字1混淆；而u可以和L或LL组合使用。例如9527uLL就表示这个数是unsigned long long类型。

（2）浮点型字面值

前面已经提到，可以用一般的小数或者科学计数法表示的数，来给浮点类型赋值，这样的数就都是“浮点型字面值”。浮点型字面值默认的类型是double。如果我们希望明确指定类型，也可以加上相应的后缀：

f或者F，表示float类型l或者L，表示long double类型

这里因为本身数值是小数或者科学计数法表示，所以L不会跟long类型混淆。

（3）字符和字符串字面值

字符就是我们所说的字母、单个数字或者符号，字面值用单引号引起来表示。字符字面值默认的类型就是char，底层存储也是整型。

而多个字符组合在一起，就构成了“字符串”。字符串字面值是一串字符，用双引号引起来表示。

‘ A ’ 字符字面值“Hello World!” 字符串字面值

字符串是字符的组合，所以字符串字面值的类型，本质上是char类型构成的“数组”（array）。关于数组的介绍，我们会在后面章节详细展开。

转义字符

有一类比较特殊的字符字面值，我们是不能直接使用的。在ASCII码中我们看到，除去字母、数字外还有很多符号，其中有一些本身在C++语法中有特殊的用途，比如单引号和双引号；另外还有一些控制字符。如果我们想要使用它们，就需要进行“转义”，这就是“转义字符”。C++中规定的转义字符有：

其中，经常用到的就是符号中的问号、双引号、单引号、反斜线，还有换行符和制表符。

// 转义字符char tc = '\n';cout << "tc = " << tc << endl;cout << "Hello World!\t\"Hello C++!\"\n \?" << endl;

（4）布尔字面值

布尔字面值非常简单，只有两个：true和false。

4、类型转换

我们在使用字面值常量给变量赋值时会有一个问题，如果常量的值超出了变量类型能表示的范围，或者把一个浮点数赋值给整型变量，会发生什么？

这时程序会进行自动类型转换。也就是说，程序会自动将一个常量值，转换成变量的数据类型，然后赋值给变量。

    // 赋值时的自动类型转换    // 1. 整数值赋给bool变量    bool btrans = 25;    cout << "btrans = " << btrans << endl;// btrans = 1    // 2. 将bool类型的值赋给算数整型    short strans = false;    cout << "strans = " << strans << endl; // strans = 0    // 3. 浮点数赋值给整数类型    int itrans = 3.94;    cout << "itrans = " << itrans << endl;// itrans = 3    // 4. 整数值赋值给浮点类型    float ftrans = 3;    cout << "ftrans = " << ftrans << endl;// ftrans = 3    // 5. 赋值超出了整型范围     unsigned short ustrans = 65536;    cout << "ustrans = " << ustrans << endl;// ustrans = 0    strans = 32768;    cout << "strans = " << strans << endl;// strans = -32768

转换规则可以总结如下：

非布尔类型的算术值赋给布尔类型，初始值为0则结果为 false , 否则结果为true ；布尔值赋给非布尔类型，初始值为 false 则结果为0，初始值为 true 则结果为1；浮点数赋给整数类型，只保留浮点数中的整数部分，会带来精度丢失；整数值赋给浮点类型，小数部分记为0。如果保存整数需要的空间超过了浮点类型的容量，可能会有精度丢失。给无符号类型赋值，如果超出它表示范围，结果是初始值对无符号类型能表示的数值总数取模后的余数。给有符号类型赋值，如果超出它表示范围，结果是未定义的（ undefined ）。此时，程序可能继续工作，也可能崩溃。