2.1 基本類型

基本類型是最基本的對(duì)象類型，包括整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、字符、布爾、byte、size_t和void。有些人把基本類型稱為原始類型或內(nèi)置類型，因?yàn)樗鼈兪呛诵恼Z(yǔ)言的一部分，幾乎總是使用的。這些類型可以在任何平臺(tái)上工作，但它們的特性，如大小和內(nèi)存布局，則取決于具體的實(shí)現(xiàn)。

基本類型取得了一種平衡。一方面，它們?cè)噲D映射從C++結(jié)構(gòu)到計(jì)算機(jī)硬件的直接關(guān)系；另一方面，它們簡(jiǎn)化了跨平臺(tái)代碼的編寫，允許程序員寫一次代碼就可以在許多平臺(tái)上運(yùn)行。下面的幾節(jié)將詳細(xì)介紹這些基本類型。

2.1.1 整數(shù)類型

整數(shù)類型存儲(chǔ)的是整數(shù)。四種大小的整數(shù)類型分別是short int、int、long int和long long int。每個(gè)類型都可以是有符號(hào)（signed）或無(wú)符號(hào)（unsigned）的。有符號(hào)變量可以是正數(shù)、負(fù)數(shù)或零，無(wú)符號(hào)變量必須是非負(fù)數(shù)。

整數(shù)類型默認(rèn)是有符號(hào)的int類型，這意味著我們可以在程序中使用簡(jiǎn)寫符號(hào)short、long和long long，而不是short int、long int和long long int。表2-1列出了所有可用的C++整數(shù)類型，展示了每種類型有無(wú)符號(hào)，在不同平臺(tái)上的大小（以字節(jié)為單位），以及每種類型的格式指定符。

注意，不同平臺(tái)下整數(shù)類型的大小不同：64位Windows和Linux/Mac的long大小不同（分別為4字節(jié)和8字節(jié)）。

通常情況下，編譯器會(huì)在格式指定符和整數(shù)類型不匹配時(shí)發(fā)出警告。但是，在printf語(yǔ)句中使用格式指定符時(shí)，必須確保它們是正確的。這里列出格式指定符是為了讓你可以在后面的例子中向控制臺(tái)打印整數(shù)。

注意 如果想確保整數(shù)的大小，那么可以使用<cstdint>庫(kù)中的整數(shù)類型。例如，如果你需要一個(gè)正好是8、16、32或64位的有符號(hào)整數(shù)，則可以使用int8_t、int16_t、int32_t或int64_t。你可以在這個(gè)庫(kù)中找到速度最快、最小、最大、有符號(hào)和無(wú)符號(hào)整數(shù)類型，以滿足各種要求。但由于這個(gè)頭文件并不總是在每個(gè)平臺(tái)上都可用，因此你應(yīng)該只在沒(méi)有其他選擇時(shí)使用cstdint類型。

字面量是程序中的硬編碼值。我們可以使用四種硬編碼的、整數(shù)字面量表示：

? 二進(jìn)制：使用前綴0b。

? 八進(jìn)制：使用前綴0。

? 十進(jìn)制：這是默認(rèn)的。

? 十六進(jìn)制：使用前綴0x。

這是同一組整數(shù)的四種不同寫法。例如，代碼清單2-1顯示了如何使用每一種非十進(jìn)制表示來(lái)賦值整數(shù)變量。

這個(gè)程序使用非十進(jìn)制表示整數(shù)（二進(jìn)制?、八進(jìn)制?和十六進(jìn)制?），并使用表2-1中列出的格式指定符將它們用printf打印出來(lái)。每個(gè)printf的輸出都顯示在代碼下方。

注意 整數(shù)字面量可以包含任何數(shù)量的單引號(hào)（'），以方便閱讀。編譯器會(huì)完全忽略這些引號(hào)。例如，1000000和1'000'000都是表示一百萬(wàn)的字面量。

有時(shí)，打印無(wú)符號(hào)整數(shù)的十六進(jìn)制表示或八進(jìn)制表示（較少見）是很有用的。我們可以使用printf格式指定符%x和%o實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，如代碼清單2-2所示。

代碼清單2-2 一個(gè)使用無(wú)符號(hào)整數(shù)的八進(jìn)制和十六進(jìn)制表示的程序

十進(jìn)制數(shù)3669732608的十六進(jìn)制表示是dabbad00，由于十六進(jìn)制格式指定符%x?，因此它出現(xiàn)在輸出的第一行。十進(jìn)制數(shù)69的八進(jìn)制表示是105。無(wú)符號(hào)整數(shù)的格式指定符%u?和八進(jìn)制整數(shù)的格式指定符%o?分別對(duì)應(yīng)于參數(shù)?和?。printf語(yǔ)句將這些量?替換到格式化字符串中，產(chǎn)生信息There are 69, 105 leaves here.。

警告 八進(jìn)制前綴是B語(yǔ)言的遺留問(wèn)題，可追溯到PDP-8計(jì)算機(jī)和八進(jìn)制無(wú)處不在的時(shí)代。C以及C++延續(xù)了這個(gè)可疑的傳統(tǒng)。例如，在對(duì)美國(guó)郵政編碼進(jìn)行硬編碼時(shí)必須小心：

去除十進(jìn)制數(shù)的前面的零；否則，它們將不再是十進(jìn)制數(shù)。這一行無(wú)法編譯，因?yàn)?不是八進(jìn)制數(shù)字。

默認(rèn)情況下，整數(shù)字面量的類型一般是int、long或long long。整數(shù)字面量的類型是這三種類型中最小的那種。這是由語(yǔ)言定義的，并將由編譯器強(qiáng)制執(zhí)行。

如果想更靈活，則可以給整數(shù)字面量提供后綴來(lái)指定它的類型（后綴不區(qū)分大小寫，所以你可以選擇自己最喜歡的風(fēng)格）。

? unsigned對(duì)應(yīng)后綴u或U。

? long對(duì)應(yīng)后綴l或L。

? long long對(duì)應(yīng)后綴ll或LL。

把unsigned后綴和long后綴或long long后綴結(jié)合起來(lái)可以指定整數(shù)類型的符號(hào)性和大小。表2-2顯示了后綴組合可能對(duì)應(yīng)的類型。允許的類型用復(fù)選標(biāo)記（√）表示。對(duì)于二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制字面量，可以省略后綴u或U。這些都用星號(hào)（*）來(lái)描述。

表2-2 整數(shù)后綴

允許的最小類型仍能表示整數(shù)字面量的類型就是最終類型。這意味著，在特定整數(shù)允許的所有類型中，最小的類型將被應(yīng)用。例如，整數(shù)字面量112114可以是int、long、long long類型的。由于int可以存儲(chǔ)112114，因此最終的整數(shù)字面量是int類型的。如果真的想采用long類型，則可以指定為112114L（或112114l）。

2.1.2 浮點(diǎn)類型

浮點(diǎn)類型存儲(chǔ)的是實(shí)數(shù)（在這里可以定義為任何帶有小數(shù)點(diǎn)和小數(shù)部分的數(shù)字，如0.33333或98.6）的近似值。雖然無(wú)法在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中準(zhǔn)確地表示某些實(shí)數(shù)，但可以存儲(chǔ)一個(gè)近似值。如果這看起來(lái)很難相信，那么可以想一想像π這樣的數(shù)字，它有無(wú)限多的位數(shù)。在有限的計(jì)算機(jī)內(nèi)存中，怎么可能表示無(wú)限多位的數(shù)字？

與所有其他類型一樣，浮點(diǎn)類型占用的內(nèi)存是有限的，這被稱為類型的精度。浮點(diǎn)類型的精度越高，它對(duì)實(shí)數(shù)的近似就越準(zhǔn)確。C++為近似值提供了三個(gè)級(jí)別的精度：

? float：?jiǎn)尉取?/p>

? double：雙精度。

? long double：擴(kuò)展精度。

和整數(shù)類型一樣，每種浮點(diǎn)表示都取決于實(shí)現(xiàn)。本節(jié)不會(huì)詳細(xì)介紹浮點(diǎn)類型，但請(qǐng)注意，這些實(shí)現(xiàn)方式存在大量的細(xì)微差別。在主流桌面操作系統(tǒng)上，float通常有4字節(jié)的精度。double和long double通常有8字節(jié)的精度（雙精度）。

大多數(shù)不參與科學(xué)計(jì)算的用戶可以安全地忽略浮點(diǎn)表示的細(xì)節(jié)。在這種情況下，可以使用double。

注意 對(duì)于那些不能安全地忽略浮點(diǎn)表示細(xì)節(jié)的人來(lái)說(shuō)，可以看看與自己硬件平臺(tái)相關(guān)的浮點(diǎn)規(guī)范。浮點(diǎn)存儲(chǔ)和算術(shù)的主要實(shí)現(xiàn)方式在《IEEE浮點(diǎn)算術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（IEEE 754）中有所概述。

1.浮點(diǎn)字面量

浮點(diǎn)字面量默認(rèn)為雙精度。如果需要單精度字面量，則使用f或F后綴；如果需要擴(kuò)展精度字面量，則使用l或L，如下所示：

字面量也可以使用科學(xué)計(jì)數(shù)法：

基數(shù)?和指數(shù)?之間不允許有空格。

2.浮點(diǎn)格式指定符

格式指定符%f顯示帶有小數(shù)位的浮點(diǎn)數(shù)，而%e則以科學(xué)計(jì)數(shù)法顯示相同的數(shù)字。我們也可以讓printf使用%g格式指定符，選擇%e或%f中更緊湊的一個(gè)。

對(duì)于double，只需在說(shuō)明符前面加上小寫字母l，而對(duì)于long double，在前面加上大寫字母L。例如，如果想要一個(gè)帶小數(shù)位的double，則可以指定%lf、%le或%lg；對(duì)于long double，則可以指定%Lf、%Le或%Lg。

考慮代碼清單2-3，它探討了打印浮點(diǎn)數(shù)的不同選項(xiàng)。

代碼清單2-3 一個(gè)打印浮點(diǎn)數(shù)的程序

這個(gè)程序聲明了一個(gè)名為an的double?。格式指定符%le?輸出科學(xué)計(jì)數(shù)法結(jié)果6.022141e+23，而%lf?輸出小數(shù)點(diǎn)表示602214090000000006225920.000000。%lg?指定符選擇了科學(xué)計(jì)數(shù)法結(jié)果6.02214e+23。名為hp?的浮點(diǎn)數(shù)（float）使用%e和%f指定符產(chǎn)生類似的printf輸出。但是格式指定符%g決定輸出十進(jìn)制表示9.75而不是科學(xué)計(jì)數(shù)法結(jié)果。

一般來(lái)說(shuō)，使用%g來(lái)打印浮點(diǎn)類型。

注意 在實(shí)踐中，可以省略double格式指定符中的l前綴，因?yàn)?b>printf會(huì)將浮點(diǎn)數(shù)參數(shù)提升為雙精度類型。

2.1.3 字符類型

字符類型存儲(chǔ)人類語(yǔ)言信息。這六種字符類型是：

? char：默認(rèn)類型，總是1個(gè)字節(jié)。可能是也可能不是有符號(hào)的（例如：ASCII）。

? char16_t：用于2字節(jié)的字符集（例如：UTF-16）。

? char32_t：用于4字節(jié)的字符集（例如：UTF-32）。

? signed char：與char相同，但保證是有符號(hào)的。

? unsigned char：與char相同，但保證是無(wú)符號(hào)的。

? wchar_t：足夠大以包含實(shí)現(xiàn)平臺(tái)地區(qū)環(huán)境語(yǔ)言設(shè)置中的最大字符（例如：Unicode）。

字符類型char、signed char和unsigned char被稱為窄字符，而char16_t、char32_t和wchar_t由于其相對(duì)的存儲(chǔ)要求，被稱為寬字符。

1.字符字面量

字符字面量是一個(gè)單一的、恒定的字符。所有字符都用單引號(hào)（''）括起來(lái)。如果字符是char以外的其他類型，還必須提供一個(gè)前綴：L代表wchar_t，u代表char16_t，而U代表char32_t。例如，'J'聲明一個(gè)char字面量，L'J'聲明一個(gè)wchar_t字面量。

2.轉(zhuǎn)義序列

有些字符不能在屏幕上顯示。相反，它們會(huì)迫使顯示器做一些事情，比如將光標(biāo)移到屏幕的左邊（回車）或?qū)⒐鈽?biāo)向下移動(dòng)一行（換行）。其他字符可以在屏幕上顯示，但它們是C++語(yǔ)法的一部分，如單引號(hào)或雙引號(hào)，所以必須非常小心地使用它們。為了將這些字符轉(zhuǎn)換為char，可以使用轉(zhuǎn)義序列，如表2-3中所示。

3.Unicode轉(zhuǎn)義字符

我們可以使用通用字符名（universal character name）來(lái)指定Unicode字符字面量，使用通用字符名的方式有兩種：前綴\u加后面4位的Unicode碼位，或前綴\U加后面8位的Unicode碼位。例如，可以將A字符表示為'\u0041'，將啤酒杯字符㊣表示為U'\U0001F37A'。

4.格式指定符

char的printf格式指定符為%c。wchar_t的格式指定符是%lc。代碼清單2-4初始化了兩個(gè)字符字面量x和y，用來(lái)構(gòu)建printf調(diào)用。

這個(gè)程序輸出Windows binaries start with MZ.。盡管M是窄字符，而Z是寬字符，但printf仍能工作，因?yàn)樵摮绦蚴褂昧苏_的格式指定符。

注意 所有Windows二進(jìn)制文件的前兩個(gè)字節(jié)是字符M和Z，這是對(duì)MS-DOS可執(zhí)行二進(jìn)制文件格式的設(shè)計(jì)者M(jìn)ark Zbikowski的致敬。

2.1.4 布爾類型

布爾類型有兩種狀態(tài)：真和假。布爾類型只有一個(gè)，即bool。整數(shù)類型和布爾類型可以互相轉(zhuǎn)換：true狀態(tài)轉(zhuǎn)換為1，false狀態(tài)轉(zhuǎn)換為0，任何非零的整數(shù)都轉(zhuǎn)換為true，而0則轉(zhuǎn)換為false。

1.布爾字面量

要初始化布爾類型，需要使用兩個(gè)布爾字面量，即true和false。

2.格式指定符

bool沒(méi)有格式指定符，但我們可以在printf中使用int格式指定符%d來(lái)產(chǎn)生1（代表true）或0（代表false）。原因是printf將任何小于int的整數(shù)值提升為int。代碼清單2-5說(shuō)明了如何聲明布爾變量并檢查其值。

該程序把b1初始化為true?，b2初始化為false?。然后，把b1和b2打印成整數(shù)（使用%d格式指定符），得到對(duì)應(yīng)b1的1和對(duì)應(yīng)b2的0?。

3.比較運(yùn)算符

運(yùn)算符是對(duì)操作數(shù)進(jìn)行計(jì)算的函數(shù)（詳見7.1節(jié)）。操作數(shù)是一種簡(jiǎn)單對(duì)象。關(guān)于使用bool類型的有意義的例子，詳見本節(jié)“比較運(yùn)算符”和“邏輯運(yùn)算符”。

我們可以使用幾個(gè)運(yùn)算符來(lái)構(gòu)建布爾表達(dá)式。回憶一下，比較運(yùn)算符接受兩個(gè)參數(shù)并返回一個(gè)布爾值。可用的運(yùn)算符有相等（==）、不等（！=）、大于（>）、小于（<）、大于或等于（>=）、小于或等于（<=）。

代碼清單2-6顯示了如何使用這些運(yùn)算符來(lái)產(chǎn)生布爾運(yùn)算。

每次比較都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)布爾值結(jié)果?，printf語(yǔ)句將布爾值打印成一個(gè)int結(jié)果?。

4.邏輯運(yùn)算符

邏輯運(yùn)算符在bool類型上處理布爾邏輯。我們可以通過(guò)操作數(shù)的數(shù)量來(lái)對(duì)運(yùn)算符分類。一元運(yùn)算符需要一個(gè)操作數(shù)，二元運(yùn)算符需要兩個(gè)，三元運(yùn)算符需要三個(gè)，以此類推。我們還可以通過(guò)操作數(shù)的類型進(jìn)一步對(duì)運(yùn)算符分類。

取否運(yùn)算符（！）接受一個(gè)操作數(shù)，并返回與操作數(shù)相反的結(jié)果。換句話說(shuō)，!true產(chǎn)生false，而!false則產(chǎn)生true。

邏輯運(yùn)算符“與”（&&）和“或”（||）是二元的。邏輯“與”（AND）只在兩個(gè)操作數(shù)都為true時(shí)返回true。邏輯“或”（OR）只要有操作數(shù)為true就返回true。

注意 閱讀布爾表達(dá)式時(shí)，!的發(fā)音是“not”，如表達(dá)式a&&!b表示“a AND not b”。

邏輯運(yùn)算符一開始可能令人困惑，但它們很快就會(huì)變得直觀。代碼清單2-7展示了邏輯運(yùn)算符。

在這里，我們可以看到取否運(yùn)算符?，邏輯“與”運(yùn)算符??，以及邏輯“或”運(yùn)算符??。

2.1.5 std::byte類型

系統(tǒng)程序員有時(shí)會(huì)直接使用原始內(nèi)存，原始內(nèi)存是一個(gè)沒(méi)有類型的位（bit）集合。這種情況下可以使用std::byte類型，它定義在<cstddef>頭文件中。std::byte類型允許按位進(jìn)行邏輯運(yùn)算（見第7章）。使用這種類型而不是整數(shù)類型來(lái)處理原始數(shù)據(jù)，常常可以避免難以調(diào)試的編程錯(cuò)誤。

注意，與<cstddef>中的大多數(shù)其他基本類型不同，std::byte在C語(yǔ)言中沒(méi)有確切的對(duì)應(yīng)類型（“C類型”）。像C++一樣，C語(yǔ)言也有char和unsigned char。這些類型使用起來(lái)不太安全，因?yàn)樗鼈冎С衷S多std::byte不支持的運(yùn)算。例如，可以對(duì)char進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，比如加法（+），但不能對(duì)std::byte進(jìn)行該運(yùn)算。這個(gè)看起來(lái)很奇怪的std::前綴被稱為命名空間，詳見8.3.2節(jié)（現(xiàn)在，暫且把命名空間std::當(dāng)作類型名稱的一部分）。

注意 關(guān)于std的發(fā)音，有兩種觀點(diǎn)。一種是把它當(dāng)作“ess-tee-dee”的首字母縮寫，另一種是把它當(dāng)作“stood”的縮寫。當(dāng)提到std命名空間中的類時(shí)，說(shuō)話者通常會(huì)暗示命名空間操作符::。因此，可以把std::byte讀作“stood byte”或者“ess-tee-dee colon colon byte”。

2.1.6 size_t類型

size_t類型（也在<cstddef>頭文件中）用來(lái)表示對(duì)象的大小。size_t對(duì)象保證其最大值足以代表所有對(duì)象的最大字節(jié)數(shù)。從技術(shù)上講，這意味著size_t可以占用2個(gè)字節(jié)，也可以占用200個(gè)字節(jié)，具體取決于實(shí)現(xiàn)方式。在實(shí)踐中，它通常與64位架構(gòu)系統(tǒng)的unsigned long long相同。

注意 size_t是<stddef>頭文件中的一個(gè)C類型，但它與C++的size_t相同，后者位于std命名空間中。偶爾，我們可以看到用（技術(shù)上正確的）std::size_t來(lái)代替。

1.sizeof

一元運(yùn)算符sizeof接受一個(gè)類型并返回該類型的大小（以字節(jié)為單位）。sizeof運(yùn)算符總是返回一個(gè)size_t對(duì)象。例如，sizeof(float)返回存儲(chǔ)float所需的字節(jié)數(shù)。

2.格式指定符

size_t的格式指定符通常是%zd（十進(jìn)制表示）或%zx（十六進(jìn)制表示）。代碼清單2-8顯示了如何檢查某個(gè)系統(tǒng)的幾種整數(shù)類型的大小。

代碼清單2-8分別計(jì)算char?、short?、int?、long?和long long?的大小，并使用%zd格式指定符打印它們的大小。結(jié)果會(huì)因操作系統(tǒng)的不同而不同。從表2-1可以看出，每個(gè)環(huán)境都為整數(shù)類型定義了自己的大小。請(qǐng)?zhí)貏e注意代碼清單2-8中long的返回值；Linux和macOS都定義了8字節(jié)的long類型。

2.1.7 void

void類型表示一個(gè)空的值集合。因?yàn)?b>void對(duì)象不能擁有值，所以C++不允許使用void對(duì)象。我們只在特殊情況下使用void，比如用作不返回任何值的函數(shù)的返回類型。例如，函數(shù)taunt不返回值，因此我們聲明它的返回類型為void：

其他特殊的void用法見第3章。