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融合态 · 复合类型

还记得之前的篮子与瓶子吗？它们作为不同类型物质的容器，被针对性地以不同的材料与形状设计出来，以适应人们的日常需求。

想一想，瓶子可以用塑料、陶瓷或是蜡纸这类隔水的材料制作，而篮子得用麻绳、布料或是橡胶这类易于变形的材料制作。它们都是装载物质的容器，但它们所承载的物质类型不同，也提醒了人们如何选择正确的容器。

在 C++ 中亦是如此——我们所持有的数据决定了承载该数据的容器类型；同样地，容器的类型亦反过来决定我们应向其装载的数据类型。

下面，我们就来探寻 C++ 中最基本的一批容器吧。

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0

这是什么？对，还是它，数字零！

零是什么？首先它肯定是个数。再细分以下，它还是个整数，是一个既不可算作正数、亦不可算作负数的整数。

我们可以使用类型为int的容器存储数字零，int是英语单词 integer (整数) 的缩写。在这里，我们先随便取个容器名a：

int a = 0;

类型必须写在开头，其后是容器的名字，而等于号之后便是我们想要装载的内容物。

在 C++ 中，我们称这样的容器叫作变量。变量本质上就是具名的数据，它有具体的可承载数据的类型，并且也有一片用于放置此类型数据的空间。就拿刚刚的例子来讲，int类型的每个变量都最少占据 4 字节的空间。

如同刚刚的程序所作的操作，是声明一个变量。在声明的同时，我们还可以通过在气候紧跟一个等于号与欲赋予的值，使得这个变量被初始化。在这个例子中，我们便将数字0作为变量a的初始值。在变量受到初始化的同时，它也就相当于被定义为了某一个值。

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难道 C++ 只提供了一个int类型么？当然不是。光是表达整数这个事情，C++ 就给了我们一大批的整数类型供使用，不过就是其所能表达的数字范围有所区别罢了：

类型	最小表达范围	通常表达范围
char	$[2^{-7}, 2^7)$	$[2^{-7}, 2^7)$
short 或 short int	$[2^{-15}, 2^{15})$	$[2^{-15}, 2^{15})$
int	$[2^{-15}, 2^{15})$	$[2^{-31}, 2^{31})$
long 或 long int	$[2^{-31}, 2^{31})$	$[2^{-31}, 2^{31})$
long long 或 long long int	$[2^{-31}, 2^{31})$	$[2^{-63}, 2^{63})$

一般来讲，我们使用int或long类型便足以满足日常需求了。更广的数字表达范围也许能方便我们表达更大的数字，但由此也将会带来更大的空间占用；同样的，更窄的数字表达范围虽然能够很好地减少空间占用，但它也仅适用于对空间占用要求严格、需表达的整数又较小的场合。

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回忆先前有关二进制数在计算机中如何表达的知识，我们知道整数的最开头以为用于表达数字的正负，气候才是数字本身的内容。

有没有办法让最开头那一位也作为数字呢？有！在类型前加unsinged即可：

unsigned int a = 0;

如果我们为某个整数类型加上unsigned前缀，它将不能表达负数，并且正数的表达范围也会变为原来的 2 倍。它通常适用于保证用不到负数并且也不使用负数的场合，例如计算物体间的距离——再怎么调整，我们都找不到距离为负数的两个物体。

这样不带正负号的类型称作无符号类型，由其承载的正数也可称作无符号数。无符号是整数类型的特权，除此之外的其它任何类型都不能也无法添加unsigned前缀。与之相反，带符号的类型被称作有符号类型，可通过在类型前加signed来声明。

默认情况下，除了char类型以外的整数类型均为有符号类型，无需额外在类型前加signed前缀。char类型默认情况下是否有符号，是根据具体所在的运行环境而定的。

无符号类型的数字表达范围其实与其对应的有符号类型的一样宽，形象地讲其实也就是把表示负数的那部分范围“挪”到了右边：

类型	最小表达范围	通常表达范围
unsigned char	$[0, 2^8)$	$[0, 2^8)$
unsigned short 或 unsigned short int	$[0, 2^{16})$	$[0, 2^{16})$​
unsigned int	$[0, 2^{16})$	$[0, 2^{32})$
unsigned long 或 unsigned long int	$[0, 2^{32})$	$[0, 2^{32})$
unsigned long long 或 unsigned long long int	$[0, 2^{32})$	$[0, 2^{64})$

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除了整数之外，我们有时也需要表达更为复杂的小数，而这种数字无法完整储存在整数类型的变量中。

C++ 提供了另一批类型，即浮点数类型，可使我们得以储存一定精度的小数：

类型	表达范围
float	最低 6 位有效数字，小数位数 $[-38, 38]$
double	最低 15 位有效数字，小数位数 $[-308. 308]$

我们一般会选择double作为首选的浮点数类型，不仅仅是因为其足够高的精度，也因为现代大多数的设备都对double类型有硬件上的效率优化——甚至要比较小float类型还快。

精度一词，实际上指的是该类型可表达的最大有效位数，而非数字小到多少位，或是数字大到多少位。例如，以下数字虽然有着悬殊的大小差距，但其精度其实是相等的：

$1.23168809 × 10^{91}$

$3.14159263 × 10^0$

$2.19857822 × 10^{-82}$

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还记得最初我们向屏幕打印的话么？

"Hi, C++ World!"

这看起来更像是一系列字符，而不是什么数字。

那么，字符使用什么类型的变量储存呢？答案是char类型：

char a = 'a';
char b = 'b';
char abc[] = "abc";

变量a与b分别仅存储了一个字符，而变量abc却因为后面跟了个[]，结果它却可以接受以双引号包裹的 C 风格字符串。

不必惊讶，我们将在后续的章节学习有关数组的内容，而刚刚的变量abc便是将要介绍的数组的一种特殊形式——字符数组，也就是刚刚所提到的 C 风格字符串。

除了char类型，C++ 也提供了一批其它的字符类型，便于我们使用其它的字符集表达文字：

类型	占用空间大小	说明
char	1 字节	普通字符类型
wchar_t	2 字节	宽字符类型
char8_t（C++20）	1 字节	Unicode 字符类型，8 位版
char16_t	2 字节	Unicode 字符类型，16 位版
char32_t	4 字节	Unicode 字符类型，32 位版

这些类型与先前介绍的一批字符字面量是相互匹配的，亦因此这些字符字面量便也是有对应类型的变量容纳的。

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总结以下，我们认识了以下的变量类型：

• 用于表达整数的char、short、int、long与long long
• 用于修饰整数类型、使之成为无符号数的unsigned
• 用于表达浮点数的float、double
• 用于表达字符的char、wchar_t、char8_t、char16_t与char32_t

类型是 C++ 的重要组成部分，它构成了 C++ 的大部分内容。接下来，我们将学习更深层次的类型系统。

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习题

• 录入下面的程序，尝试修改程序中的变量名与初始值并允许，体验一下定义变量的感觉。

#include <iostream>
int main()
{
    int apple = 1;
    int pen = 1;
    char pineapple = 'a';
    std::cout << "I have " << apple << " apple" << std::endl
        	  << "I have " << pen << " pen" << std::endl
              << "Uh! Apple-pen!" << std::endl;
    		  << " I have " << pen << " pen" << std::endl
              << " I have " << pineapple << " pineapple" << std::endl
              << "Uh! Pineapple-pen!" << std::endl;
    return 0;
}