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<iostream> #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

int i = 10; 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

#include <iostream> 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 <iostream>
#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

const int i = 10; 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

int i = 10; float f = reinterpret_cast<float&>(i); // 重新解释将int类型转换为float类型

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