C++ 数据类型

目录

一、引言

二、基础数据类型：内置的 “原子级” 数据单元

2.1 整型：存储整数的 “容器”

2.2 浮点型：处理小数的 “精密仪器”

2.3 字符型：文本世界的 “最小单元”

2.4 布尔型：逻辑世界的 “开关”

三、复合数据类型：构建复杂数据结构的 “积木”

3.1 数组：同类型数据的 “线性集合”

3.2 指针：内存地址的 “导航仪”

3.3 引用：变量的 “别名”

3.4 结构体（struct）：自定义数据的 “集装箱”

3.5 联合体（union）：内存复用的 “节省者”

四、类型限定符与修饰符：细化数据的 “属性标签”

五、数据类型转换：不同类型间的 “桥梁”

5.1 隐式转换（自动转换）

5.2 显式转换（强制类型转换）

六、内存管理与数据类型的关系

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一、引言

在 C++ 编程中，数据类型是构建程序的基石。它不仅决定了数据在内存中的存储方式和占用空间，还定义了数据可参与的操作。本文将系统梳理 C++ 的各类数据类型，结合实例讲解其特性与使用场景，帮助开发者深入理解数据在程序中的流转逻辑。

二、基础数据类型：内置的 “原子级” 数据单元

基础数据类型是 C++ 内置的、不可再分割的数据类型，直接对应计算机底层的存储单元。

2.1 整型：存储整数的 “容器”

数据类型	关键字	典型大小（32/64 位系统）	取值范围	应用场景
短整型	short	2 字节	-32768 ~ 32767	小范围整数计数
整型	int	4 字节	-2147483648 ~ 2147483647	常规整数运算
长整型	long	4/8 字节	依赖平台（通常≥int）	跨平台兼容的大整数
长整型	long long	8 字节	-9223372036854775808 ~ 9223372036854775807	超大整数存储（如时间戳）
无符号整型	unsigned int	4 字节	0 ~ 4294967295	非负计数、位运算

2.2 浮点型：处理小数的 “精密仪器”

• 单精度浮点型（float）：4 字节，精度约 6-7 位有效数字，适用于图形渲染、科学计算中的近似值。

• 双精度浮点型（double）：8 字节，精度约 15-17 位有效数字，常用于金融计算、工程测量等高精度场景。

• 长双精度型（long double）：8/16 字节（依平台而定），提供更高精度，但需谨慎使用以避免内存浪费。

⚠️ 浮点型存在精度误差，避免直接比较两个浮点数是否相等，建议用差值小于极小值（如 1e-8）判断。

2.3 字符型：文本世界的 “最小单元”

• char：1 字节，通常用于存储 ASCII 字符（-128~127 或 0~255，取决于是否为有符号）。
• wchar_t：宽字符类型，2/4 字节，用于存储 Unicode 字符（如中文、日文）。
• char16_t/char32_t：C++11 新增，分别占 2/4 字节，对应 UTF-16 和 UTF-32 编码。

2.4 布尔型：逻辑世界的 “开关”

• bool：1 字节，取值true（非 0）或false（0），用于条件判断。

三、复合数据类型：构建复杂数据结构的 “积木”

复合数据类型由基础类型组合而成，用于表示结构化数据。

3.1 数组：同类型数据的 “线性集合”

• 定义格式：类型 数组名[长度]，长度必须为常量表达式。

int scores[5] = {90, 85, 92, 78, 88}; // 整型数组
char str[] = "Hello World"; // 字符数组，自动计算长度（含'\0'）

• 特性：
  • 内存连续存储，通过索引（从 0 开始）访问元素。
  • 数组名本质是指向首元素的指针（注意与指针的区别）。

3.2 指针：内存地址的 “导航仪”

• 作用：存储变量的内存地址，用于动态内存管理、函数传参优化等。

int num = 10;
int* ptr = # // 指针ptr指向num的地址
*ptr = 20; // 通过解引用修改num的值（此时num变为20）

• 关键概念：
  • 空指针：int* p = nullptr;（C++11 替代NULL）。
  • 指针运算：支持加减整数（偏移字节数 = 步长 ×sizeof (类型)）。

3.3 引用：变量的 “别名”

• 定义：类型& 引用名 = 目标变量;必须初始化，一旦绑定不可更改。

double value = 3.14;
double& ref = value; // ref是value的别名
ref = 6.28; // 修改ref等同于修改value

• 应用场景：
  • 函数参数传递（避免拷贝开销，见示例）：

  void swap(int& a, int& b) { // 通过引用直接修改实参
      int temp = a;
      a = b;
      b = temp;
  }
  

3.4 结构体（struct）：自定义数据的 “集装箱”

• 作用：将不同类型的数据组合为一个整体，用于表示复杂对象。

struct Student { // 定义结构体类型
    int id;
    string name;
    float score;
};

Student tom = {1001, "Tom", 89.5}; // 创建结构体变量
cout << tom.name << "的成绩是：" << tom.score; // 访问成员

• 进阶特性：结构体可包含函数成员（C++ 中与 class 的区别主要在于默认访问权限）。

3.5 联合体（union）：内存复用的 “节省者”

• 特点：所有成员共享同一段内存，同一时刻只能存储一个成员的值。

union Data {
    int i;
    float f;
    char c;
}; // 大小为最大成员的字节数（如float占4字节，则union占4字节）

Data d;
d.i = 100; // 此时d.f和d.c的值无意义
d.f = 3.14f; // 覆盖之前的i值

• 应用场景：嵌入式系统中节省内存，或解析不同格式的二进制数据。

四、类型限定符与修饰符：细化数据的 “属性标签”

• const：声明常量，值不可修改（用于保护数据或提高代码可读性）。

  const int MAX_SIZE = 100; // 常量表达式
  const char* msg = "Hello"; // 指针指向的字符串不可修改
  

• volatile：告诉编译器变量可能被意外修改（如寄存器值、多线程共享数据），禁止优化。
• static：静态存储类，修饰全局变量时延长生命周期，修饰局部变量时保持值不被销毁。
• auto（C++11）：类型自动推导，简化变量声明（如auto it = vec.begin();）。
• decltype（C++11）：推导表达式的类型，用于模板编程和泛型代码。

五、数据类型转换：不同类型间的 “桥梁”

5.1 隐式转换（自动转换）

• 规则：小范围类型→大范围类型（如int→double），非 const→const。

int a = 10;
double b = a; // 隐式转换，a的值转为10.0赋给b

5.2 显式转换（强制类型转换）

• C 风格转换：(类型)表达式（简单但不安全）。
• C++ 风格转换：
  • static_cast<类型>(表达式)：用于有意义的转换（如int↔float）。
  • dynamic_cast<类型>(表达式)：用于多态类型的安全向下转型（需 RTTI 支持）。
  • const_cast<类型>(表达式)：去除const限定符（危险操作，需谨慎）。
  • reinterpret_cast<类型>(表达式)：重新解释内存位模式（如指针与整数互转）。

示例：

int x = 3;
float y = static_cast(x) + 0.5f; // 显式转换为float计算

六、内存管理与数据类型的关系

• 栈内存：基础类型和复合类型的局部变量通常存储于此，由编译器自动分配 / 释放。
• 堆内存：通过new/delete动态分配的内存（如int* p = new int(10);），需手动管理生命周期。
• 数据对齐：编译器为提高访问效率，会按类型大小对内存地址进行对齐（如double通常对齐 8 字节边界）。