(原创)谭浩强C++程序设计学习笔记：第二章数据类型与表达式

数据结构指的是数据的组织形式。例如，数组就是一种数据结构。

C++ 可以使用的数据类型如下：

布尔型就是逻辑型，空类型就是无值型。

C++ 的数据包括常量与变量，常量与变量都具有类型。

例如：利用指针和结构体类型可以构成表、树、栈等复杂的数据结构。

说明：

(1) 整型数据分为长整型 (long int) 、一般整型 (int) 和短整型 (short int)。在 int 前面加 long 和 short 分别表示长整型和短整型。

(2) 整型数据的存储方式为按二进制数形式存储，例如十进制整数 85 的二进制形式为 1010101 ，则在内存中的存储形式如图 2.1 所示。

(3) 在整型符号 int 和字符型符号 char 的前面, 可以加修饰符 signed(表示 “有符号” ) 或 unsigned( 表示 “无符号” )。如果指定为 signed，则数值以补码形式存放，存储单元中的最高位(bit) 用来表示数值的符号。如果指定为 unsigned，则数值没有符号，全部二进制位都用来表示数值本身。例如短整型数据占两个字节，见图 2.2：

有符号时，能存储的最大值为 2^15 -1，即 32767，最小值为 -32768。无符号时，能存储的最大值为2^16 -1，即 65535，最小值为0。有些数据是没有负值的，可以使用 unsigned，它存储正数的范围比用 signed 时要大一倍。

(4) 浮点型(又称实型)数据分为单精度(float)、双精度(double) 和长双精度(long double) 3种，并且 float 和 double 的数值范围不同。对 float 分配 4 个字节，对 double 和 long double 分配 8 d个字节。

(5) 表中类型标识符一栏中，方括号［］包含的部分可以省写，如 short 和 short int 等效， unsigned int 和 unsigned 等效。

常量

常量的值是不能改变的，一般从其字面形式即可判别是否为常量。常量包括两大类，即数值型常量(即常数) 和字符型常量。

这种从字面形式即可识别的常量称为 “字面常量” 或 “直接常量”。

数值常量就是通常所说的常数。

为什么将数值常量区分为不同的类别呢？因为在进行赋值或函数的参数虚实结合时要求数据类型匹配。

整数

一个整型常量可以用 3 种不同的方式表示：

* 十进制整数 * 八进制整数 * 十六进制整数

浮点数

一个浮点数可以用两种不同的方式表示：

(1) 十进制小数形式。

(2) 指数形式(即浮点形式)

如 3.14159 可以表示为 0.314159 × 10^1 ， 3.14159 × 10^0 ,31.4159 × 10^-1 , 314.159× 10^-2等形式。在程序中应表示为：0.314159e1， 3.14159e0,31.4159e-1 ,314.159e-2,用字母 e表示其后的数是以 10 为底的幂，如 e12 表示 10^12.

在程序中不论把浮点数写成小数形式还是指数形式，在内存中都是以指数形式(即浮点形式) 存储的。如图2.3所示：

< 数字部分必须小于 1 ，同时，小数点后面第一个数字必须是一个非 0 数字。存储单元分为两部分，一部分用来存放数字部分，一部分用来存放指数部分。>

字符常量

用单撇号括起来的一个字符就是字符型常量。如 ′a′。

注意：① 字符常量只能包括一个字符，如 ′AB′是不合法的。 ② 字符常量区分大小写字母，如 ′A′ 和 ′a′ 是两个不同的字符常量。 ③ 撇号( ′ )是定界符，而不属于字符常量的一部分。如 cout<<′a′；输出的是一个字母 “a”，而不是 3个字符′ “ ′a′ ”。

C++ 还允许用一种特殊形式的字符常量，就是以 “＼”开头的字符序列，转义字符；

将一个字符常量存放到内存单元时，是将该字符相应的 ASCII 代码放到存储单元中。

既然字符数据是以 ASCII 码存储的，它的存储形式就与整数的存储形式类似。这样，在 C++ 中字符型数据和整型数据之间就可以通用。一个字符数据可以赋给一个整型变量，反之，一个整型数据也可以赋给一个字符变量。也可以对字符数据进行算术运算，此时相当于对它们的 ASCII 码进行算术运算。

// test1
// 将字符赋给整型变量
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    int i, j;
    i = 'A';
    j = 'B';
    cout << i << ' ' << j << endl;
    return 0;    
}
// 输出：65 66

可以看到：在一定条件下，字符型数据和整型数据是可以通用的。但是应注意字符数据只占一个字节，它只能存放 0~255范围内的整数。

// test2
// 字符数据与整数进行算术运算--将小写字母转换为大写字母
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    char c1, c2;
    c1 = 'a';
    c2 = 'b';
    c1 = c1 - 32;
    c2 = c2 - 32;
    cout << c1 << ' ' << c2 << endl;
    return 0;
}
// 输出：A B

从 ASCII 代码表中可以看到每一个小写字母比它相应的大写字母的 ASCII 代码大 32。

字符串常量

用双撇号括起来的部分就是字符串常量，如 ″abc″。字符串常量 ″abc″ 在内存中占 4 个字节(而不是 3 个字节)，见图 2.5。

编译系统会在字符串最后自动加一个 ′＼0′作为字符串结束标志。

注意：″a″ 和 ′a′ 代表不同的含义，″a″ 是字符串常量，′a′ 是字符常量。前者占两个字节，后者占 1 个字节。

请思考：字符串常量 ″abc＼n″ 包含几个字符? 不是 5个而是 4个字符，其中 “＼n” 是一个转义字符。但它在内存中占 5 个字节(包括一个 “＼0” 字符)。

如果在一个字符串中最后一个字符为 “＼”，则表示它是续行符，下一行的字符是该字符串的一部分，且在两行字符串间无空格。如

符号常量

在 C++ 程序设计中，常用一个符号名代表一个常量，称为符号常量，即以标识符形式出现的常量。

// test3
// 符号常量的使用
#define PRICE 30  // 注意这不是语句，末尾不要加分号
int main() {
    int num, total;
    num = 10;
    total = num * PRICE;
    cout << "total = " << total << endl;
    return 0;
}

程序中用预处理命令 #define 指定 PRICE 在本程序单位中代表常量 30 ，此后凡在本程序单位中出现的 PRICE 都代表 30 ，可以和常量一样进行运算。

请注意符号常量虽然有名字，但它不是变量。它的值在其作用域(在本例中为主函数)内是不能改变的，也不能被赋值。

使用符号常量的好处是：

（1）含义清楚。

（2）在需要改变一个常量时能做到 “一改全改”。

变量

在程序运行期间其值可以改变的量称为变量。

请注意区分变量名和变量值这两个不同的概念，见图 2.6

用来标识变量、符号常量、函数、数组、类型等实体名字的有效字符序列称为标识符（ identifier）。

C++ 规定标识符只能由字母、数字和下划线 3种字符组成，且第一个字符必须为字母或下划线。

应注意变量名不能与 C++ 的关键字、系统函数名和类名相同。

C++ 没有规定标识符的长度（字符个数），但 有的系统取 32 个字符，超过的字符不被识别。

在 C++ 语言中，要求对所有用到的变量作强制定义，也就是必须 “先定义，后使用 ”。

C++ 要求对变量作强制定义的目的是：

(1) 凡未被事先定义的，不作为变量名，这就能保证程序中变量名使用得正确。例如，如果在声明部分写了 int student；而在执行语句中错写成 statent 。如 statent = 30；在编译时检查出 statent未经定义，作为错误处理。输出 “变量 statent未经声明 ”的信息，便于用户发现错误，避免变量名使用时出错。

(2) 每一个变量被指定为一确定类型，在编译时就能为其分配相应的存储单元。如指定ａ和ｂ为 int 型，一般的编译系统对其各分配 4 个字节，并按整数方式存储数据。

(3) 指定每一变量属于一个特定的类型，这就便于在编译时，据此检查该变量所进行的运算是否合法。例如，整型变量 a 和 b ，可以进行求余运算：a%b ，％是 “求余”，得到 a/b 的余数。如果将 a 和 b 指定为实型变量，则不允许进行 “求余”运算，在编译时会给出有关的出错信息。

允许在定义变量时对它赋予一个初值，这称为变量初始化。

如果对变量未赋初值，则该变量的初值是一个不可预测的值，即该存储单元中当时的内容是不知道的。

初始化 是在程序运行时执行本函数时赋予初值的，相当于执行一个赋值语句。

常变量

在定义变量时，如果加上关键字 const，则变量的值在程序运行期间不能改变，这种变量称为常变量 (constant variable)。例如，

const int a=3; // 用 const 来声明这种变量的值不能改变，指定其值始终为 3

在定义常变量时必须同时对它初始化(即指定其值)，此后它的值不能再改变。

常变量又称为只读变量(read-only-variable)。

请区别用 #define 命令定义的符号常量和用 const 定义的常变量：

* 符号常量只是用一个符号代替一个字符串，在预编译时把所有符号常量替换为所指定的字符串，它没有类型，在内存中并不存在以符号常量命名的存储单元。

* 常变量具有变量的特征，它具有类型，在内存中存在着以它命名的存储单元，可以用 sizeof 运算符测出其长度。

C++运算符

C++ 提供了以下运算符：

(1) 算术运算符

+(加 ) -(减) *(乘 ) /(除 ) %(整除求余 ) ++(自加 ) --(自减)

(2) 关系运算符

＞(大于) ＜(小于 ) ＝＝(等于) ＞＝(大于或等于) ＜＝(小于或等于) ！＝(不等于)

(３) 逻辑运算符、

＆＆(逻辑与 ) ||(逻辑或 )！(逻辑非)

(４) 位运算符

<<(按位左移 ) >>(按位右移 ) ＆( 按位与 ) |(按位或 ) ∧(按位异或 ) ~(按位取反)

(５) 赋值运算符 (＝及其扩展赋值运算符)

(６) 条件运算符 (?:)

(７) 逗号运算符 ( ，)

(８) 指针运算符 ( * )

(9) 引用运算符和地址运算符 (＆ )

(10) 求字节数运算符（ｓｉｚｅｏｆ）

(11) 强制类型转换运算符（（ 类型 ) 或类型 ( ) ）

(12) 成员运算符 （ . ）

(13) 指向成员的运算符（ ->）

(14) 下标运算符（［］）

(15) 其他（如函数调用运算符（））

＋（加法运算符，或正值运算符。如 3+5， +3）

－（减法运算符，或负值运算符。如 5-2， -3）

*(乘法运算符。如 3 * 5 )

／（除法运算符。如 5/3）

％（模运算符，或称求余运算符，％两侧均应为整型数据，如７％４的值为３）。

需要说明，两个整数相除的结果为整数，如 5/3 的结果值为 1，舍去小数部分。但是，如果除数或被除数中有一个为负值，则舍入的方向是不固定的。例如， -5/3 在有的 C++ 系统上得到结果 -1，有的 C++ 系统则给出结果 -2。多数编译系统采取 “向零取整” ” ”

的方法，即 5/3 的值等于 1， -5/3 的值等于 -1，取整后向零靠拢。

C++ 在运算时对所有 float 型数据都按 double 型数据处理。

算术表达式

用算术运算符和括号将运算对象（也称操作数）连接起来的、符合 C++ 语法规则的式子，称 C++ 算术表达式。

“自左至右的结合方向 ”又称 “左结合性 ”，即运算对象先与左面的运算符结合。以后可以看到有些运算符的结合方向为 “自右至左 ”，即右结合性（例如赋值运算符）。

在进行运算时，不同类型的数据要先转换成同一类型，然后进行运算。转换的规则按图 2.7所示。

自增和自减运算符

++i（在使用 i 之前，先使 i 的值加 1 ，如果 i 的原值为 3，则执行 j=++i 后，j 的值为 4）

--i (在使用 i 之前，先使 i 的值减 1，如果 i的原值为 3，则执行 j=--i 后，j 的值为 2)

i++ (在使用 i 之后，使 i 的值加 1，如果 i 的原值为 3，则执行 j=i++ 后，j 的值为 3，然后 i 变为 4)

i--(在使用 i 之后，使 i 的值减 1，如果 i 的原值为 3，则执行 j=i-- 后，j 的值为 3，然后 i 变为 2）

++i 是先执行 i ＝ i+1 后，再使用 i 的值；而 i++ 是先使用 i 的值后，再执行 i＝ i+1。

请注意：

(1) 自增运算符 (++) 和自减运算符 (--) 只能用于变量，而不能用于常量或表达式。

(2) ++ 和 -- 的结合方向是 “自右至左” 。

(3) 自增运算符（ ++）和自减运算符（ --）使用十分灵活，但在很多情况下可能出现歧义性，产生 “意想不到 ”的副作用。

(4) 自增（减）运算符在 C++ 程序中是经常见到的，常用于循环语句中，使循环变量自动加 1。也用于指针变量，使指针指向下一个地址。

强制类型转换

强制类型转换的一般形式为

（类型名）（表达式）

（ int）（ x+y）（将 x+y的值转换成整型）

（ｉｎｔ）ｘ＋ｙ 则只将ｘ转换成整型，然后与ｙ相加。

C++ 还增加了以下形式：类型名（表达式），如 int(x) 或 int(x+y)。

需要说明的是在强制类型转换时，得到一个所需类型的中间变量，但原来变量的类型未发生变化。

// test4
// 强制类型转换
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    float x;
    int i;
    x = 3.6;
    i = (int)x;
    cout << "x = " << x << ", i = " << i << endl;
    return 0;
}
// 输出：x = 3.6, i = 3

由上可知，有两种类型转换，一种是在运算时不必用户指定，系统自动进行的类型转换，如 3+6.5。

第二种是强制类型转换。当自动类型转换不能实现目的时，可以用强制类型转换。此外，在函数调用时，有时为了使实参与形参类型一致，可以用强制类型转换运算符得到一个所需类型的参数。

赋值运算符

赋值符号 “＝” 就是赋值运算符，它的作用是将一个数据赋给一个变量。

如果赋值运算符两侧的类型不一致，但都是数值型或字符型时，在赋值时会自动进行类型转换。

(1) 将浮点型数据（包括单、双精度）赋给整型变量时，舍弃其小数部分。

(2) 将整型数据赋给浮点型变量时，数值不变，但以指数形式存储到变量中。、

(3) 将一个 double 型数据赋给 float 变量时，要注意数值范围不能溢出。

(4) 字符型数据赋给整型变量，将字符的 ASCII 码赋给整型变量。

(5) 将一个 int 、 short 或 long 型数据赋给一个 char 型变量，只将其低 8 位原封不动地送到 char型变量（发生截断）。例如

short int i=289;

char c;

c=i; //将一个 int型数据赋给一个 char 型变量

赋值情况见图 2.8。为方便起见，以一个 int 型数据占两个字节 (16位) 的情况来说明。

(6) 将 signed(有符号)型数据赋给长度相同的 unsigned(无符号)型变量，将存储单元内容原样照搬（连原有的符号位也作为数值一起传送）。

// test5
// 将有符号数据传送给无符号变量
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    unsigned short a;
    short int b = -1;
    a = b;
    count << " a = " << a << endl;
    return 0;
}
// 输出：65535