变量 - 语言基础

## 数据类型

C++ 内置了六种基本数据类型：

| 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	 |

### 布尔类型

一个 `bool` 类型的变量取值只可能为两种： `true` 和 `false` 。

一般情况下，一个 `bool` 类型变量占有 $1$ 字节（一般情况下， $1$ 字节 = $8$ 位）的空间。

### 字符型

`char` 类型的变量用于存放字符（实际上存储的仍然是整数，一般通过 [ASCII 编码](http://www.asciitable.com/) 实现字符与整数的一一对应）。 `char` 的位数一般为 $8$ 位。

一般情况下， `char` 的表示范围在 $-128 \sim 127$ 之间。

### 整型

int 类型的变量用于存储整数。

### "`int` 类型的大小"
> 在 C++ 标准中，规定 `int` 的位数 **至少** 为 $16$ 位。
> 
> 事实上在现在的绝大多数平台， `int` 的位数均为 $32$ 位。

对于 `int` 关键字，可以使用如下修饰关键字进行修饰：

符号性：

-	`signed` ：表示带符号整数（默认）；
-	`unsigned` ：表示无符号整数。

大小：

-	`short` ：表示 **至少**	$16$ 位整数；
-	`long` ：表示 **至少**	$32$ 位整数；
-	`long long` ：表示 **至少**	$64$ 位整数。

下表给出在 **一般情况下** ，各整数类型的位宽和表示范围大小（少数平台上一些类型的表示范围可能与下表不同）：

| 类型名												| 位宽		 | 表示范围										 |
| -------------------------- | ------ | ------------------------ |
|	`short int`							 |	$16$	|	$-2^{15}\sim 2^{15}-1$	|
|	`unsigned short int`			|	$16$	|	$0 \sim 2^{16}-1$			 |
|	`int`										 |	$32$	|	$-2^{31}\sim 2^{31}-1$	|
|	`unsigned int`						|	$32$	|	$0 \sim 2^{32}-1$			 |
|	`long int`								|	$32$	|	$-2^{31}\sim 2^{31}-1$	|
|	`unsigned long int`			 |	$32$	|	$0 \sim 2^{32}-1$			 |
|	`long long int`					 |	$64$	|	$-2^{63}\sim 2^{63}-1$	|
|	`unsigned long long int`	|	$64$	|	$0 \sim 2^{64}-1$			 |

### "等价的类型表述"
> 在不引发歧义的情况下，允许省略部分修饰关键字，或调整修饰关键字的顺序。这意味着同一类型会存在多种等价表述。
> 
> 例如 `int` ， `signed` ， `int signed` ， `signed int` 表示同一类型，而 `unsigned long` 和 `unsigned long int` 表示同一类型。

### 单精度浮点型

`float` 类型为单精度浮点类型。一般为 $32$ 位。

其表示范围在 $-3.4\times 10^{38}$ 到 $3.4\times 10^{38}$ 之间。

因为 `float` 类型表示范围较小，且精度不高，实际应用中常使用 `double` 类型（双精度浮点型）表示浮点数。

### 双精度浮点型

`double` 类型为双精度浮点型。一般为 $64$ 位。

其表示范围在 $-1.7\times 10^{-308}$ 到 $1.7\times 10^{308}$ 之间。

### 无类型

`void` 类型为无类型，与上面几种类型不同的是，不能将一个变量声明为 `void` 类型。但是函数的返回值允许为 `void` 类型，表示该函数无返回值。

## 类型转换

在一些时候（比如某个函数接受 `int` 类型的参数，但传入了 `double` 类型的变量），我们需要将某种类型，转换成另外一种类型。

C++ 中类型的转换机制较为复杂，这里主要介绍对于基础数据类型的两种转换：数值提升和数值转换。

### 数值提升

数值提升过程中，值本身保持不变。

-	`char` 类型和 `short` 类型在进行算术运算时会自动提升为 `int` 类型。类似地， `unsigned short` 类型在进行算术运算时会自动提升为 `unsigned int` 类型。
- 如果有必要（例如向一个接受 `long long` 类型参数的函数中传入 `int` 类型的变量），可以将位宽较小的整型变量提升为位宽较大的整型变量（注意符号性需保持不变，若符号性改变，则发生数值转换）。一个常见情况是：位宽较小的变量与位宽较大的变量进行算术运算时，会先将位宽较小的变量提升为位宽较大的变量。
- 位宽较小的浮点数可以提升为位宽较大的浮点数（例如 `float` 类型的变量和 `double` 类型的变量进行算术运算时，会将 `float` 类型变量提升为 `double` 类型变量），其值不变。
-	`bool` 类型可以提升为整型， `false` 变为 $0$ ，而 `true` 对应为 $1$ 。

### 数值转换

数值转换过程中，值可能会发生改变。

- 如果目标类型为位宽为 $x$ 的无符号整数类型，则转换结果可以认为是原值 $\bmod 2^x$ 后的结果。例如，将 `short` 类型的值 $-1$ （二进制表示为 $1111\ 1111\ 1111\ 1111$ ）转换为 `unsigned int` 类型，其值为 $65535$ （二进制表示为 $0000\ 0000\ 0000\ 0000\ 1111\ 1111\ 1111\ 1111$ ）。
- ‬如果目标类型为位宽为 $x$ 的带符号整数类型，则 **一般情况下** ，转换结果可以认为是原值 $\bmod 2^x$ 后的结果。[^note1]例如将 `unsinged int` 类型的值 $4\ 294\ 967\ 295$ （二进制表示为 $1111\ 1111\ 1111\ 1111\ 1111\ 1111\ 1111\ 1111$ ）转换为 `short` 类型，其值为 $-1$ （二进制表示为 $1111\ 1111\ 1111\ 1111$ ）。
- 位宽较大的浮点数转换为位宽较小的浮点数，会将该数舍入到目标类型下最接近的值。
- 浮点数转换为整数时，会舍弃浮点数的全部小数部分。
- 整数转换为浮点数时，会舍入到目标类型下最接近的值。
- 将其他类型转换为 `bool` 类型时，零值转换为 `false` ，非零值转换为 `true` 。

## 定义变量

简单地说[^note2]，定义一个变量，需要包含类型说明符（指明变量的类型），以及要定义的变量名。

例如，下面这几条语句都是变量定义语句。

```c++
int oi;
double wiki;
char org = 'c';
```

在目前我们所接触到的程序段中，定义在花括号包裹的地方的变量是局部变量，而定义在没有花括号包裹的地方的变量是全局变量。实际有例外，但是现在不必了解。

定义时没有初始化值的全局变量会被初始化为 0。而局部变量没有这种特性，需要手动赋初始值，否则可能引起难以发现的 bug。

## 变量作用域

作用域是变量可以发挥作用的代码块。

全局变量的作用域，自其定义之处开始[^note3]，至文件结束位置为止。

局部变量的作用域，自其定义之处开始，至代码块结束位置为止。

由一对大括号括起来的若干语句构成一个代码块。

```c++
int g = 20;	// 定义全局变量
int main() {
	int g = 10;				 // 定义局部变量
	printf("%d\n", g);	// 输出 g
	return 0;
}
```

如果一个代码块的内嵌块中定义了相同变量名的变量，则内层块中将无法访问外层块中相同变量名的变量。

例如上面的代码中，输出的 $g$ 的值将是 10。因此为了防止出现意料之外的错误，请尽量避免局部变量与全局变量重名的情况。

## 常量

常量是固定值，在程序执行期间不会改变。

常量的值在定义后不能被修改。定义时加一个 `const` 关键字即可。

```c++
const int a = 2;
a = 3;
```

如果修改了常量的值，在编译环节就会报错： `error: assignment of read-only variable‘a’` 。

## 参考资料与注释

[^note1]: 自 C++20 起生效。C++20 前结果是实现定义的。详见 [整型转换 - cppreference](https://zh.cppreference.com/w/cpp/language/implicit_conversion#.E6.95.B4.E5.9E.8B.E8.BD.AC.E6.8D.A2) 。

[^note2]: 定义一个变量时，除了类型说明符之外，还可以包含其他说明符。详见 [声明 - cppreference](https://zh.cppreference.com/w/cpp/language/declarations) 。

[^note3]: 更准确的说法是 [声明点](https://zh.cppreference.com/w/cpp/language/scope#.E5.A3.B0.E6.98.8E.E7.82.B9) 。

WIKIOI

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