第2章 变量和基本类型 第1节 基本内置类型

大多数编程语言通过两种方式来进一步补充其基本特征：一是赋予程序员自定义数据类型的权利，从而实现对语言的扩展；二是将一些有用的功能封装成库函数提供给程序员。

与大多数编程语言一样，C++的对象类型决定了能对该对象进行的操作，一条表达式是否合法依赖于其中参与运算的对象的类型。一些语言，如Smalltalk和Python等，在程序运行时检查数据类型；与之相反，C++是一种静态数据类型语言，它的类型检查发生在编译时。因此，编译器必须知道程序中每一个变量对应的数据类型。

1.基本内置类型

C++定义了一套包括算术类型（arithmetic type）和空类型（void）在内的基本数据类型。其中算术类型包含了字符、整数型、布尔值和浮点数。空类型不对应具体的值，仅用于一些特殊的场合，例如最常见的是，当函数不返回任何值时使用空类型范围返回值。

2.算术类型

算术类型分两类：整型（integer type，包括字符和布尔类型在内）和浮点型。

C++算术类型

类型	含义	最小尺寸
bool	布尔类型	未定义
char	字符	8位
wchar_t	宽字符	16位
char16_t	Unicode字符	16位
char32_t	Unicode字符	32位
short	短整型	16位
int	整型	16位
long	长整型	32位
long long	长整型	64位
float	单精度浮点数	6位有效数字
double	双精度浮点数	10位有效数字
long double	扩展精度浮点数	10位有效数字

32位和64位C语言内置数据类型，如下表所示：

type	LP32	ILP32	LP64	LLP64	ILP64
char	8	8	8	8	8
short	16	16	16	16	16
int	16	32	32	32	64
long	32	32	64	32	64
long long	64	64	64	64	64
pointer	32	32	64	64	64
float	32	32	32	32	32
double	64	64	64	64	64

上表中第一行的大写字母和数字含义如下：

I表示：int类型

L表示：long类型

P表示：pointer指针类型

32表示：32位系统

64表示：64位系统

从实现角度来说，64位Linux采用的是LP64模型，这意味着Long, Pointer都是8字节。32位Linux采用的是ILP32模型，也就是Int Long Pointer均为4字节。Windows下32位是ILP32，64位是LLP64。

#include <iostream>
int main()
{
    std::cout << "sizeof(bool) = " << sizeof(bool) << std::endl;
    std::cout << "sizeof(char) = " << sizeof(char) << std::endl;
    std::cout << "sizeof(short) = " << sizeof(short) << std::endl;
    std::cout << "sizeof(int) = " << sizeof(int) << std::endl;
    std::cout << "sizeof(long) = " << sizeof(long) << std::endl;
    std::cout << "sizeof(long long) = " << sizeof(long long) << std::endl;
    std::cout << "sizeof(float) = " << sizeof(float) << std::endl;
    std::cout << "sizeof(double) = " << sizeof(double) << std::endl;
    std::cout << "sizeof(long double) = " << sizeof(long double) << std::endl;
    return 0;
}

布尔类型（bool）的取值是真（true）和假（false）。

C++提供了几种字符类型，其中大多数支持国际化。基本的字符类型是char，一个char的空间应确保可以存放机器基本字符集中任意字符对应的数字值。也就是说，一个char的大小和机器字节一样。

其他字符类型用于扩展字符集，如wchar_t、char16_t、char32_t。wchar_t类型用于确保可以存放机器最大扩展字符集中的任意一个字符，类型char16_t和char32_t则为Unicode字符集服务（Unicode是用于表示所有自然语言中字符的标准）。

除了字符和布尔类型之外，其他整型用于表示（可能）不同尺寸的整数。C++语言规定一个int至少和一个short一样大，一个long至少和一个int一样大，一个long long至少和一个long一样大。其中，数据类型long long是在C++11中新定义的。

浮点型可表示单精度、双精度和扩展精度值。C++标准指定了一个浮点数有效位数的最小值，然后大多数编译器都实现了更高的精度。通常，一个float以1个字（32比特）来表示，double以2个字（64比特）来表示，long double以3或4个字（96或128比特）来表示。一般来说，类型float和double分别有7和16个有效位；类型long double则常常被用于有特殊浮点需要的硬件，它的具体实现不同，精度也各不相同。

注意：计算机以比特序列存储数据，每个比特非0即1。大多数计算机以2的整数次幂个比特位作为块来处理内存，可寻址的最小内存块称为“字节（byte）”，存储的基本单元称为“字（word）”，它通常由几个字节组成。在C++语言中，一个字节要至少能容纳机器基本字符集中的字符。大多数机器的字节由8比特构成，字则由32或64比特构成，也就是4或8字节。

浮点数的二进制表示遵循IEEE754二进位浮点算术标准。指数

float

1bit（符号位）

8bits（指数位）

23bits（尾数位）

double

1bit（符号位）

11bits（指数位）

52bits（尾数位）

1.float和double的范围是由指数的位数来决定的。

float的指数位有8位，而double的指数位有11位，

于是，float的指数范围为-127~128，而double的指数范围为-1023~1024，并且指数位是按补码的形式来划分的。其中负指数决定了浮点数所能表达的绝对值最小的数；而正指数决定了浮点数所能表达的绝对值最大的数，也即决定了浮点数的取值范围。 

float的范围为-2^128 ~ +2^128，也即-3.40E+38 ~ +3.40E+38；double的范围为-2^1024 ~ +2^1024，也即-1.79E+308 ~ +1.79E+308。

2.float和double的精度是由尾数的位数来决定的。浮点数在内存中是按科学计数法来存储的，其整数部分始终是一个隐含着的“1”，由于它是不变的，故不能对精度造成影响。 

float：2^23 = 8388608，一共7位，这意味着最多能有7位有效数字，但绝对能保证的为6位，也即float的精度为6~7位有效数字； 

double：2^52 = 4503599627370496，一共16位，同理，double的精度为15~16位。

3.带符号和无符号类型

除去布尔型和扩展的字符型之外，其他整型可以划分为带符号的（signed）和无符号的（unsigned）两种。带符号类型可以表示正数、负数和0，无符号类型仅能表示大于等于0的值。

类型int、short、long和long long都是带符号的，通过在这些类型名前添加unsigned就可以得到无符号类型，例如unsigned long。类型unsigned int可以缩写为unsigned。

与其他整型不同，字符型被分为了三种：char、signed char和unsigned char。特别需要注意的是：类型char和类型signed char并不一样。尽管字符型有三种，但是字符的表现形式只有两种：带符号和无符号的。类型char实际上会表现为上述两种形式中的一种，具体是哪种由编译器决定。

无符号类型中所有比特都用来存储值，例如，8比特的unsigned char可以表示0至255区间内的值。

C++标准并没有规定带符号类型应如何表示，但是约定了在表示范围内正值和负值的量应该平衡。因此8比特的signed char理论上应该可以表示-127至127区间内的值，大多数现代计算机将实际的表示范围定为-128至127。