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整型

整型即整数,与小数对应。

许多语言只能表示一种整型(如 Python),而在 C++当中根据整数的范围提供了好几种不同的整型。

C++的基本整型有 char、short、int、long,在 C++ 11 标准中,新增了 long long。在部分编译器当中不支持 long long,而支持__int64。稍后会有单独的文章对此进行解释和补充说明。

其中 char 类型有一些特殊属性,通常被用来当做字符而非整数。另外,每一种类型都有有符号版本和无符号版本两种,所以总共一共有 10 种类型。

short、int、long 和 long long

这四种类型都是整型,唯一的不同是范围的区别。受到底层硬件的影响,C++当中这四种类型的范围并不是固定的。由于要兼容各种不同类型的系统与硬件,所以没有办法对类型进行统一。

为了避免引起不便,C++提供了一种灵活的标准,它确保了每一种类型的最小范围。

  • short 至少 16 位
  • int 至少与 short 一样长
  • long 至少 32 位,且至少与 int 一样长
  • long long 至少 64 位,且至少与 long 一样长

位与字节

计算机内存的基本单元是位,英文是 bit,音译成比特。一位 bit 只有 0 和 1 两个值,可以将其看成是开关。8 位 bit 一共有 256 中不同的组合,即$2^8=256$。因此 8 位 bit 可以表示 0-255 或者-128-127。

每增加一个二进制位,可以表示的范围翻倍。因此 16 位可以表示 65536 个值,而 32 位可以表示 4294672296 个值,64 位更大,大约能表示$1.8 * 10^{19}$。这个范围足够表示银河系中所有的星星。

8 位二进制位是一个字节(byte),字节是计算机存储的最小计量单位。1024 个字节称为 1KB,而 1024 个 KB 又被称为 1MB,1024MB 为 1GB。

一般在操作系统当中,都有最小长度,这通常是由 CPU 的位数所决定的。在常用的操作系统当中如 Linux、Windows、MacOS,int 和 long 为 32 位,short 为 16 位,而 long long 为 64 位。

除了根据通常情况来推测之外,C++当中也提供了一些现成的工具来查看。比如 sizeof 函数,sizeof 函数可以查看变量占据的字节数。这个函数既可以接受变量类型也可以接受变量本身,如果传入的是变量类型,那么计算的结果就是该类型的变量占据的内存大小,同理如果是变量本身,则表示变量本身占据的内存。

需要注意的是,当我们查看对象是变量类型时,需要使用括号,如果是变量本身,则括号是可选的。

cout << sizeof(int) << endl;
int a = 3;
cout << sizeof a << endl;

上述两个 cout 的输出结果都是 4。

除了 sizeof 函数之外,C++还提供了大量的常量。比如INT_MAXLONG_MAX等,顾名思义这些常量的值就是各个类型的最大值。C++ primer 当中说这些常量存储在头文件 climits 当中,但 iostream 等包都会间接引入它,所以编码的时候无须特地引入。

有最大值,也一样有最小值,如INT_MINLONG_MIN等。我个人感觉这块使用频率不高,就不过多赘述了,有需要去翻阅一下 primer 即可。

初始化

我们之前在介绍变量的时候只是介绍了声明变量的方式,类似于:

int a, b;

但其实我们可以把变量的声明语句与赋值语句结合在一起,在声明的同时进行初始化。例如:

int a = 3;
char c = 'c';

当然这个只是最基础的初始化方式,尤其是后续涉及到面向对象时还有更多的使用细节。

无符号类型

前文当中在介绍位和字节的时候曾经提到过,比如 8 位二进制位既可以表示 0-255 也可以表示-128-127。这其实就是有符号和无符号的区别。

如果我们确定我们要存储的整数为非负数,并且想要拥有更大的范围,就可以使用无符号修饰符 unsigned 来修饰这几种类型。比如:

unsigned short ushort;
unsigned int uint;
unsigned long ulong;
unsigned long long ull;

其中unsigned int可以简写成unsigned,其他的用法和有符号的整数是一样的。