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博客主页： [小ᶻ☡꙳ᵃⁱᵍᶜ꙳] 本文专栏: C++

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💯前言

• 在 C++ 编程语言 中，深刻理解数据类型的存储长度、取值范围，以及一些关键的语言特性如 typedef，是编写高效且可移植代码的基石。本文旨在通过详细讲解这些核心概念，提供深层次的背景知识、理论分析以及实际应用的示例，使读者能够全面掌握这些概念并在实践中灵活应用。
  C++ 参考手册
  

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💯C++ 中的数据类型的存储长度

每种数据类型都有其特定的存储长度与取值范围，这些特性决定了变量可以表示的数值大小以及所占用的内存空间。

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1.1 数据类型的存储单位

• 比特（bit）：最小的存储单位，一个比特可以存储 0 或 1，是所有信息的基本构成单元。
• 字节（byte）：基本的存储单位，1 字节等于 8 比特。通常，一个字符（char）占用 1 字节，即 8 比特。
  

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字节与其他存储单位的换算关系

在计算机存储结构中，存储容量的单位逐级递增：

• 1 字节（B） = 8 比特（bit）
• 1 千字节（KB） = 1024 字节（B）
• 1 兆字节（MB） = 1024 千字节（KB）
• 1 千兆字节（GB） = 1024 兆字节（MB）
• 1 太字节（TB） = 1024 千兆字节（GB）
• 1 拍字节（PB） = 1024 太字节（TB）

在内存管理中，字节是数据分配的基本单位，而数据类型的长度则决定了其所占用的内存空间。

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1.2 数据类型及其长度

数据类型	字节数	取值范围	描述
char	1	-128 到 127	用于存储单个字符
bool	1	true 或 false	用于存储布尔值
short	2	-32768 到 32767	用于存储较小范围的整数
int	4	-2147483648 到 2147483647	最常用的整数类型
long	4 或 8	-2147483648 到 2147483647 或更大	在 Windows 通常为 4 字节，在 64 位 Linux 通常为 8 字节
long long	8	-9223372036854775808 到 9223372036854775807	用于存储非常大的整数
float	4	约 3.4e-38 到 3.4e+38	用于单精度浮点数
double	8	约 1.7e-308 到 1.7e+308	用于双精度浮点数
long double	16	约 3.4e-4932 到 1.1e+4932	用于扩展精度的浮点数

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1.3 平台对数据类型长度的影响

数据类型的长度和取值范围可能因编译器和系统架构（如 32 位或 64 位系统）而有所差异。为了精确地了解数据类型在特定平台上的长度，我们可以使用 sizeof() 运算符，它返回数据类型或变量在内存中占用的字节数。

#include <iostream>
using namespace std;int main() {cout << "Size of char: " << sizeof(char) << " bytes" << endl;cout << "Size of int: " << sizeof(int) << " bytes" << endl;cout << "Size of long: " << sizeof(long) << " bytes" << endl;cout << "Size of long long: " << sizeof(long long) << " bytes" << endl;cout << "Size of float: " << sizeof(float) << " bytes" << endl;cout << "Size of double: " << sizeof(double) << " bytes" << endl;cout << "Size of long double: " << sizeof(long double) << " bytes" << endl;return 0;
}

在不同平台上运行此代码，long 和 long double 的长度可能会有明显差异，这种差异反映了不同硬件和操作系统对数据存储的处理方式。

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💯数据类型的取值范围

C++ 提供了 <climits> 头文件，用于定义各整数类型的取值范围宏。以下列出了一些常见的宏：

• CHAR_MIN 和 CHAR_MAX：char 类型的最小值和最大值。
• SHRT_MIN 和 SHRT_MAX：short 类型的最小值和最大值。
• INT_MIN 和 INT_MAX：int 类型的最小值和最大值。
• LONG_MIN 和 LONG_MAX：long 类型的最小值和最大值。
• LLONG_MIN 和 LLONG_MAX：long long 类型的最小值和最大值。

对于无符号类型（例如 unsigned int），最小值为 0，而最大值可以通过 UINT_MAX 来获得。

#include <iostream>
#include <climits>
using namespace std;int main() {cout << "char: " << CHAR_MIN << " to " << CHAR_MAX << endl;cout << "unsigned char: 0 to " << UCHAR_MAX << endl;cout << "short: " << SHRT_MIN << " to " << SHRT_MAX << endl;cout << "unsigned short: 0 to " << USHRT_MAX << endl;cout << "int: " << INT_MIN << " to " << INT_MAX << endl;cout << "unsigned int: 0 to " << UINT_MAX << endl;cout << "long: " << LONG_MIN << " to " << LONG_MAX << endl;cout << "unsigned long: 0 to " << ULONG_MAX << endl;cout << "long long: " << LLONG_MIN << " to " << LLONG_MAX << endl;cout << "unsigned long long: 0 to " << ULLONG_MAX << endl;return 0;
}

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2.1 数据类型取值范围表格

类型	取值范围	速记最小值宏	速记最大值宏
char	-128 ~ 127	CHAR_MIN	CHAR_MAX
unsigned char	0 ~ 255	0	UCHAR_MAX
short	-32768 ~ 32767	SHRT_MIN	SHRT_MAX
unsigned short	0 ~ 65535	0	USHRT_MAX
int	-2147483648 ~ 2147483647	INT_MIN	INT_MAX
unsigned int	0 ~ 4294967295	0	UINT_MAX
long	-2147483648 ~ 2147483647	LONG_MIN	LONG_MAX
unsigned long	0 ~ 4294967295	0	ULONG_MAX
long long	-9223372036854775808 ~ 9223372036854775807	LLONG_MIN	LLONG_MAX
unsigned long long	0 ~ 18446744073709551615	0	ULLONG_MAX

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2.2 <climits> 和 <cfloat> 的取值范围表格

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<climits> 头文件中定义的常量

类型	最小值宏	最大值宏	无符号最大值宏
char	CHAR_MIN	CHAR_MAX	UCHAR_MAX
signed char	SCHAR_MIN	SCHAR_MAX	无（signed char 没有无符号版本）
unsigned char	无	无	UCHAR_MAX
short	SHRT_MIN	SHRT_MAX	USHRT_MAX
unsigned short	无	无	USHRT_MAX
int	INT_MIN	INT_MAX	UINT_MAX
unsigned int	无	无	UINT_MAX
long	LONG_MIN	LONG_MAX	ULONG_MAX
unsigned long	无	无	ULONG_MAX
long long	LLONG_MIN	LLONG_MAX	ULLONG_MAX
unsigned long long	无	无	ULLONG_MAX

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<cfloat> 头文件中定义的常量

类型	最小值宏	最大值宏	精度范围宏
float	FLT_MIN	FLT_MAX	FLT_DIG（精度）
double	DBL_MIN	DBL_MAX	DBL_DIG（精度）
long double	LDBL_MIN	LDBL_MAX	LDBL_DIG（精度）

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2.3 浮点类型的取值范围

对于浮点类型，C++ 提供了 <cfloat> 头文件，用于定义 float、double 和 long double 的最小值和最大值。

• FLT_MIN 和 FLT_MAX：float 的最小值和最大值。
• DBL_MIN 和 DBL_MAX：double 的最小值和最大值。
• LDBL_MIN 和 LDBL_MAX：long double 的最小值和最大值。
  

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💯typedef 关键字的使用

typedef 是 C++ 中一个非常强大的关键字，用于为已有类型定义新的名称，以提高代码的可读性和简洁性。尤其是在定义复杂类型时，typedef 可以大大简化代码，使其更加易于理解和维护。

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3.1 typedef 的基本语法

typedef 旧类型名 新类型名;

• 旧类型名：要简化的类型。
• 新类型名：定义的新名称，用于替代旧类型名。
  

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3.2 使用 typedef 简化代码

typedef unsigned int uint;  // 定义 uint 为 unsigned int 的别名
typedef long long ll;       // 定义 ll 为 long long 的别名
typedef unsigned long long ull; // 定义 ull 为 unsigned long long 的别名int main() {uint num1 = 10;  // 等价于 unsigned int num1 = 10;ll num2 = 123456789;  // 等价于 long long num2 = 123456789;ull num3 = 987654321; // 等价于 unsigned long long num3 = 987654321;return 0;
}

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3.3 复杂类型的简化

对于复杂类型（如函数指针或结构体），typedef 的作用尤为重要。例如，使用 typedef 来定义函数指针类型，可以大幅度提高代码的可读性。

typedef int (*FuncPointer)(int, int);  // 定义函数指针类型
int add(int a, int b) {return a + b;
}int main() {FuncPointer fp = add;  // 使用 typedef 定义的函数指针int result = fp(10, 20);  // 调用函数cout << "Result: " << result << endl;return 0;
}

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3.4 使用 typedef 定义结构体别名

在 C++ 中，结构体类型通常也可以用 typedef 来简化。

typedef struct {int x;int y;
} Point;  // 定义 Point 为匿名结构体的别名int main() {Point p = {10, 20};  // 使用 typedef 定义的结构体别名cout << "Point: (" << p.x << ", " << p.y << ")" << endl;return 0;
}

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💯typedef 与 using 的对比

C++11 引入了 using 关键字，可以替代 typedef，并且在涉及模板时更为灵活。

using uint = unsigned int;  // 等价于 typedef unsigned int uint;
using ll = long long;
using ull = unsigned long long;

using 语法更为直观，特别是在模板编程中，其可读性和灵活性更强。因此，在现代 C++ 中，using 被广泛推荐使用。

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💯实际应用场景

• 简化常用类型：例如 typedef unsigned int uint;，减少代码的冗余，提升可读性。
• 函数指针的定义：为复杂的函数指针定义别名，简化其声明和使用。
• 跨平台支持：使用 typedef 或 using 根据不同平台定义不同的数据类型，以提高代码的跨平台适配性。
• 数据结构命名：为结构体或类定义清晰的别名，使代码更加易于理解和维护。

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💯小结

• 
  数据类型的长度与取值范围：不同的数据类型在不同平台上有不同的长度和取值范围。通过使用 sizeof()、<climits> 和 <cfloat> 可以确定各类型的具体信息。
• typedef 的使用：typedef 可以简化类型名，使代码更具可读性，尤其在复杂类型如函数指针和结构体中非常有用。
• using 的推荐使用：在现代 C++ 中，using 关键字更加灵活，尤其适用于模板类型的简化。

通过深入理解数据类型、sizeof、typedef 等概念，可以帮助程序员写出更高效、可读性强且易于维护的代码。这些基础知识对于 C++ 的深入学习和实际编程中的应用至关重要。希望本文的内容能够帮助你更好地掌握 C++ 中的数据类型及其相关概念，从而在编程实践中游刃有余。

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