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学习一门编程语言，首先要掌握它的数据类型。不同的数据类型占用的内存空间不同，合理定义数据类型可以优化程序的运行。本章将介绍C++中常见的数据类型及数据的输入与输出格式。
本章知识架构及重难点如下：
先来看一个简单的C++程序，其作用是在屏幕上输出“Hello World！”。
程序输出结果如图2.1所示。
在这个简单的C++程序中，出现了包含命令、头文件、命名空间、主函数、输出流语句、字符串常量、注释等概念，一起来认识下。
图2.1 程序输出结果
1．包含命令（#include）、头文件
C++程序中，带“#”号的语句称为预编译命令，该命令会在程序编译之前先进行。include的含义是“包含”和“引用”，#include命令则为包含头文件命令，表示本程序将嵌入指定的头文件。
所谓头文件，指的是程序中用于声明函数、变量、宏等的文件，通常以.h为后缀名。使用头文件（包括系统头文件和自定义头文件）可以方便地引用已写好的代码，提高代码的复用性和可维护性，同时降低代码的耦合度，使代码更加模块化。
因此，第一行代码“#include <iostream>”表示包含C++标准输入输出流头文件iostream.h，也就是说，程序编译时会在此处将iostream.h头文件中的内容展开。
2．命名空间（namespace）
一个中大型软件往往由多名程序员共同开发，会使用大量的常量、变量、函数、结构体、枚举、类等，因此不可避免地会出现命名冲突。工程越大，名称互相冲突性的可能性越大。为了解决合作开发时的命名冲突问题，C++引入了“命名空间”的概念。在不同的命名空间里，同名变量放在一起编译不会出现问题。
因此，第二行代码“using namespace std;”表示使用C++标准库定义的std命名空间。
3．主函数main()
第3～6行为main()函数。main()函数又称为主函数，是C++程序执行的入口。程序将从main()函数的第一条指令开始执行；main函数结束，整个程序也执行结束。其中，main为函数名，“()”里可放置参数。
其中，“int main()”是main函数的函数头，表示main()函数将返回一个整型数值；大括号“{ }”中的内容是需要执行的，称为函数体。函数体中，各行代码将按照先后顺序依次执行，写在前面的先执行，写在后面的后执行。
Visual C++中通常使用void main()，但DEV C++中必须使用int main()，否则会报错。
4．输出流语句
第5行代码“cout << "Hello World！\n";”表示通过数据输出流，输出英文“Hello World！”。其中，双引号" "代表该语句是字符串常量，cout表示输出流，<<表示将字符串传送到输出流中。
C语言中，我们使用scanf()、printf()函数进行数据的输入输出操作。C++兼容C语言，因此这两个格式化输入输出函数仍然可以使用。但C++提供了一套全新的、更容易使用的输入输出库，即使用数据输入输出流和cout<<、cin>>进行输入、输出。
5．注释
代码中使用了多处“//”注释，对本行代码进行解释说明。编译器不会对注释部分进行编译。
C++程序中有两种注释方法：单行注释“//”和多行注释“/* */”。
“//”是单行注释，从注释符号“//”开始，到本行代码结束的内容为注释内容，一般用于对本行代码或下面的代码进行解释说明。
“/* */”是多行注释，“/*”放在注释内容前，“*/”放在注释内容后，“/*”和“*/”中间的内容为注释部分。注意，多行注释中不允许嵌套另一个多行注释。
关键字（keywords）又称为保留字，是C++中规定的具有特定意义的字符串，如表2.1所示。用户定义的常量、变量、函数等名称不能与关键字相同，否则会出现错误。
表2.1 C++保留关键字
这些关键字不需要背诵。在C++开发环境中编写代码时，保留关键字会显示为特殊格式，如变成蓝色。后续学习中，我们会逐渐熟悉这些关键字的具体用法，这里不需要死记硬背。
标识符是对C++程序中常量、变量、语句标号以及用户自定义函数等名称进行标识的符号。其命名规则如下：
标识符必须由字母、数字及下画线组成，且不能以数字开头。
C++区分大小写，因此大写和小写英文字母代表的是不同的标识符。
标识符不能是系统关键字。
标识符应体现一定的功能含义，便于理解。通常采用所表述内容的英文、拼音等，力求“见名知义”，同时应受一定规范的约束。
例如，6A、ABC*、int是不合法的标识符。其中，6A以数字开头，ABC*使用了符号“*”，int是系统关键字。mingri和MingRi是不同的标识符，因为C++区分大小写。同理，int和Int含义不同，Int不再是系统关键字，而是合法的标识符。表示长方体的长、宽、高，使用length、width、height标识符远比使用a、b、c表示更易于理解。
C++包括整型、浮点型、字符型、布尔型等基本数据类型，数组、结构体、共用体等构造数据类型，指针类型，以及用户自定义数据类型。C++能够实现复杂的数据结构，还可以定义类，实现面向对象编程。首先来认识下C++中的基本数据类型，如图2.2所示。
图2.2 C++基本数据类型
程序运行过程中，其值不能改变的量称为常量。常量包括整型常量、浮点型常量、字符常量、字符串常量等。
例如，下面通过cout向屏幕输出4行内容。cout是输出流，可向屏幕输出不同类型的数据。2009是整数（即整型常量），2.14是小数（即浮点型常量），'a'是字符常量，"Hello World"是字符串常量。
整型常量就是整型常数（没有小数部分），如123、−456、0等。编写代码时，可将整型常量表示为十进制、八进制和十六进制3种表示形式。
十进制：我们日常见到的整数都是十进制形式的，如365、75等。十进制数使用0～9来表示所有数，递进关系为逢十进一。注意，除了0本身，其他十进制数不能以0开头。
八进制：使用0～7来表示所有的数，递进关系为逢八进一。八进制常量前要加上0作为前缀，如0123、0432等。
十六进制：使用0～9和字母A～F（或a～f）来表示所有的数，递进关系为逢十六进一。十六进制常量前要加上0x或0X作为前缀，如0x123、0x3ba4。
例如，0396不是合法的八进制整数，因为9不是八进制应有的取值；0X3N不是合法的十六进制整数，因为N不是十六进制应有的取值。
整型常量不可以无限大，它的最大值是有限定的。根据CPU寄存器位数以及编译器的不同，最大的整型常量值也会不同。
“合法”主要指能通过编译器编译，“非法”或“不合法”指不能通过编译器编译。
浮点型（又称为实型）常量就是我们常见的小数，只能采用十进制形式表示。其表示方法有两种，即小数表示法和指数表示法。
1．小数表示法
小数表示法由整数部分和小数部分组成，中间用小数点分隔。例如，0.0、2.25、0.00596、5.0、536.、-5.3、-0.002均为合法的实型常量。
另外，整数部分和小数部分可以省略一处，例如，.2表示小数0.2，2.表示小数2.0。
2．指数表示法
指数表示法又称为科学记数法，指数部分以“e”或“E”开始，后跟整数。
例如，1.2e20和-2.4e-2是合法的实型常量，其中1.2e20表示1.2×10 20 ，-2.4e-2表示-2.4×10 -2 。而E5、3E2.5不是合法的实型常量，因为E5中E之前无数字，3E2.5中E后面有小数。
在字母e（或E）之前的小数部分中，小数点左边应有且只有一位非零的数字，称为规范化的指数形式。
使用一对单直撇引号（' '）括起来的字符就是字符常量，如'a'、'A'、'?'、'#'、'b'等。编译代码时，编译器会根据ASCII码表将字符常量转换成整型常量。其中，'a'对应的ASCII码值是97，'A'对应的ASCII码值是65，'?'对应的ASCII码值是63。' '表示空字符（NULL），有的编译器把它编译成0，有的则编译成其他值。
除了这些固定字符，ASCII码表中还有很多无法通过键盘输入的字符。例如，2.1节示例代码中的“\n”符号，输出结果中却不显示该符号，只是进行了换行操作。这种符号称为转义字符。
表2.2 常用的转义字符
下面来看一个转义字符的应用示例，代码如下：
代码运行结果如图2.3所示。
图2.3 示例运行结果
字符串常量是用一对双直撇引号（" "）括起来的字符序列。例如，"hello"、"welcome to China"都是合法的字符串常量。其中，" "表示一个空字符串，此时字符串的长度为0。
字符串常量实际上是一个字符数组，可以将字符串分解成若干个字符，字符的数量是字符串的长度。字符串常量一般用来给字符数组变量赋值或是直接作为实参传递，为告知编译器字符串已经结束，一般在给字符数组赋初值时在字符串的末尾加上字符'\0'，表示字符结束，如果不加字符结束标志，可能会出现意想不到的错误。
字符'A'与字符串"A"含义不同。内存中，字符'A'则只包含一个字符；字符串"A"由'A'和'\0'两个字符组成，字符串的长度是2。
除了整型、浮点型、字符型、字符串型常量外，还存在布尔常量、枚举常量和宏定义常量等。
布尔常量：布尔类型（bool）是表示是否、对错等真假判断的数据类型，常用在逻辑判断中。布尔类型只有true和false两个取值。true表示真，其值为1；false表示假，其值为0。
枚举常量：枚举型数据中定义的数据也都是常量。
宏定义常量：通过#define宏定义的值也是常量。例如：
#define PI 3.1415
其中PI就是常量，代表的是3.1415。编译时遇到PI，就会被自动替换为3.1415。
变量是指在程序运行期间其值可以发生改变的量。每个变量都必须有一个名称作为唯一的标识，且具有一个特定的数据类型。变量使用之前，一定要先进行声明或定义。
C++中，变量声明是指为变量提供一个名称，并告诉编译器这个变量将被使用，但不会为其分配内存空间。变量声明的一般形式如下：
数据类型 变量名;
其中，“数据类型”指变量的类型，如整型、浮点型、字符型等，“变量名”则是用户给变量起的名称，必须符合标识符的命名规则。
多个同一类型的变量可以在一行中声明，变量名之间用逗号隔开。例如：
int x; int a,b,c;
定义变量时，需要为其分配一块内存空间，以存储其值。语法形式如下：
数据类型 变量名=初始值;
例如，下面定义了多个变量：
int x=10; int a=,b=2,c=3;
定义多个赋相同初值的变量时，应写成“int a=3, b=3, c=3;”形式，不能写成“int a=b=c=3;”形式。
整型变量就是用来存储整型数值的变量。
根据占有的内存空间大小，整型变量可分为基本整型（int）、短整型（short）和长整型（long）3类。根据是否有符号，还可分为有符号整型（signed）和无符号整型（unsigned）两类。因此，整型变量共分为6类，如表2.3所示。其中，方括号中的关键字可以省略。
表2.3 整型变量的分类
不同的整型，其在内存中占用的字节空间不相同，因此可表述的变量数值范围也不同。以32位操作系统为例，短整型、整型、长整型变量占用的字节数和可表示的数值范围如表2.4所示。
表2.4 整型变量可表示的数值范围
例如，下面定义了一个整型变量a，为它分配了4个字节的内存空间，并设初始值为10。
int a=10；
变量赋值时，整型常量后可以加上L或l、U或u等后缀，清晰指明其类型，如1314L、520U等。
根据CPU寄存器位数和编译器的不同，最大的整型数值也会不同。32位操作系统中，基本整型（简称为整型）为4字节，长整型为4字节；64位操作系统中，基本整型为4字节，长整型为8字节。
C++程序中，布尔型（bool）被当作整型对待，false表示0，true表示1。因此，将布尔型赋值给整型是合法的，将整型赋值给布尔型也是合法的。例如：
浮点型变量分为单精度（float）、双精度（double）和长双精度（long double）3类，其占用的字节数和可表示的数值范围如表2.5所示。
表2.5 实型变量可表示的数值范围
float和double相比，double类型的变量具有更高的精度，即它可以表示更多的小数位数。float保留到小数点后7位，有效数字为6～7位；double保留到小数点后16位，有效数字为15～16位。实际开发中，一般多使用double类型，尽可能地避免精度损失。
例如，下面代码声明了多个浮点型变量。
float a; double b; long double c;
在程序中使用浮点型数据时，需要注意以下两点。
1．浮点型数据相加
浮点型数据的有效数字是有限制的，如float的有效数字是6位或7位，如果将数字86041238.78赋值给float类型，显示的数字可能是86041240.00，个位数8被四舍五入，小数位被忽略。如果将86041238.78与5相加，输出的结果为86041245.00，而不是86041243.78。
2．浮点型数据与0进行比较
在开发程序的过程中，经常会进行两个浮点型数据的比较，此时尽量不要使用“==”或“!=”运算符，而应使用“>=”或“<=”之类的运算符。
例如，下述代码直接将浮点型变量与0进行比较，不是高质量的代码。如果程序要求的精度非常高，可能会产生未知的结果。
通常的做法是：定义0的精度，然后判断浮点数是否在该精度范围内。例如：
程序运行结果如图2.4所示。
图2.4 程序运行结果
数字里可以有下画线，这些下画线不会影响数字的值，仅提供分隔作用，方便阅读。下画线不能写在数字开头或末尾，二进制和十六进制前缀字母旁，以及小数点旁。
变量的值是动态改变的，每次改变都需要进行赋值。变量赋值的形式如下：
变量名=表达式;
其中，表达式由运算符、操作数、括号等组成。最简单的表达式就是一个数。
我们在2.5.1节中已经学习过，声明变量时可以把数值赋给变量，这个过程叫变量赋初值。除此以外，还可以先声明变量，再为其赋值。例如，下面的代码先声明整型变量i，然后将常量100赋值给i。
例如，下面的代码声明了3个整型变量i、j、k，先为变量i、j赋值，再将i+j的值赋给k。
char关键字用来定义字符型变量，其在内存中占用1个字节。例如：
字符型变量在内存中存储的是字符的ASCII码，即一个无符号整数。其形式与整型变量的存储形式一样，因此字符型数据与整型数据之间可以通用。也就是说：
（1）一个字符型数据，既可以字符形式输出，也可以整数形式输出。
（2）允许对字符数据进行算术运算，即对它们的ASCII码值进行算术运算。
给char型变量赋值时不能使用3个单引号，否则编译器会无法识别开始和结束位置。例如：
char cChar='A''; /*使用3个单引号为字符型赋值*/
上述代码编译时会提示“error c2001：newline in constant”错误。
【实例2.1】 字符型数据进行算术运算。 （实例位置：资源包\TM\sl\2\1）
本实例中，定义两个字符型变量并赋值，一个字符进行减32计算，另一个字符进行加32计算，最后这两个字符分别进行加10计算，并通过格式化输出函数printf()以%d和%c格式输出。代码如下：
程序运行结果如图2.5所示。
编程训练（答案位置：资源包\TM\sl\2\编程训练\）
【训练1】字符B的无中生有 程序中不出现字符“B”，试着输出字符“B”。
【训练2】预测“B+32”的结果 以字符格式%c输出“'A'+32”的结果，观察结果，猜测一下“'B'+32”的结果。
图2.5 字符型数据进行算术运算
在用户与计算机进行交互的过程中，数据输入与输出是必不可少的操作过程。计算机需要通过输入获取用户的操作指令，并通过输出显示操作结果。本节将介绍数据输入与输出的相关内容。
C++中，数据的输入和输出发生在标准输入/输出设备（即键盘和显示器）、外部存储介质（即磁盘文件），以及内存空间之间。因此，对键盘和显示器的输入/输出简称“标准I/O”，对磁盘文件的输入/输出简称“文件I/O”，对内存空间的输入/输出简称“串I/O”。
C++把数据之间的这种传输操作称为“流”，意思是数据传输过程像水一样从一个地方流到另一个地方，实现输入的为输入流，实现输出的为输出流。流既可以表示数据从内存传送到某个载体或设备中，也可以表示数据从某个载体或设备传送到内存缓冲区中。程序用流统一对各种计算机设备和文件进行操作，使程序与设备、文件无关，提高了程序设计的通用性和灵活性。
C++定义了ios基类，以及由其派生的输入流类istream和输出流类ostream。标准I/O操作有4个类对象，分别是cin、cout、cerr和clog。其中，cin代表标准输入设备（即键盘），也称cin流或标准输入流；cout代表标准输出设备（即显示器），也称cout流或标准输出流。当进行键盘输入操作时，使用cin流；当进行显示器输出操作时，使用cout流；当进行错误信息输出操作时，使用cerr流或clog流。
C++数据流通过重载运算符“>>”和“<<”执行输入和输出操作。输出操作使用左移运算符“<<”向流中插入一个字符序列，输入操作使用右移运算符“>>”从流中提取一个字符序列。
1．cout语句
cout语句的一般格式为：
cout<<表达式1<<表达式2<<…<<表达式n;
cout代表显示器，执行cout << x操作就相当于把x的值输出到显示器。
先把x的值输出到显示器屏幕上，在当前屏幕光标位置显示出来，然后cout流恢复到等待输出的状态，以便继续通过插入操作输出下一个值。当使用插入操作向一个流输出某个值后，再输出下一个值时将被放在上一个值的后面，所以为了让流中前后两个值分开，可以在输出一个值后接着输出一个空格，或一个换行符，或其他需要的字符或字符串。
一个cout语句可以分写成若干行。例如，下面的语句：
cout<< "Hello World!" <<endl;
可以简单地写成多行：
也可写成多个cout语句：
2．cin语句
cin语句的一般格式为：
cin>>变量1>>变量2>>…>>变量n;
cin代表键盘，执行cin>>x操作就相当于把键盘输入的数据赋给变量x。
通过键盘输入数据时，只有输入完数据并按下Enter键后，系统才会把该行数据存入键盘缓冲区，供cin流顺序读取给变量。另外，从键盘上输入的每个数据之间必须用空格或Enter键分开，因为cin为一个变量读入数据时是以空格或Enter键作为其结束标志的。
当cin>>x操作中的x为字符指针类型时，则要求从键盘的输入中读取一个字符串，并把它赋值给x指向的存储空间。若x没有事先指向一个允许写入信息的存储空间，则无法完成输入操作。另外，从键盘上输入的字符串，其两边不能带有双引号定界符，若有则只作为双引号字符看待。对于输入的字符也是如此，不能带有单引号定界符。
例如，下面的代码可将用户输入的数打印出来。其中，endl用于向流的末尾部位加入换行符。
【实例2.2】 默写王之涣的《登鹳雀楼》。 （实例位置：资源包\TM\sl\2\2）
使用cout向控制台输出唐朝诗人王之涣的《登鹳雀楼》，具体代码如下：
运行程序，将向控制台屏幕输出诗句，效果如图2.6所示。
图2.6 向控制台屏幕输出诗句
1．流输出（cout）
cout是输出流类ostream的对象，通过其中的成员函数可对数据进行格式化输出，如表2.6和表2.7所示。
表2.6 ostream类的成员函数
表2.7 格式化常量
这些成员函数使用时，前面要加上cout对象名，如cout.setf(ios::left)、cout.width(5)等。另外，可以同时设置多种格式，不同格式间用“|”连接。例如，数据输出时要求左对齐且字母大写，格式应为cout.setf(ios::left|ios::uppercase)。
另外，C++标准库提供的iomanip.h头文件中包含了大量的格式控制符，如表2.8所示，可以直接使用它们进行数据格式化输出，更加简单、快捷。仔细观察，读者会发现这些格式控制符和表2.7中的格式化常量非常相似，但可设置的格式更多。
表2.8 C++格式控制符
【实例2.3】 变幻莫测的整数。 （实例位置：资源包\TM\sl\2\3）
本实例中，定义一个整型变量并赋值，利用不同形式输出整型，具体代码如下：
程序运行结果如图2.7所示。
【实例2.4】 十六进制与十进制转换。 （实例位置：资源包\TM\sl\2\4）
本实例中，定义两个整型变量，一个为十六进制整数，另一个为十进制整数。利用cout输出第一个变量的十进制、十六进制形式，第二个变量的小写十六进制和大写十六进制形式。代码如下：
程序运行结果如图2.8所示。
图2.7 整数输出
图2.8 十进制和十六进制转换
【实例2.5】 控制输出精确度。 （实例位置：资源包\TM\sl\2\5）
本实例中，定义一个整型变量并赋值，定义一个双精度变量并赋值，利用cout输出这两个不同精度的格式，具体代码如下：
程序运行结果如图2.9所示。
【实例2.6】 千变万化的小数。 （实例位置：资源包\TM\sl\2\6）
本实例中，定义两个单精度类型，用cout输出不同长度的小数，具体代码如下：
程序运行结果如图2.10所示。
图2.9 控制输出精确度
图2.10 流输出小数控制
2．printf()函数输出
C++中保留了C语言的输出函数printf()，使用它可将任意数量、类型的数据输出到屏幕中。printf()函数的声明形式如下：
printf("[控制格式]... [控制格式]...",数值列表);
其中，“数值列表”为待输出数值，可以是多个数值，相邻数值间用逗号隔开；“控制格式”表示数值输出的格式，其数量与待输出数值一致，并一一对应。
控制格式的以“%+特定字符”，形式如下：
%[*][域宽][长度]类型
其中，“*”代表可以使用占位符；“域宽”表示输出长度，如果输出内容没有域宽长，用占位符占位；如果比域宽长，按实际内容输出，以适应域宽；“长度”决定输出内容的长度。例如，%d表示以整型格式输出数据，%c表示以字符格式输出数据。
常见的格式输出类型及输出方式如表2.9所示。
表2.9 printf()函数常见格式输出类型
【实例2.7】 整数的格式控制输出。 （实例位置：资源包\TM\sl\2\7）
本实例中，使用printf()函数输出整型数，在格式控制时分别以空格和“0”为占位符。代码如下：
程序运行结果如图2.11所示。
【实例2.8】 字符串的格式控制输出。 （实例位置：资源包\TM\sl\2\8）
本实例中，定义字符型指针（这里不用理会，第7章中会详细介绍）保存字符串"helloworld"，利用printf()函数输出，体会不同格式控制下的输出差异。代码如下：
程序运行结果如图2.12所示。
图2.11 整型数格式输出
图2.12 字符串格式输出
【实例2.9】 浮点数的格式控制输出。 （实例位置：资源包\TM\sl\2\9）
本实例中，定义单精度浮点数和双精度浮点数，利用printf()函数输出，体会不同格式控制下的输出差异。代码如下：
程序运行结果如图2.13所示。
【实例2.10】 科学计数法输出。 （实例位置：资源包\TM\sl\2\10）
本实例中，利用printf()函数和格式控制符%e，用科学计数法输出小数。代码如下：
程序运行结果如图2.14所示。
图2.13 浮点数格式输出
图2.14 科学计数法输出
%x、%X、%#x、%#X的区别：%x表示输出字母小写形式，%X表示输出字母大写形式，#表示输出标准十六进制形式。建议添加“#”，否则当输出的十六进制正好没有字母时，会被误认为是一个十进制数。
编程训练（答案位置：资源包\TM\sl\2\编程训练\）
【训练3】控制台输出汉字 使用cout向控制台输出汉字“明日科技”。
【训练4】地球的年龄有多大 地球的年龄约为45.5亿年，用科学计数法输出地球的年龄。
答案位置：（资源包\TM\sl\2\实践与练习\）
综合练习 1：输出狙击枪形状 利用字符串常量输出狙击枪形状，输出形状如下。（提示：利用搜狗特殊符号。）
综合练习 2：模拟超市结账 某人在超市挑选的商品价格分别为56.75元、72.91元、88.50元、26.37元和68.51元，计算他应支付的总金额。运行结果如下：
实际应付313.04元
综合练习 3：模拟缴纳电费 编写一个程序，先模拟输出电费账单，然后要求用户输入缴费金额（大于574元），输出当前账户的电费余额，输出结果如图2.15所示。
图2.15 实现效果
综合练习 4：数字与字母 输出整型数65对应的字母，再输出整型数97所对应的字母，最后根据二者的差值，推导大字母和小写字母的关系。