1.3 — 对象和变量简介

数据和值

在课程 1.1 -- 语句和程序结构 中，您了解到程序中的大多数指令都是语句，并且函数是按顺序执行的语句组。函数内的语句执行操作，这些操作（希望）会生成程序设计要产生的结果。

但是程序究竟是如何产生结果的呢？它们通过操纵（读取、更改和写入）数据来做到这一点。在计算中，数据是计算机可以移动、处理或存储的任何信息。

程序可以通过多种方式获取要处理的数据：从文件或数据库，通过网络，用户在键盘上提供输入，或者程序员将数据直接放入程序本身的源代码中。在前面提到的课程中的“Hello world”程序中，文本“Hello world!”被直接插入到程序的源代码中，为程序提供了数据。然后程序通过将其发送到显示器进行显示来操纵此数据。

在编程中，单个数据称为值（有时称为数据值）。值的常见示例包括：

• 数字（例如 5 或 -6.7）。
• 字符，用单引号括起来（例如 'H' 或 '$'）。只能使用单个符号。
• 文本，必须用双引号括起来（例如 "Hello" 或 "H"）。文本可以包含 0 个或多个字符。

直接放入源代码中的值称为字面量。我们将在课程 5.2 -- 字面量 中详细介绍字面量。

对值最常见的操作之一是将其打印到屏幕上。例如：

#include <iostream> // for std::cout

int main()
{
    std::cout << 5;       // print the literal number `5`
    std::cout << -6.7;    // print the literal number `-6.7`
    std::cout << 'H';     // print the literal character `H`
    std::cout << "Hello"; // print the literal text `Hello`

    return 0;
}

如果字符值或文本值没有正确引用，编译器会尝试将该值解释为 C++ 代码。这几乎总是会导致编译错误。

字面量是为程序提供值最简单的方法，但它们有一些缺点。字面量是只读值，因此它们的值无法修改。因此，如果我们要将数据存储在内存中，我们需要其他方法来做到这一点。

随机存取存储器

计算机中的主存储器称为随机存取存储器（通常简称为 RAM）。当我们运行程序时，操作系统将程序加载到 RAM 中。任何硬编码到程序本身的数据（例如“Hello, world!”之类的文本）都在此时加载。

操作系统还会为程序在运行时预留一些额外的 RAM。此内存的常见用途是存储用户输入的值、存储从文件或网络读取的数据，或存储程序运行时计算的值（例如两个值的和），以便以后可以再次使用。

您可以将 RAM 想象成一系列带编号的盒子，程序运行时可以用来存储数据。

在一些较旧的编程语言（如 Applesoft BASIC）中，您可以直接访问这些盒子（例如，您可以编写一个语句来“获取存储在内存盒编号 7532 中的值”）。

对象和变量

在 C++ 中，不鼓励直接内存访问。相反，我们通过对象间接访问内存。一个对象表示一块存储区域（通常是 RAM 或 CPU 寄存器），可以容纳一个值。对象还具有关联的属性（我们将在未来的课程中介绍）。

编译器和操作系统如何将内存分配给对象超出了本课程的范围。但这里的关键点是，我们不再说“去获取存储在邮箱号 7532 中的值”，而是可以说“去获取此对象存储的值”，让编译器自己找出在哪里以及如何检索值。这意味着我们可以专注于使用对象来存储和检索值，而不必担心这些对象实际上被放置在内存中的什么位置。

尽管 C++ 中的对象可以是未命名（匿名）的，但我们通常会使用标识符来命名我们的对象。一个有名称的对象称为变量。

变量定义

为了在程序中使用变量，我们需要告诉编译器我们想要一个。最常见的方法是使用一种特殊的声明语句，称为定义（我们稍后将在课程 2.7 -- 前向声明和定义 中澄清声明和定义之间的区别）。

这是一个定义名为 x 的变量的示例

int x; // define a variable named x (of type int)

在编译时（程序被编译时），当遇到此语句时，编译器会记录下来，我们想要一个名为 x 的变量，并且该变量的数据类型是 int（稍后会详细介绍数据类型）。从那时起（在未来的课程中我们将讨论一些限制），每当我们在代码中使用标识符 x 时，编译器都会知道我们指的是这个变量。

编译器为我们处理所有关于这个变量的其他细节，包括确定对象需要多少内存，对象将放置在何种存储中（例如在 RAM 或 CPU 寄存器中），它相对于其他对象的位置，何时创建和销毁等等……

通过定义语句创建的变量，据说在定义语句所在的位置是已定义的。目前，您的变量应该定义在函数内部（例如在 main() 中）。

这是一个包含变量定义语句的完整程序

int main()
{
    int x; // definition of variable x

    return 0;
}

变量创建

在运行时（当程序被加载到内存中并运行），每个对象都被赋予一个实际的存储位置（例如 RAM 或 CPU 寄存器），它可以用来存储值。为对象使用而保留存储的过程称为分配。一旦分配完成，对象就被创建并可以使用了。

举例来说，假设变量 x 在内存位置 140 实例化。每当程序使用变量 x 时，它将访问内存位置 140 中的值。

当上述程序运行时，执行从 main() 的顶部开始。为 x 分配内存。然后程序结束。

数据类型

到目前为止，我们已经介绍了对象是存储区域，可以存储数据值（数据究竟如何存储是未来课程的主题）。数据类型（更常见地简称为类型）决定了对象将存储何种类型的值（例如数字、字母、文本等）。

在上面的例子中，我们的变量 x 被赋予了 int 类型，这意味着变量 x 将存储一个整数值。整数是可以在不带小数部分的情况下写入的数字，例如 4、27、0、-2 或 -12。简而言之，我们可以说 x 是一个 整数变量。

在 C++ 中，对象的类型必须在编译时已知，并且该类型不能在不重新编译程序的情况下更改。这意味着整数变量只能保存整数值。如果您想存储其他类型的值，您将需要使用不同的类型。

整数只是 C++ 支持的众多内置类型之一。为了说明目的，这里是另一个使用 double 数据类型定义变量的示例

double width; // define a variable named width, of type double

C++ 还允许您创建自己的自定义类型。这是我们将在未来的课程中大量做的事情，这也是 C++ 强大的原因之一。

对于这些介绍性章节，我们将坚持使用整数变量，因为它们概念上很简单，但我们很快就会探索 C++ 提供的许多其他类型（包括 double）。

定义多个变量

可以通过用逗号分隔名称，在一个语句中定义多个相同类型的变量。以下代码片段

int a;
int b;

与此代码片段本质上相同

int a, b;

以这种方式定义多个变量时，新程序员往往会犯三个常见错误（都不严重，因为编译器会捕捉到这些错误并要求您修复它们）

第一个错误是在连续定义变量时给每个变量指定类型。

int a, int b; // wrong (compiler error)

int a, b; // correct

第二个错误是尝试在同一语句中定义不同类型的变量，这是不允许的。不同类型的变量必须在单独的语句中定义。

int a, double b; // wrong (compiler error)

int a; double b; // correct (but not recommended)

// correct and recommended (easier to read)
int a;
double b;

我们将在下一课讨论第三个问题，届时我们将介绍变量的初始化。

总结

在 C++ 中，我们使用对象来访问内存。一个命名的对象称为变量。每个变量都有一个标识符、一个类型和一个值（以及一些不相关的其他属性）。变量的类型用于确定内存中的值应该如何解释。

变量实际上是在运行时创建的，当为其使用分配内存时。

在下一课中，我们将探讨如何为变量赋值以及如何实际使用它们。

小测验时间

问题 #1

什么是数据？

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问题 #2

什么是值？

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问题 #3

什么是对象？

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问题 #4

什么是变量？

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问题 #5

什么是标识符？

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问题 #6

数据类型是用来做什么的？

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问题 #7

什么是整数？

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