C++ | 一个简单的变量声明和定义背后复杂的语法概念与存储实现

为了有效地完成数据存储任务，需要对存储器做如下处理：

1 划分：以字节（8个位bit，对应8个开关晶体管，0或1）为单位将存储器划分为一系列的存储单元。

2 编址：以线性方式给每个存储单元赋予唯一的存储地址，可以随机访问。

3 数据存储约定：数据以二进制形式放入存储空间，需要约定数据的存储空间大小、存储空间地址、数据编码和解码方式以及字节排序方式。如一个基本类型需要多字节时，用大头地址还是小头地址做为数据的地址？

3.1 数据的编码和解码方式

I 以补码方式存储整数；

II 通过ASCII编码方式存储字符；

III 以real-4或real-8方式存储浮点数（实数或小数）；

3.2 大头还是小头，按理说只要统一约定就好，但是Intel公司的机器多采用小头方式，IBM、Sun等公司采用大头方式。一般情况下，可以不考虑字节排序方式的问题，但是在针对网络应用编写程序时，就必须关注使用哪种字节排序方式，这是因为网络程序通常需要在不同类型的机器之间交换数据。

为什么是8个bit为一个byte做为最小（基本）的存储单元呢？有两个原因使8显得很特殊。首先，8是2的3次方。由于计算机在最底层使用的是二进制位，而每一位只有两个可能的值，所以2的乘方用起来比10的乘方更方便。其次，需要8位(1个字节)才能对一个字符(比如一个英语字母或其他键盘符号)进行编码。

下面的变量声明和定义就暗含了上面全部的内容。

double PriceOfRice;

数据＝数据规格（类型）+数据地址（变量名）

数据规格=存储空间大小+编码和解码方式+可接受的运算处理

（一个变量对应两个值：地址值与数据值）

如果数据值也存储的是一个地址值（或解析为地址），则这样的变量称为指针变量

double* p;

1 在内存中开辟一个8个字节的内存单元，可以通过sizeof(double)得到字节数；

2 该段内存单元的地址用PriceOfRice来表示；

3 此时的值是一个随机值，因为每个字节的每个位都是随机的0或1。如此时用代码cout<

另外，PriceOfRice的取名有诸多要求和考究，例如，不能使用关键字，不能用数字开头，如建议能见名知义，通过名字而不是通过注释去了解其含义。

给变量赋值：

PriceOfRice =3.18;

3.18是字面量，属于代码部分，不可寻址，3.18按real-8的编码方案编码（一串01）后放到PriceOfRice对应的内存空间（每个比特或0或1）。

字面量写法：

浮点型字面量也可以写成.46、1.e20、2.3f、123e12、1.e4L、-.34e-2f；

整形字面量：157、-0655、0xFE、-0x1UL；

字符型字面量：'C'、'ab'、'$'、' '、'\x61'、L'中'、L'a'；

布尔型字面量：true、false；

字符串型字面量："C++ programming"、L"abc"、"\x41\x42\x43"（ABC）；

除了字符串型字面量，其它字面量都不可寻址，字符串型字面量存储在被分配的内存空间的数据段。

另外，两行代码写到一起：double PriceOfRice =3.18;

表示变量声明、定义、初始化同时完成。

关于初始化的内容，请见：《C++｜变量、对象、对象成员初始化的一些细节》。

对于代码：PriceOfRice = PriceOfRice *1.1

表示右边的PriceOfRice表示取数据值，乘以1.1，按double的编码方案编码后放到左边的PriceOfRice对应的内存单元。

C++左值和右值的概念：左值表示一种可以定位的存储空间，右值表示从存储空间中临时读取的数据值。左值可以做右值，右值不能用做左值。

而乘法运算符*则表示了double这种类型可接受的运算处理，如double就能不使用取余运算符%，而指针类型一般不会使用*来做运算（指针一般用其做解运算）。

下面是一个关于整数编码的小实例：

#include

using namespace std;

int main()

{

unsigned long unl = -0x1UL;

unsigned long ul = 0x1UL;

long l = -0x1L;

cout<

cout<

cout<

cout<

cout<

cout<

cout<

//正数的原码、反码、补码都相同

//负数补码：原码的符号位（最高位）不变，其余位取反，然后再加1

//原码：10000000 00000000 00000000 00000001（最高位是符号位）

//反码：11111111 11111111 11111111 11111110（符号位不变，其余取反）

//补码：11111111 11111111 11111111 11111111（反码加1）

system("pause");

return 0;

}

/*

4294967295

1

-1

ffffffff

1

ffffffff

4

*/

另外，double PriceOfRice;写在不同的位置，或者前面有诸如static、external等不同的限定词，决定了其有不同的作用域和存续期，同时也确定了其存储到被分配给程序的一块内存空间中不同的区域（栈区、全局区静态区等）。

变量规定了名字和数据类型的存储空间，执行程序就是促使变量的存储空间状态发生变化，并达到预期状态的。因此，编程时应该能够随时在大脑中描绘出变量相对应的存储空间状态，称为存储空间映像。

下图是关于数据类型、修饰符、长度、编码方案、用于赋值的字面量的一个综述：

如果是数组变量、结构体变量或对象，其存储空间是如何映像的呢？本质也是通过变量名或对象名来确定其对应的内存空间的首地址，通过成员各自的长度或统一分配的长度来映像。

对于数组，就是首元素的地址，通过整数偏移来确定分量的地址。

结构体、对象的数据成员都是集中存储在一起的，确定了首地址，也就能按其成员类型给予的空间大小顺序找到各成员的地址。不像数组通过整数（下标）来偏移，结构体、对象是从结构体、对象名称开始，通过引用数据成员变量名来进行偏移的。

一个结构体变量或对象的成员数据也是顺序存储在一起的，或者是按各自长度存储，或者编译器基于效率因素增加一些额外字节以使存储边界对齐。

（转自头条 作者小智雅汇）