【C++探索之旅】第一部分第四课：内存，变量和引用

内容简介

1、第一部分第四课：内存，变量和引用

2、第一部分第五课预告：简易计算器

内存，变量和引用

上一课《【C++探索之旅】第一部分第三课：第一个C++程序》中，我们已经学习了如何创建，编译，运行我们的第一个C++程序。我们也解释了这个程序每一行的意义。

我们不但在IDE（Integrated Development Environment，集成开发环境。例如Visual Studio，Codeblocks，xCode等）中创建程序，也学习了如何在终端命令行中创建。

不过到目前为止，我们写的程序还非常简单，只能在屏幕上显示消息，还不能和用户进行交互。我们慢慢来弥补这一缺憾。

在此之前，我们首先来学习一个计算机科学的基本概念，就是：变量。

变量使用电脑的内存来存储信息，以便之后再次使用。大家应该用过计算器吧，我们平时不太使用的几个键：M+，M-，MR，MC，其实就是在使用变量和内存的概念（M是Memory的缩写，表示《内存》），这几个键的作用如下：

M+：把目前显示的值放在存储器中 (memory +)

M- ：从存储器内容中减去当前显示值 (memory -)

MR：调用存储器内容 (memory recall)

MC：清除存储器内容 (memory clear)

以上这些按键，可以操作存储在计算器的存储器（内存）里的计算值。

我们将在电脑上学习类似的事情，毕竟我们的电脑兄说到底不过是一台大“计算器”，本质上就是做二进制（0和1）的运算，不然也不会叫“计算机”了对吧。

什么是变量

上面我们举了计算器的例子来更形象地说明，毕竟在信息技术的世界里，基本的原理是相通的。在我们的电脑里，也有一些电子元件，可以储存数值，并且能保存一段时间。当然，背后的科学原理是比较复杂的。

不过大家可以放心，我们没必要搞清楚这背后的一套复杂的原理，我们只需要学会怎么把数值存储到电脑的内存中就好了。至于复杂的部分就交由编译器和操作系统来处理了，是不是突然觉得生活很美好呢？

我们只需要知道变量其实就是电脑借给我们的一小段内存，里面储存了数值。我们可以想象电脑里面有一个大橱柜（比喻内存），如下图所示。这个大橱柜非比寻常，因为它拥有成千上万（甚至数十亿）个小抽屉，这些小抽屉就是内存中我们可以存放数值的地方。

电脑的内存的原理就有点像一个有着很多抽屉的大橱柜。

对于一个计算器来说，我么通常一次只能储存一个数值。但是我们的电脑可比普通的计算器厉害多了。不然也不会那么贵了，对吧？说的就是你，苹果电脑。

聪明如你应该料想到了：在C++程序中，我们可以同时储存很多变量。因此，就需要区分这些变量，以便之后调用时可以分得清谁是谁。因此，在C++程序中，每个变量拥有一个名字。这个名字就有点像上图中的抽屉外面贴的标签，使我们能够找到所要的抽屉。

我们的电脑还可以使我们储存不同的数值，比如我们想储存数字，字母，单词，句子，图片，声音，等等。这就涉及到变量的类型了。

你可以想象变量的类型就好比抽屉的不同样式，在生活中，我们放葡萄酒和书籍的抽屉是不一样的，不是吗？

变量名

对于人来说，名字很重要，名字起得好，有很多益处。名字起得不好，会很搞笑。

变量也有名字，而给C++中的变量起名字有如下规则：

1. 只能包含字母，数字和下划线（_）

2. 第一个字符必须是字母或下划线

3. 不能和C++的关键字重复，比如不能是int，char，if，while等。

例如：

name，studentNum，year2015，_computerPrice 等都是规范的命名。

而：

+animal，@gmail，*1991，等都是通不过的命名。

除此之外，C++对于大小写敏感。也就是说，大写字母和小写字母在C++看来是不同的。有的编程语言不区分大小写。所以，在C++中，givenName，GIVENname，GiVenName是不同的变量名。

另外，希望大家养成良好的命名习惯，使自己的变量做到见名知意，这样程序就可以自注释了。比如，我们提倡这样的变量名：myName，computerPrice。而不推荐类似 name1，variable3，hehe2，之类不知所云的名字。

对于程序的编译器来说，这样并没有什么用，因为它才不管你名字起得是不是见名知意。但是，对于你自己和以后要阅读你的程序人来说，一个好的变量名会发挥很大的作用，不然过了一段时间再看自己的代码，可能都忘了这个变量是用来干嘛的。

小编自己有个变量命名习惯，此习惯不少程序员也遵守：

1. 变量名由小写字母开头

2. 如果变量名由几个单词组成，那么紧挨着写

3. 除了第一个单词，其他单词的第一个字母大写

例如：

bestRestaurantName，secondBugReport，等等。

这样的命名法也称为《小驼峰式命名法（lower camel case）》。

变量类型

之前说了，变量除了有名字，还有类型。就好比“小明”这个名字，不知道是人呢还是一只宠物。

C++的变量类型如下图所示：

有点多是吗？初学时不用一下子都记住，我们慢慢来学习。一开始只要知道几种常用的变量类型就可以了。如下：

一般，我们在IDE中输入以上这些变量类型时，IDE会用颜色来高亮显示。

这些类型可储存的数值有大小范围，也就是上下限。比如有的很大的整数，int类型就不能储存。这些上下限取决于你的电脑，操作系统和编译器。

当我们使用变量时，就需要考虑用哪种变量类型了。例如你要储存一个学校的学生数目，那么int和unsigned int会适合。要储存一个人的身高，那么用double会适合。要储存你自己的名字，那么string会适合。

那么bool这种变量类型是什么意思呢？

bool其实是boolean（布尔类型）的意思，它只能储存两种值：true（真）或false（假）。

我们可以用bool类型的变量来储存例如： 用户名是否正确，是不是程序员，有没有女朋友，之类。

变量声明

变量的英语是variable，是《可变的，变化不定的》，所以说，变量和女人的心有点像，不是吗？开个小玩笑。

因此，变量储存的数值是可以改变的。

好了，铺垫也够多了，该来正式请求电脑出借它的“抽屉”了（前面我们用抽屉比喻一块内存空间）。用术语来说，就是变量声明。

注意：我们暂时用《声明》这个词，其实要澄清一下：

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对 变量而言，声明与定义的关系稍微复杂一些。在声明部分出现的变量有两种情况：一种是需要在内存中建立存储空间的（如int a;）；另一种是不需要建立存储空间的（如extern int a;  以后会讲到extern关键字）。前者称为定义型声明(defining declaration)，或简称为定义(definition)。后者称为引用型声明(referenceing declaration)。

广 义地说，声明包括定义，但并非所有的声明都是定义。对 int a; 而言，它是定义性声明，既可说是声明，又可说是定义。而对 extern int a; 而言，它是声明而不是定义。一般为了叙述方便，把建立存储空间的声明称为定义，而把不需要建立存储空间的声明称为声明。

在这一课中所有用到《声明》的地方，其实用的是《定义型声明》。以后的课会讲解《引用型声明》。

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我们需要向电脑提供变量的类型，名字和它储存的值。这里的值会成为变量的初始值。

为了做到这一点，我们只需按照以下格式：

类型  名字  (值);

以上的格式是C++中初始化一个变量的方式。

我们也可以用另一种从C语言继承过来的格式：

类型  名字  = 值;

这两种格式的效果是一样的。我们推荐使用第一种格式，以后的课程中会讲述为什么选第一种格式更好。

可不要忘了句末的分号（;），这个错误即使是有经验的程序员也会犯。当然这个错误也不难发现，只不过它会让你的编译器不安分而已。

我们就来声明（定义型声明）一个变量，这个变量叫做userAge，用于储存《用户年龄》：

#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
    int userAge(16);
    
    return 0;
}

上面程序的第6行发生了什么呢？

答：电脑得知我们要向它的内存借一个“抽屉”，这个抽屉有以下特性：

1. 可以储存整数

2. 抽屉外面贴了一个标签，名叫 userAge

3. 抽屉里储存的值是16

因此，一旦程序运行完了第6行代码，你就成为电脑内存中那个抽屉的主人了，如下图：

因为之后我们会继续向电脑借很多“抽屉”，所以我们需要把图画得简单些。如下：

我们来解释一下上图的意思：

1. 大大的蓝色矩形代表的是电脑的内存，目前，内存几乎是空的。

2. ***的小正方形代表电脑出借给我们的内存的一块空间。也就是我们之前比喻的一个抽屉。它里面储存的值是16，而它的标签是userAge。

既然我们画了如此好（chou）看（lou）的图，那岂能只声明一个变量。一不做二不休：

#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{    
    int userAge(16);
    int money(432);  //钱数    
    double pi(3.14159);    
    bool isHoliday(true); //是不是假期    
    char letter('a');  
     
    return 0;
}

上面的程序中，我们在userAge这个变量之外，又声明了好几个新的变量。

有两点需要注意：

1. bool类型的变量只能储存true或false中的一个值，不是true（真），就是false（假），除此之外不能储存其他值。

2. char变量的值需要用单引号括起来，不要写成 char letter(c); 而是 char letter('c');
   

插一句题外话：写程序时要勤写注释，哪怕看似比较简单的地方，因为以后别人看你的程序，或者你自己回看自己的程序，假如没有注释，那可能会增加不少难度。

对于上面这个程序，我们也可以画一个图，只要在之前的图上增加新的变量即可。

可以看到，我们多声明了几个变量，内存里面开始变得丰富多彩起来了。马上要圣诞了，人多一些总是热闹。

上面的程序，我们如果编译，运行，可以看到它什么也没有输出。那是当然的，因为我们只是声明了一些变量，还没使用它们呢。

我希望你没有太失望，虽然这个程序没有显示什么，但其实在背后电脑是进行了很多操作的。只不过这些操作对用户隐藏起来了，我们也不太感兴趣而已。不过我们还是总结一下上面的变量声明究竟做了什么：

1. 你的程序向操作系统（简称OS，是Operating System的缩写。例如Windows，Mac OS X，Linux等都是常见的操作系统）借一些内存来使用

2. 操作系统查看内存是否有空余的空间，如果有则分配几个“抽屉”（代表内存空间）给你的程序

3. 你的程序逐一将那些值存放进对应的抽屉。例如在贴有userAge标签的抽屉里，存放进16；在贴有money标签的抽屉里存放进432；等等

4. 运行到最后一行（return 0;）时，你的程序把所有抽屉清空，并且还给操作系统

字符串的情况

前面说了，字符串这种变量类型的情况有点特殊。为了使用字符串变量，我们首先需要在程序中多加一行：

#include <string>

表示引入string这个C++的标准库，这样我们才能使用其中的函数等。我们可以写个程序：

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

int main()
{
    string userName("Steve Jobs");
    
    return 0;
}

可以看到，我们声明了一个字符串变量，它的名字是userName，里面存放的值是Steve Jobs（苹果的前CEO）。

可以看到，给string型变量赋值，用的是双引号"，而之前给char型变量赋值时用的是单引号'。其实呢，字符串（string）就是由一串字符（char）组成的。

偷懒的小技巧

在继续下面的内容之前，我们介绍一种“偷懒”的小技巧，很多程序员都会用：

如果你有多个同一类型的变量要声明，那么可以将它们放在同一行里，彼此用逗号隔开。如下：

int a(2), b(4), c(6); //我们声明了三个整型变量a, b, c，分别存放了2, 4, 6三个值

string userNameApple("Steve Jobs"), userNameMicrosoft("Bill Gates");  
//我们声明了两个字符串变量userNameApple和userNameMicrosoft，分别存放Steve 
Jobs（史蒂夫乔布斯）和Bill Gates（比尔盖茨）。

这样我们就不用每次都写一遍变量类型名了，上例中是int和string。

声明但不初始化

上面我们学习了如何声明一个变量（其实是定义型声明），其实声明一个变量时你的程序陆续做了两件事：

1. 首先，程序向操作系统请求拨给一块内存空间，称为“变量分配”。

2. 然后，在这块内存空间上存入初始值，称为“变量初始化”。

但是，有的时候我们在声明变量时还没有想好要赋什么值。所以，我们也可以声明变量，但不初始化。

怎么做呢？很简单，只需要写变量类型和变量名，就可以了。如下:

类型  名字;

是不是很简单呢？我们来看例子程序：

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

int main()
{     
    string qqName;  // QQ用户名
    string qqNumber; // QQ号
    bool isVIP;     // 是不是QQ的VIP会员
    
    return 0;
}

注意：有一个常见的错误是：

在变量名之后加空的括号，例如 string qqNumber();

这是不正确的，不要加括号，只需要类型和名字。

我们也用图解来演示上面的程序：

可以看到，在声明变量后，变量中的值是一个任意值。

但是通常我们最好在声明时给变量赋初值，特别是指针的情况，以后我们会学习。而且有的变量类型还必须在声明时就初始化。

显示变量的值

在上一课中，我们已经学习了如何在屏幕上显示文本，希望你没有忘记大明湖畔的夏雨荷。

是的，这位"夏雨荷"就是 cout<<

cout有点类似C语言的printf函数，是C++里面负责标准输出的。不过又有不同，我们可以看到cout后面不是加括号，而是连接了<<这个特殊的符号。

暂时我们不深入，因为cout其实不是一个函数，cout是一个ostream类的对象（关于类和对象，之后的课程会讲解），它有一个成员运算符函数 operator<<（涉及到C++的运算符重载的技术，以后会讲）。（这一句指令暂时不需要理解，只要知道cout<<可以用来向屏幕输出内容即可）。

那么机智如你，应该猜到怎么显示变量的值了吧。

是的，就是把文本替换成变量名就行了。如下：

cout << userAge;

这么简单，你敢信？

是的，就是这么简单。

#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
    int userAge(16);
    cout << "你的年龄是 : ";
    cout << userAge;
    
    return 0;
}

运行以上程序，显示：

你的年龄是 : 16

当然了，我们也可以同时显示好几个变量的值，并且把一句话的内容都写在一行上。如下：

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

int main()
{
    int userIQ(150);
    string userName("Albert Einstein");  // 阿尔伯特.爱因斯坦
    
    cout << "你名叫 " << userName<< ", 你的智商是 " << userIQ<< endl;
    
    return 0;
}

运行以上程序，显示：

你名叫 Albert Einstein, 你的智商是 150

引用

在结束这一课之前，我们还有一个很重要的知识点需要介绍。

这个知识点就是：引用

《引用》的英语是reference。

我们之前说过，变量可以被看成内存里的一个“抽屉”。这个抽屉外面可以贴标签，就是变量名。

实际生活中，我们可以在同一个抽屉外面贴上不止一个标签。那么，在C++中，我们也可以给同一个内存的“抽屉”上贴好多个标签。

因此，我们就多了一种访问变量的方式。就好像我们给变量取一个别名。但是别名听起来没有那么高大上，所以C++中称之为“引用”。听着是不是挺玄乎的，其实就是别名。

我们可以用下图来演示：

可以看到，在内存中的这个变量上，有两个标签。一个是userAge，声明此变量时起的变量名；另一个是myVariable，是它的别名，也就是引用。

比如，黄晓明，也可以叫小明，两个名字指代的都是那个人，都爱着Angelababy。

那么引用怎么声明呢？要用到一个特殊的符号：&

int userAge(16);  // 声明一个变量，名字是userAge

int& myVariable(userAge); // 声明一个引用变量，名叫myVariable，它是userAge变量的别名。

可以看到，userAge放在了myVariable后面的括号里，还记得变量如何初始化吗？就是在括号里填入初始值。因此，这里相当于把userAge“赋值”给了myVariable

说到底，userAge和myVariable指向的是同一个“抽屉”，同一个变量。它们的值都是16。

用术语说就是：myVariable引用了userAge。

引用变量的类型必须和它要引用的变量一样。而且，引用变量声明时必须赋初值。

我们来看一个例子程序：

#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{    

    int userAge(16); // 一个变量，名字是userAge，包含一个整型数值16        
    int& myReference(userAge); // 变量userAge的一个引用    

    // 从现在开始，我们可以不加区分地使用userAge或myReference    
    // 因为它们实际上是一个内存中“抽屉”的两个标签，指向的是相同内容    

    cout << "你已经 " << userAge << "  岁了. (通过 变量名)" << endl;    
    // 惯常的方式    
    
    cout << "你已经 " << myReference << " 岁了. (通过 引用)" << endl;    
    // 用引用的方式来访问变量值        

    return 0;
}

运行以上程序，显示：

你已经 16 岁了. (通过 变量名)

你已经 16 岁了. (通过 引用)

那么，引用到底有什么用呢？

好问题。在上面的例子中，仿佛看不出引用有多大用处。

也许暂时你觉得引用比较抽象，也貌似没什么用。但是要知道，引用是C++中很重要的一块知识点，而且以后我们会“大宝啊，天天见”，会经常使用到“引用”的。而且还会区分什么时候用引用，什么时候用指针。

因此，先对引用的概念有个了解，对我们之后处理更复杂的用例是大有裨益的。

总结

1. 变量是存储在内存里的一段信息

2. 根据存储的信息的不同，变量有不同类型：int，char，bool，double，等

3. 变量在使用前需要先声明，例如：int number(28); // 此处是定义型声明
   

4. 可以用cout来显示变量的值

5. 引用其实是变量的别名，有点像标签，使我们可以用另一个名字来调用变量，例如：int& numberReference(number);
   

第一部分第五课预告

今天的课就到这里，一起加油吧！

下一课我们学习：简易计算器