【C++】类型系统：内置类型与自定义类型的对比

LOTSO

发布于 2025-10-29 14:40:41

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前言：类型系统是编程语言的基础，它定义了数据的表示方式、取值范围和可执行的操作。C 语言和 C++ 作为一脉相承又各有特色的语言，在类型系统设计上既有延续性，又存在显著差异。本篇博客将深入探讨两种语言的内置类型和自定义类型，分析它们的特点与应用场景。

一.内置类型

内置类型（Primitive Types）是编程语言本身提供的基本数据类型，它们直接映射到计算机硬件能够高效处理的数据形式。

C 语言的内置类型

C 语言的内置类型简洁而贴近硬件，主要包括：

整数类型：
- char：字符类型，通常 1 字节，可表示 ASCII 字符或小整数
- short/short int：短整数，通常 2 字节
- int：整数，通常 4 字节，为系统最高效处理的整数类型
- long/long int：长整数，通常 4 或 8 字节
- long long：双长整数，通常 8 字节
- 以上类型均可加signed（有符号）或unsigned（无符号）修饰
浮点类型：
- float：单精度浮点数，通常 4 字节
- double：双精度浮点数，通常 8 字节
- long double：扩展精度浮点数，长度因平台而异
特殊类型：
- void：表示 "无类型"，用于函数返回值或通用指针

示例：

#include <stdio.h>

int main() {
    char c = 'A';           // 字符类型
    unsigned int age = 30;  // 无符号整数
    float pi = 3.14f;       // 单精度浮点数
    double e = 2.71828;     // 双精度浮点数
    void* ptr = NULL;       // 通用指针
    
    printf("char大小: %zu字节\n", sizeof(c));
    printf("int大小: %zu字节\n", sizeof(age));
    return 0;
}

C++ 的内置类型

C++ 完全继承了 C 的内置类型，并在此基础上增加了一些扩展：

布尔类型：bool，取值为true或false，这是 C 语言没有的原生类型
宽字符类型：wchar_t（宽字符）、char16_t（UTF-16 字符）、char32_t（UTF-32 字符）
C++11 后的固定大小整数类型：如int32_t、uint64_t等（需包含<cstdint>）

示例：

#include <iostream>
#include <cstdint>

int main() {
    bool flag = true;               // 布尔类型
    int32_t exact_int = 123456;     // 固定32位有符号整数
    uint64_t big_uint = 1234567890ULL; // 固定64位无符号整数
    
    std::cout << "bool大小: " << sizeof(flag) << "字节\n";
    std::cout << "int32_t大小: " << sizeof(exact_int) << "字节\n";
    return 0;
}

C++ 的内置类型在 C 的基础上增强了类型安全性和对现代字符编码的支持，bool类型的引入使逻辑判断更加清晰。

二.自定义类型：开发者构建的数据结构

自定义类型（User-Defined Types）允许开发者根据需求创建新的数据类型，是构建复杂程序的基础。

C 语言的自定义类型

C 语言提供了有限但实用的自定义类型机制：

结构体（struct）：将不同类型的变量组合在一起

// 定义点结构体
struct Point {
    int x;
    int y;
};

// 定义学生结构体
struct Student {
    char name[20];
    int age;
    float score;
    struct Point location; // 结构体嵌套
};

联合体（union）：所有成员共享同一块内存空间

// 可存储不同类型数据的联合体
union Data {
    int i;
    float f;
    char str[20];
}; // 大小为20字节（最大成员的大小）

枚举（enum）：为整数常量定义有意义的名称

// 定义颜色枚举
enum Color {
    RED,    // 0
    GREEN,  // 1
    BLUE    // 2
};

// 定义带初始值的枚举
enum Month {
    JAN = 1,
    FEB,
    MAR,
    // ... 其余月份
    DEC
};

typedef ：为现有类型创建别名

typedef struct {
    int hours;
    int minutes;
    int seconds;
} Time; // 现在可以用Time代替struct定义

typedef unsigned long long ULL; // 为无符号长long创建短别名

C 语言的自定义类型本质上是数据的聚合，缺乏对数据操作的封装。

C++ 的自定义类型

C++ 在 C 的基础上极大地扩展了自定义类型的能力，引入了面向对象的特性：

类（class）：C++ 的核心，将数据和操作数据的函数封装在一起

class Circle {
private:
    // 私有成员（数据隐藏）
    double radius;
    const double PI = 3.14159;
    
public:
    // 构造函数（初始化对象）
    Circle(double r) : radius(r) {}
    
    // 成员函数（操作数据）
    double getArea() const {
        return PI * radius * radius;
    }
    
    void setRadius(double r) {
        if (r > 0) radius = r; // 可以加入数据验证
    }
};

结构体（struct）：在 C++ 中与 class 类似，区别在于默认访问权限为 public

struct Rectangle {
    double width;
    double height;
    
    // C++结构体可以有成员函数
    double area() const {
        return width * height;
    }
};

联合体（union）：C++11 后支持包含非 POD 类型和成员函数

union Variant {
private:
    int i;
    float f;
    
public:
    Variant(int val) : i(val) {}
    Variant(float val) : f(val) {}
    
    int getInt() const { return i; }
    float getFloat() const { return f; }
};

枚举类（enum class）：类型安全的枚举，避免命名冲突

enum class Color {
    RED,
    GREEN,
    BLUE
};

enum class TrafficLight {
    RED,    // 与Color::RED不冲突
    YELLOW,
    GREEN
};

其他自定义类型：

- 模板类型 ：如std::vector、std::string等标准容器 - 类型别名 **：using关键字（比 typedef 更灵活）

using IntPair = std::pair<int, int>;
using StringList = std::vector<std::string>;

C++ 的自定义类型实现了数据与操作的封装，支持访问控制、继承、多态等面向对象特性，极大地增强了代码的模块化和可维护性。

三.类型系统的核心差异对比

特性	C 语言	C++
内置类型	基础整数、浮点、字符类型，无布尔类型	继承 C 的所有类型，增加 bool、宽字符类型和固定大小整数类型
自定义类型基础	struct、union、enum、typedef	继承 C 的所有形式并增强
面向对象支持	无	有（class 为核心）
封装性	仅数据聚合，无访问控制	支持数据和函数封装，有 public/private/protected 控制
类型安全	较弱，隐式转换较多	较强，引入 enum class 等安全类型
扩展性	有限	强大，支持模板、继承、多态等