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C++ 的基本類型：int、long、unsigned、char

C++ SELF

等級 6, 課堂 2

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1. 引言

當一個人剛開始學程式時，常常會這麼想：「我只是要存放數值，為什麼不能做一個通用的類型 number 就好？」這很正常：大腦在節省能量。但 C++ 是一門喜歡具體化的語言。類型在 C++ 中不是「裝飾」，而是一個約定：需要多少記憶體、哪些值是允許的、輸入/輸出如何運作、以及哪些運算有意義。

想像你把資料放在不同的盒子裡。餅乾用有蓋的盒子，湯用鍋子，空氣…好吧，空氣不能存放，它就像週五晚上的動力一樣會消失。類型就像不同的「容器」，如果你試圖把湯倒進餅乾盒，結果可預期地會很糟。

今天我們會拆解五種常見的基本類型：

int — 普通有號整數，
long long — 較大的整數，
unsigned — 無符號整數，
double — 浮點數類型，
char — 單一字元。

同時我們會引入一個很重要的概念：值域（類型能表示的最小與最大邊界）。

類型的大小

與許多程式語言不同，C++ 的整數類型沒有固定大小。這樣設計是為了讓編譯器能與平台（作業系統+處理器）更好地對應。

同一個 C++ 程式可以編譯到 16、32、64 位元的處理器；在 macOS、Windows、Linux 等不同平臺下執行。而它們的整數類型各不相同（這是歷史的結果）。

最初 C++ 有三個整數類型：

int - 整數類型
short int（也就是 short）- 短整數類型（約為 int 的一半）
long int（也就是 long）- 長整數類型（約為 int 的兩倍）

之後又加入了更長的整數 - long long int，即 long long。

目前它們的「常見」長度通常如下：

類型	Windows x64	macOS x64
`short`	2 位元組	2 位元組
`int`	4 位元組	4 位元組
`long`	4 位元組	8 位元組
`long long`	8 位元組	8 位元組

與其使用 long，通常更建議使用 long long — 它能更確定地比 int 大。

如何根據需求選擇類型

很多人會按「寫起來比較短」或「看到範例這樣寫」來選擇類型。但在真實程式碼中，類型本身就是語意的一部分。如果你在程式中看到 bool isAdmin，你幾乎不需要註解就能理解那裡只有兩種狀態。看到 char grade，你會預期像 'A' 或 'B' 之類的字元。如果把一切都用 int，就會變成「垃圾場」：0 可能代表「否」、「錯誤」、「未找到」、「第一個元素」或「尚未輸入」。

2. 整數類型：int、long long、unsigned

int：基本的整數「磚塊」

int 是最常用的整數類型，通常是學習者的起點。當你計算已解題數、天數編號、迴圈計數器、攝氏溫度（無小數）或遊戲分數時，int 幾乎總是足夠的。

有兩件事要理解。第一：int 儲存的是整數，且可以表示負數。第二：int 不是無限的 — 它有邊界，這對理解「值域」很重要。但目前先以實務角度看：int 是「合理大小整數的預設選擇」。

給我們的 StudyBuddy 的一個小範例：

#include <iostream>

int main() {
    int tasksSolvedToday = 0;
    std::cin >> tasksSolvedToday;

    std::cout << tasksSolvedToday << '\n'; // 例如：7
}

這裡 tasksSolvedToday 表示「數量」，語意上是整數。在這個層次上類型能幫助避免誤把 3.14 這種小數存進去 — 編譯器會阻止（這是件好事）。

long long：當數值真的很大時

幾乎每個專案都會遇到某個時刻，普通的 int 不夠用了。通常不是一下子，而是當你開始累積數值：一年的總秒數、總觀看次數、總資料量、賽季總分、日誌操作次數 — 也就是會遠超「一般輸入數字」的情況。

long long 是用於大型整數的類型。它也能表示負數，但重要的是它能儲存比 int 大得多的值。我們現在不必記住精確邊界（那取決於平臺），但要記住這個理念：long long 用於重要且大的數值。

在 StudyBuddy 中加入「歷史總解題數」（讓使用者輸入至今已解題數，程式計算新總和）：

#include <iostream>

int main() {
    long long totalTasksBefore = 0;
    int tasksToday = 0;

    std::cin >> totalTasksBefore >> tasksToday;
    long long totalAfter = totalTasksBefore + tasksToday;

    std::cout << totalAfter << '\n'; // 例如：1050
}

注意這點：每天的輸入可能很小，但累計後會很大。這是常見模式，與會不會寫公式無關，而是關於正確選擇類型。

unsigned：把「負號」從約定裡移除

在 C++ 中，任何整數類型都可以透過加上關鍵字 unsigned 變成無符號（非負）。unsigned int（常寫作單純的 unsigned）表示：「整數且不允許負值」。也就是說，unsigned 的值域會往較大的正數偏移，因為不需要保留位元來表示負號。

對於「數量」這類問題：題目數、使用者數、嘗試次數，聽起來很理想。但要注意一個實務面的問題：程式中有時會用負數作為特殊標誌（例如「錯誤」或「未找到」）。如果你把類型轉成無符號，這種做法就不適用了。目前的簡單規則是：只有當你確信從語意上絕不會有負值，且不需要用負值當特殊信號時，才使用 unsigned。

在 StudyBuddy 中加入「連續學習天數」 — 這是個很適合用非負值表示的例子：

#include <iostream>

int main() {
    unsigned streakDays = 0;
    std::cin >> streakDays;

    std::cout << streakDays << '\n'; // 例如：12
}

目前足以記住：unsigned 在型別上強調「非負」。但這不是「萬能的保護」，只是更嚴格的約定。

3. 小數與字元類型：double 與 char

double：當數字有小數部分時

如果 int 與 long long 是針對整數，double 則是針對帶有小數部分的數字。當題目出現平均值、百分比、係數、帶小數的溫度或帶分角的金額時，整數類型就不夠了。

double 儲存浮點數。它能表示像 3.14、0.5、-12.75 這樣的值。但為了這個彈性，你需要付出代價：這些數在內部以二進位表示，不會是「完美精確」，可能會有小幅誤差。

在 StudyBuddy 中加入一週的平均每日產能：

#include <iostream>

int main() {
    double averageTasksPerDay = 0.0;
    std::cin >> averageTasksPerDay;

    std::cout << averageTasksPerDay << '\n'; // 例如：5.75
}

注意 0.0 — 這表示我們正在處理浮點數。

為何不能只用 int「巧妙地除法」？因為整數除法會捨棄小數部分。例如， 7 / 2 在整數運算中會得到 3，而不是 3.5。如果你需要包含小數的精確結果，就必須使用 double。

也要明白：double 並非「無限精確」的計算器。舉例來說，數字 0.1 在二進位系統中無法精確表示，所以像 0.1 + 0.2 的結果可能是 0.30000000000000004。這不是編譯器的錯，而是浮點表示法的特性。

給新手的實務規則：

如果你在計算整數數量（件數、天數、元素）— 使用 int 或 long long；
如果你在計算平均值、百分比、係數、小數— 使用 double。

double 表示一個約定：「這裡允許小數值」。和其他類型一樣，它在變數宣告層面就幫助讓程式更易懂。

char：一個字元，以及 'A' 與 "A" 的差別

char 是用來儲存單一字元的類型。它用單引號表示：'A'、'?'、'7'。這與字串 "A"（字串可以包含多個字元，在 C++ 中通常使用 std::string）是本質不同的。

對初學者來說很實用的習慣：看到單引號就想到「一個字元」。看到雙引號就想到「字串/文字」。

在 StudyBuddy 中我們會讓使用者輸入一個單字母的「生產力評等」，例如 A、B、C：

#include <iostream>

int main() {
    char grade = 'C';
    std::cin >> grade;

    std::cout << grade << '\n'; // 例如：A
}

char 非常適合單字元資料：回應代碼 Y/N、評等 A/B/C、退出指令 q、分隔符或單一分類字元。

內部上 char 實際上儲存的是字元代碼，本質上也可以視為一種整數類型，在 C++ 中可以對它做算術運算。

5. 值域（範圍）

現在到本講最重要的哲學性部分 — 但我們會以最實務的方式處理。

電腦在記憶體中儲存資料。記憶體是有限的。因此可以寫入變數的不同值的數量也是有限的。由此得出一個簡單觀念：每個整數類型都有最小值與最大值。這就是所謂的值域。

在日常生活中，這類似於老車的里程表：它不是無限的，當數字用盡時它會「回繞」（有時甚至壞掉）。類型也是類似的想法：超出邊界時程式行為會變得不正確。我們現在不打算深入「會如何不正確」的細節（那是另一個主題），但你今天就應該養成這個習慣：選擇類型時要確保值能正確儲存。

為了方便判斷，下面是現代系統上一張實務參考表。這不是「處處保證」，而是心智上的良好指南：

類型	儲存內容	範例值域
`bool`	`true/false`	false / true (0 或 1)
`char`	單一字元	−128 … 127
`int`	有號整數	−2 147 483 648 … 2 147 483 647
`unsigned`	無符號整數	0 … 4 294 967 295
`long long`	大型有號整數	−9 223 372 036 854 775 808 … 9 223 372 036 854 775 807
`double`	有號浮點數	約 ±1.7 × 10³⁰⁸（約 15 位有效數字）

要帶走的概念是：若你在計算「總和」、「累計數量」、「累積秒數」等，通常是 long long 的候選。如果是「旗標/是非題」，使用 bool。若是「單一字母/命令」，使用 char。

6. 類型大小與 sizeof

我們已談到 C++ 的整數類型沒有固定大小，長度取決於平台與編譯器。那如何查出在當前機器上某個類型的實際大小？

可以使用運算子 sizeof。它會回傳型別或變數佔用的位元組數。

一個最簡單的範例：

#include <iostream>

int main() {
    std::cout << sizeof(int) << '\n';
    std::cout << sizeof(long long) << '\n';
    std::cout << sizeof(double) << '\n';
    std::cout << sizeof(char) << '\n';
}

例如你可能會得到：

這表示：

int 佔 4 位元組
long long 佔 8 位元組
double 佔 8 位元組
char 佔 1 位元組

7. 選擇基本類型時的常見錯誤

錯誤 #1：用 int 來存邏輯狀態並製造「魔法數字」。
初學者常寫 int ok = 1;、int ok = 0;，然後在別處突然寫出 if (ok == 2)。問題不是編譯器看不懂，而是人會失去理解。若狀態只有兩個選項，使用 bool 能直接在類型上表達，並避免你「不小心」引入第三種狀態。

錯誤 #2：把 char 當成「短字串」。
有時會想把 "OK" 或 "Hi" 存到 char，因為「只有兩個字元」。但 char 是正好一個字元。如果你需要兩個字元，應使用字串（std::string）。每次問自己：「我需要一個字元，還是文字？」這是個好習慣。

錯誤 #3：把 unsigned 當成教條，因為「數量不會為負」，結果卻又需要負數。
現實很狡猾：今天你存的是「題目數」，明天你可能想用負數表示「未輸入」、「錯誤」或「未找到」。因此一開始不要把 unsigned 視為信仰：只有在確定永遠不會需要負值或負值作為特殊標誌時才使用它。

錯誤 #4：把累計總和存成 int，因為「目前還夠用」。
這是一個經典陷阱。測試資料小時一切正常，之後當你計算「全年」、「累積到目前為止」、「所有使用者的總和」時，數值可能超出範圍。這就是為什麼累計與總和常提前用 long long：這是一個便宜的保險，能省下大量找錯時間。

錯誤 #5：認為值域是「某種理論」，而完全忽視它。
值域不是學術議題，而是記憶體有限的直接結果。如果類型無法表示所需的值，程式即會出錯。即使你現在還不會手算邊界，養成問自己「這個數可能會變得很大嗎？」的習慣，就能讓你更有意識地選擇類型。

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