【C++探索之旅】第一部分第四课：内存，变量和引用
內容簡介
1、第一部分第四課：內存，變量和引用
2、第一部分第五課預告：簡易計算器
內存，變量和引用
上一課《【C++探索之旅】第一部分第三課：第一個C++程序》中，我們已經學習了如何創建，編譯，運行我們的第一個C++程序。我們也解釋了這個程序每一行的意義。
我們不但在IDE（Integrated Development Environment，集成開發環境。例如Visual Studio，Codeblocks，xCode等）中創建程序，也學習了如何在終端命令行中創建。
不過到目前為止，我們寫的程序還非常簡單，只能在屏幕上顯示消息，還不能和用戶進行交互。我們慢慢來彌補這一缺憾。
在此之前，我們首先來學習一個計算機科學的基本概念，就是：變量。
變量使用電腦的內存來存儲信息，以便之后再次使用。大家應該用過計算器吧，我們平時不太使用的幾個鍵：M+，M-，MR，MC，其實就是在使用變量和內存的概念（M是Memory的縮寫，表示《內存》），這幾個鍵的作用如下：
M+：把目前顯示的值放在存儲器中 (memory +)
M- ：從存儲器內容中減去當前顯示值 (memory -)
MR：調用存儲器內容 (memory recall)
MC：清除存儲器內容 (memory clear)
以上這些按鍵，可以操作存儲在計算器的存儲器（內存）里的計算值。
我們將在電腦上學習類似的事情，畢竟我們的電腦兄說到底不過是一臺大“計算器”，本質上就是做二進制（0和1）的運算，不然也不會叫“計算機”了對吧。
什么是變量
上面我們舉了計算器的例子來更形象地說明，畢竟在信息技術的世界里，基本的原理是相通的。在我們的電腦里，也有一些電子元件，可以儲存數值，并且能保存一段時間。當然，背后的科學原理是比較復雜的。
不過大家可以放心，我們沒必要搞清楚這背后的一套復雜的原理，我們只需要學會怎么把數值存儲到電腦的內存中就好了。至于復雜的部分就交由編譯器和操作系統來處理了，是不是突然覺得生活很美好呢？
我們只需要知道變量其實就是電腦借給我們的一小段內存，里面儲存了數值。我們可以想象電腦里面有一個大櫥柜（比喻內存），如下圖所示。這個大櫥柜非比尋常，因為它擁有成千上萬（甚至數十億）個小抽屜，這些小抽屜就是內存中我們可以存放數值的地方。
電腦的內存的原理就有點像一個有著很多抽屜的大櫥柜。
對于一個計算器來說，我么通常一次只能儲存一個數值。但是我們的電腦可比普通的計算器厲害多了。不然也不會那么貴了，對吧？說的就是你，蘋果電腦。
聰明如你應該料想到了：在C++程序中，我們可以同時儲存很多變量。因此，就需要區分這些變量，以便之后調用時可以分得清誰是誰。因此，在C++程序中，每個變量擁有一個名字。這個名字就有點像上圖中的抽屜外面貼的標簽，使我們能夠找到所要的抽屜。
我們的電腦還可以使我們儲存不同的數值，比如我們想儲存數字，字母，單詞，句子，圖片，聲音，等等。這就涉及到變量的類型了。
你可以想象變量的類型就好比抽屜的不同樣式，在生活中，我們放葡萄酒和書籍的抽屜是不一樣的，不是嗎？
變量名
對于人來說，名字很重要，名字起得好，有很多益處。名字起得不好，會很搞笑。
變量也有名字，而給C++中的變量起名字有如下規則：
只能包含字母，數字和下劃線（_）
第一個字符必須是字母或下劃線
不能和C++的關鍵字重復，比如不能是int，char，if，while等。
例如：
name，studentNum，year2015，_computerPrice 等都是規范的命名。
而：
+animal，@gmail，*1991，等都是通不過的命名。
除此之外，C++對于大小寫敏感。也就是說，大寫字母和小寫字母在C++看來是不同的。有的編程語言不區分大小寫。所以，在C++中，givenName，GIVENname，GiVenName是不同的變量名。
另外，希望大家養成良好的命名習慣，使自己的變量做到見名知意，這樣程序就可以自注釋了。比如，我們提倡這樣的變量名：myName，computerPrice。而不推薦類似 name1，variable3，hehe2，之類不知所云的名字。
對于程序的編譯器來說，這樣并沒有什么用，因為它才不管你名字起得是不是見名知意。但是，對于你自己和以后要閱讀你的程序人來說，一個好的變量名會發揮很大的作用，不然過了一段時間再看自己的代碼，可能都忘了這個變量是用來干嘛的。
小編自己有個變量命名習慣，此習慣不少程序員也遵守：
變量名由小寫字母開頭
如果變量名由幾個單詞組成，那么緊挨著寫
除了第一個單詞，其他單詞的第一個字母大寫
例如：
bestRestaurantName，secondBugReport，等等。
這樣的命名法也稱為《小駝峰式命名法（lower camel case）》。
變量類型
之前說了，變量除了有名字，還有類型。就好比“小明”這個名字，不知道是人呢還是一只寵物。
C++的變量類型如下圖所示：
有點多是嗎？初學時不用一下子都記住，我們慢慢來學習。一開始只要知道幾種常用的變量類型就可以了。如下：
bool | true（真）或false（假） |
char | 一個字符 |
int | 整數 |
unsigned int | 無符號整數（正整數或0） |
double | 帶小數點的數（其實double是雙精度浮點數） |
string | 字符串（0到多個字符） |
一般，我們在IDE中輸入以上這些變量類型時，IDE會用顏色來高亮顯示。
這些類型可儲存的數值有大小范圍，也就是上下限。比如有的很大的整數，int類型就不能儲存。這些上下限取決于你的電腦，操作系統和編譯器。
當我們使用變量時，就需要考慮用哪種變量類型了。例如你要儲存一個學校的學生數目，那么int和unsigned int會適合。要儲存一個人的身高，那么用double會適合。要儲存你自己的名字，那么string會適合。
那么bool這種變量類型是什么意思呢？
bool其實是boolean（布爾類型）的意思，它只能儲存兩種值：true（真）或false（假）。
我們可以用bool類型的變量來儲存例如： 用戶名是否正確，是不是程序員，有沒有女朋友，之類。
變量聲明
變量的英語是variable，是《可變的，變化不定的》，所以說，變量和女人的心有點像，不是嗎？開個小玩笑。
因此，變量儲存的數值是可以改變的。
好了，鋪墊也夠多了，該來正式請求電腦出借它的“抽屜”了（前面我們用抽屜比喻一塊內存空間）。用術語來說，就是變量聲明。
注意：我們暫時用《聲明》這個詞，其實要澄清一下：
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對 變量而言，聲明與定義的關系稍微復雜一些。在聲明部分出現的變量有兩種情況：一種是需要在內存中建立存儲空間的（如int a;）；另一種是不需要建立存儲空間的（如extern int a; ?以后會講到extern關鍵字）。前者稱為定義型聲明(defining declaration)，或簡稱為定義(definition)。后者稱為引用型聲明(referenceing declaration)。
廣 義地說，聲明包括定義，但并非所有的聲明都是定義。對 int a; 而言，它是定義性聲明，既可說是聲明，又可說是定義。而對 extern int a; 而言，它是聲明而不是定義。一般為了敘述方便，把建立存儲空間的聲明稱為定義，而把不需要建立存儲空間的聲明稱為聲明。
在這一課中所有用到《聲明》的地方，其實用的是《定義型聲明》。以后的課會講解《引用型聲明》。
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我們需要向電腦提供變量的類型，名字和它儲存的值。這里的值會成為變量的初始值。
為了做到這一點，我們只需按照以下格式：
類型 ?名字 ?(值);
以上的格式是C++中初始化一個變量的方式。
我們也可以用另一種從C語言繼承過來的格式：
類型 ?名字 ?= 值;
這兩種格式的效果是一樣的。我們推薦使用第一種格式，以后的課程中會講述為什么選第一種格式更好。
可不要忘了句末的分號（;），這個錯誤即使是有經驗的程序員也會犯。當然這個錯誤也不難發現，只不過它會讓你的編譯器不安分而已。
我們就來聲明（定義型聲明）一個變量，這個變量叫做userAge，用于儲存《用戶年齡》：
上面程序的第6行發生了什么呢？
答：電腦得知我們要向它的內存借一個“抽屜”，這個抽屜有以下特性：
可以儲存整數
抽屜外面貼了一個標簽，名叫 userAge
抽屜里儲存的值是16
因此，一旦程序運行完了第6行代碼，你就成為電腦內存中那個抽屜的主人了，如下圖：
因為之后我們會繼續向電腦借很多“抽屜”，所以我們需要把圖畫得簡單些。如下：
我們來解釋一下上圖的意思：
大大的藍色矩形代表的是電腦的內存，目前，內存幾乎是空的。
***的小正方形代表電腦出借給我們的內存的一塊空間。也就是我們之前比喻的一個抽屜。它里面儲存的值是16，而它的標簽是userAge。
既然我們畫了如此好（chou）看（lou）的圖，那豈能只聲明一個變量。一不做二不休：
上面的程序中，我們在userAge這個變量之外，又聲明了好幾個新的變量。
有兩點需要注意：
bool類型的變量只能儲存true或false中的一個值，不是true（真），就是false（假），除此之外不能儲存其他值。
char變量的值需要用單引號括起來，不要寫成 char letter(c); 而是 char letter('c');
插一句題外話：寫程序時要勤寫注釋，哪怕看似比較簡單的地方，因為以后別人看你的程序，或者你自己回看自己的程序，假如沒有注釋，那可能會增加不少難度。
對于上面這個程序，我們也可以畫一個圖，只要在之前的圖上增加新的變量即可。
可以看到，我們多聲明了幾個變量，內存里面開始變得豐富多彩起來了。馬上要圣誕了，人多一些總是熱鬧。
上面的程序，我們如果編譯，運行，可以看到它什么也沒有輸出。那是當然的，因為我們只是聲明了一些變量，還沒使用它們呢。
我希望你沒有太失望，雖然這個程序沒有顯示什么，但其實在背后電腦是進行了很多操作的。只不過這些操作對用戶隱藏起來了，我們也不太感興趣而已。不過我們還是總結一下上面的變量聲明究竟做了什么：
你的程序向操作系統（簡稱OS，是Operating System的縮寫。例如Windows，Mac OS X，Linux等都是常見的操作系統）借一些內存來使用
操作系統查看內存是否有空余的空間，如果有則分配幾個“抽屜”（代表內存空間）給你的程序
你的程序逐一將那些值存放進對應的抽屜。例如在貼有userAge標簽的抽屜里，存放進16；在貼有money標簽的抽屜里存放進432；等等
運行到最后一行（return 0;）時，你的程序把所有抽屜清空，并且還給操作系統
字符串的情況
前面說了，字符串這種變量類型的情況有點特殊。為了使用字符串變量，我們首先需要在程序中多加一行：
#include <string>
表示引入string這個C++的標準庫，這樣我們才能使用其中的函數等。我們可以寫個程序：
可以看到，我們聲明了一個字符串變量，它的名字是userName，里面存放的值是Steve Jobs（蘋果的前CEO）。
可以看到，給string型變量賦值，用的是雙引號"，而之前給char型變量賦值時用的是單引號'。其實呢，字符串（string）就是由一串字符（char）組成的。
偷懶的小技巧
在繼續下面的內容之前，我們介紹一種“偷懶”的小技巧，很多程序員都會用：
如果你有多個同一類型的變量要聲明，那么可以將它們放在同一行里，彼此用逗號隔開。如下：
這樣我們就不用每次都寫一遍變量類型名了，上例中是int和string。
聲明但不初始化
上面我們學習了如何聲明一個變量（其實是定義型聲明），其實聲明一個變量時你的程序陸續做了兩件事：
首先，程序向操作系統請求撥給一塊內存空間，稱為“變量分配”。
然后，在這塊內存空間上存入初始值，稱為“變量初始化”。
但是，有的時候我們在聲明變量時還沒有想好要賦什么值。所以，我們也可以聲明變量，但不初始化。
怎么做呢？很簡單，只需要寫變量類型和變量名，就可以了。如下:
類型 ?名字;
是不是很簡單呢？我們來看例子程序：
注意：有一個常見的錯誤是：
在變量名之后加空的括號，例如 string qqNumber();
這是不正確的，不要加括號，只需要類型和名字。
我們也用圖解來演示上面的程序：
可以看到，在聲明變量后，變量中的值是一個任意值。
但是通常我們最好在聲明時給變量賦初值，特別是指針的情況，以后我們會學習。而且有的變量類型還必須在聲明時就初始化。
顯示變量的值
在上一課中，我們已經學習了如何在屏幕上顯示文本，希望你沒有忘記大明湖畔的夏雨荷。
是的，這位"夏雨荷"就是 cout<<
cout有點類似C語言的printf函數，是C++里面負責標準輸出的。不過又有不同，我們可以看到cout后面不是加括號，而是連接了<<這個特殊的符號。
暫時我們不深入，因為cout其實不是一個函數，cout是一個ostream類的對象（關于類和對象，之后的課程會講解），它有一個成員運算符函數 operator<<（涉及到C++的運算符重載的技術，以后會講）。（這一句指令暫時不需要理解，只要知道cout<<可以用來向屏幕輸出內容即可）。
那么機智如你，應該猜到怎么顯示變量的值了吧。
是的，就是把文本替換成變量名就行了。如下：
這么簡單，你敢信？
是的，就是這么簡單。
運行以上程序，顯示：
你的年齡是 : 16
當然了，我們也可以同時顯示好幾個變量的值，并且把一句話的內容都寫在一行上。如下：
運行以上程序，顯示：
你名叫 Albert Einstein, 你的智商是 150
引用
在結束這一課之前，我們還有一個很重要的知識點需要介紹。
這個知識點就是：引用
《引用》的英語是reference。
我們之前說過，變量可以被看成內存里的一個“抽屜”。這個抽屜外面可以貼標簽，就是變量名。
實際生活中，我們可以在同一個抽屜外面貼上不止一個標簽。那么，在C++中，我們也可以給同一個內存的“抽屜”上貼好多個標簽。
因此，我們就多了一種訪問變量的方式。就好像我們給變量取一個別名。但是別名聽起來沒有那么高大上，所以C++中稱之為“引用”。聽著是不是挺玄乎的，其實就是別名。
我們可以用下圖來演示：
可以看到，在內存中的這個變量上，有兩個標簽。一個是userAge，聲明此變量時起的變量名；另一個是myVariable，是它的別名，也就是引用。
比如，黃曉明，也可以叫小明，兩個名字指代的都是那個人，都愛著Angelababy。
那么引用怎么聲明呢？要用到一個特殊的符號：&
可以看到，userAge放在了myVariable后面的括號里，還記得變量如何初始化嗎？就是在括號里填入初始值。因此，這里相當于把userAge“賦值”給了myVariable
說到底，userAge和myVariable指向的是同一個“抽屜”，同一個變量。它們的值都是16。
用術語說就是：myVariable引用了userAge。
引用變量的類型必須和它要引用的變量一樣。而且，引用變量聲明時必須賦初值。
我們來看一個例子程序：
運行以上程序，顯示：
你已經 16 歲了. (通過 變量名)
你已經 16 歲了. (通過 引用)
那么，引用到底有什么用呢？
好問題。在上面的例子中，仿佛看不出引用有多大用處。
也許暫時你覺得引用比較抽象，也貌似沒什么用。但是要知道，引用是C++中很重要的一塊知識點，而且以后我們會“大寶啊，天天見”，會經常使用到“引用”的。而且還會區分什么時候用引用，什么時候用指針。
因此，先對引用的概念有個了解，對我們之后處理更復雜的用例是大有裨益的。
總結
變量是存儲在內存里的一段信息
根據存儲的信息的不同，變量有不同類型：int，char，bool，double，等
變量在使用前需要先聲明，例如：int number(28); // 此處是定義型聲明
可以用cout來顯示變量的值
引用其實是變量的別名，有點像標簽，使我們可以用另一個名字來調用變量，例如：int& numberReference(number);
第一部分第五課預告
今天的課就到這里，一起加油吧！
下一課我們學習：簡易計算器
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的【C++探索之旅】第一部分第四课：内存，变量和引用的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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