Kiểu dữ liệu trong C++: int, double, char, bool và hơn thế

Vì sao kiểu dữ liệu quan trọng trong C++

Khi bạn khai báo một giá trị với kiểu rõ ràng như int age = 30;, kiểu đó không chỉ là cái nhãn: nó cho trình biên dịch biết cần dành bao nhiêu byte, hiểu các byte đó ra sao và phép toán nào hợp lệ. Chọn sai kiểu, bạn có thể âm thầm mất độ chính xác, bị tràn số hoặc gây ra undefined behavior.

C++ chia các kiểu dữ liệu (data type) có sẵn thành vài nhóm: số nguyên, số thực dấu phẩy động, kiểu ký tự và kiểu boolean. Ta sẽ xem từng nhóm, rồi đến những quy tắc hay làm người học vấp.

Các kiểu cơ bản

Đây là một ví dụ cho mỗi kiểu cốt lõi trong cùng một chương trình. Để ý các hậu tố của literal (L, f, u) và dấu nháy đơn của char:

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int    count = 42;          // whole number, usually 32-bit
    long long big = 9000000000LL; // wider integer, the LL suffix
    double price = 19.99;       // 64-bit decimal (the default for decimals)
    float  ratio = 0.5f;        // 32-bit decimal - note the f
    char   grade = 'A';         // a single character, single quotes
    bool   passed = true;       // only true or false

    cout << count << " " << big << "\n";
    cout << price << " " << ratio << "\n";
    cout << grade << " " << passed << "\n"; // bool prints as 1 / 0
}

Theo mặc định, bool được in ra là 1 hoặc 0, không phải true/false. char dùng dấu nháy đơn: 'A' là một ký tự, còn "A" (nháy kép) là một literal chuỗi, một kiểu hoàn toàn khác. Hai lỗi này cực kỳ phổ biến lúc mới học.

Kích thước không cố định

Đây là điều bất ngờ nhất với ai đến từ những ngôn ngữ như Java. Chuẩn C++ chỉ bảo đảm kích thước tối thiểu và thứ tự tương đối (short ≤ int ≤ long ≤ long long). Kích thước thực tế tùy vào trình biên dịch và nền tảng. Luôn kiểm tra bằng sizeof:

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    cout << "char:      " << sizeof(char)      << " byte\n";  // always 1
    cout << "short:     " << sizeof(short)     << " bytes\n";
    cout << "int:       " << sizeof(int)       << " bytes\n";
    cout << "long:      " << sizeof(long)      << " bytes\n";
    cout << "long long: " << sizeof(long long) << " bytes\n";
    cout << "double:    " << sizeof(double)    << " bytes\n";
}

Trên một bản build Linux 64 bit thông thường, bạn sẽ thấy int = 4, long = 8. Nhưng trên Windows 64 bit, long chỉ có 4 byte. Khác biệt về tính di động đó chính là lý do bạn không nên viết code giả định long là 64 bit.

Khi cần độ rộng chính xác, hãy dùng các kiểu số nguyên có độ rộng cố định trong <cstdint>:

#include <iostream>
#include <cstdint>
using namespace std;

int main() {
    int8_t   a = -120;          // exactly 8 bits, signed
    uint16_t b = 65000;         // exactly 16 bits, unsigned
    int32_t  c = 2000000000;    // exactly 32 bits
    int64_t  d = 9000000000LL;  // exactly 64 bits, every platform

    cout << (int)a << " " << b << " " << c << " " << d << "\n";
}

Dùng int32_t/int64_t cho định dạng tệp, giao thức mạng hoặc bất cứ thứ gì phải chạy giống hệt nhau trên mọi máy. Để ý phép ép kiểu (int)a: đưa một kiểu 8 bit vào luồng xuất sẽ in ra ký tự chứ không phải số, nên cần ép kiểu trước.

Signed và unsigned

Mỗi kiểu số nguyên có hai dạng. Kiểu signed chứa được số âm; kiểu unsigned thì không, đổi phần miền âm lấy giá trị dương tối đa lớn hơn. int thường mặc định là signed.

#include <iostream>
#include <climits>
using namespace std;

int main() {
    unsigned int u = 0;
    u = u - 1;          // does NOT become -1
    cout << u << "\n";  // wraps to 4294967295 (the max unsigned int)

    cout << "int max:  " << INT_MAX << "\n";
    cout << "uint max: " << UINT_MAX << "\n";
}

Trừ đi từ một số unsigned bằng 0 sẽ quay vòng thành một số dương khổng lồ thay vì thành số âm. Lỗi này xảy ra liên tục, nhất là với size_t (một kiểu unsigned) mà .size() trả về:

vector<int> v = {1, 2, 3};
// DANGER: v.size() is unsigned. If v is empty, v.size() - 1 wraps
// to a gigantic number and the loop runs nearly forever.
for (size_t i = 0; i <= v.size() - 1; i++) { /* ... */ }

Hãy dùng i < v.size() (đừng bao giờ dùng <= size() - 1), hoặc tránh hẳn vấn đề bằng vòng lặp for theo phạm vi.

Tràn số nguyên là undefined behavior

Khác với việc quay vòng của số unsigned (vốn được định nghĩa rõ), tràn số nguyên signed là undefined behavior trong C++. Trình biên dịch được phép làm bất cứ điều gì: trả về giá trị rác, tối ưu bỏ luôn phép kiểm tra, hoặc làm chương trình sập:

#include <iostream>
#include <climits>
using namespace std;

int main() {
    int maxInt = INT_MAX;            // 2147483647
    cout << maxInt << "\n";
    cout << maxInt + 1 << "\n";      // UNDEFINED BEHAVIOR - often wraps negative

    long long safe = (long long)maxInt + 1; // promote before adding
    cout << safe << "\n";            // 2147483648, correct
}

Cách sửa giống bẫy tràn số ở mọi ngôn ngữ: tính toán trong một kiểu rộng hơn. Ép một toán hạng sang long long trước phép +, để phép cộng diễn ra trong 64 bit. Ép kiểu kết quả sau đó là quá muộn, vì tràn số đã xảy ra rồi.

Chọn đúng kiểu

Với phần lớn code, các lựa chọn mặc định là đủ: int cho số nguyên, double cho số thập phân. Chỉ dùng kiểu khác khi bạn có lý do.

Vài điểm dễ nhầm cần nhớ. float chỉ có khoảng 7 chữ số thập phân có nghĩa, nên 0.1f + 0.2f không đúng bằng 0.3; hãy ưu tiên double trừ khi bạn thật sự cần tiết kiệm bộ nhớ. Và char có thể là signed hoặc unsigned tùy nền tảng, nên nếu làm phép tính trên byte thô, hãy viết rõ signed char hoặc unsigned char.

Tiếp theo: từ khóa auto

Lần nào cũng viết đầy đủ kiểu thì khá mệt, và đôi khi tên kiểu rất dài hoặc khó gọi tên. C++ cho phép trình biên dịch tự suy ra kiểu bằng từ khóa auto: auto x = 42; khiến x là int, còn auto it = v.begin(); giúp bạn khỏi gõ một kiểu iterator dài dòng. Trang tiếp theo trình bày khi nào auto làm code rõ hơn và khi nào nó che giấu quá nhiều.