En C++ existen múltiples tipos de datos enteros. El más común de ellos es el tipo int, que permite almacenar números entre $-2^{31}$ y $2^{31}-1$ , inclusive. Si alguna operación da por resultado números fuera de este rango de valores, obtendremos al trabajar con int resultados incorrectos.
Similarmente, existen en C++ otros tipos de datos enteros fundamentales, pero de distinto tamaño: Los int tienen un tamaño de 32 bits (dígitos binarios), o 4 bytes, y eso además de definir el espacio de memoria RAM que ocupa cada variable de tipo int, limita el rango de valores que estos pueden representar.
En C++ existen otras variables enteras de diversos tamaños:
char: Entero de 8 bits, entre $-2^7$ y $2^7-1$ inclusive, es decir, entre $-128$ y $127$ inclusive. Ya lo hemos utilizado cuando trabajamos con caracteres, pues un caracter en C++ se representa directamente mediante un número, que es su código ASCII.short: Entero de 16 bits, entre $-2^{15} = -32768$ y $2^{15}-1 = 32767$ inclusive.int: Entero de 32 bits, entre $-2^{31} = -2147483648$ y $2^{31}-1=2147483647$ inclusive.long long: Entero de 64 bits, entre $-2^{63}=-9223372036854775808$ y $2^{63} - 1=9223372036854775807$ inclusive.Para referencia, las máximas potencias de 10 que entran en el rango de cada tipo son respectivamente:
char: Hasta $100 = 10^2$short: Hasta $10.000 = 10^4$int: Hasta $1.000.000.000 = 10^9$long long: Hasta $1.000.000.000.000.000.000 = 10^{18}$
Todos estos tipos se usan de la misma manera que int, y solo cambia la cantidad de memoria que utilizan estas variables y el rango de valores posibles. Por ejemplo es perfectamente válido lo siguiente:
short x = 32; int y = 1000; long long z = x + y;
En las operaciones aritméticas, como regla general el tamaño del resultado de una operación es el máximo tamaño de sus operandos, es decir que si sumamos short e int, obtendremos int, y si sumamos int con long long obtendremos long long. Esto es independiente del resultado de la operación, y solo depende de los tipos involucrados.
Todos los anteriores permitían representar números negativos y positivos. Si bien casi nunca los usaremos, existen versiones de los anteriores en las cuales solamente se permiten números no negativos: estas se obtienen agregando unsigned (del inglés: “sin signo”) al comienzo del tipo correspondiente. Así podemos obtener los siguientes tipos:
unsigned char: Entero de 8 bits, entre $0$ y $2^8-1 = 255$ inclusive (Es por esto que en The Legend of Zelda, el máximo número de “Rupies” que se pueden tener es exactamente 255. Estas primeras consolas de videojuegos eran de 8 bits).unsigned short: Entero de 16 bits, entre $0$ y $2^{16}-1 = 65535$ inclusive.unsigned int (equivalente a unsigned directamente sin aclarar int): Entero de 32 bits, entre $0$ y $2^{32}-1=4294967295$ inclusive.unsigned long long: Entero de 64 bits, entre $0$ y $2^{64} - 1=18446744073709551615$ inclusive.
Es decir, las versiones unsigned ocupan la misma memoria que sus correspondientes con signo, no permiten negativos, y a cambio llegan hasta números aproximadamente el doble de grandes como límite superior. La tabla de potencias de diez máximas representables es igual que antes, excepto que en unsigned long long ahora entra el número $10^{19}$, mientras que en long long solo se puede representar hasta $10^{18}$.
Cuando escribimos un número directamente en el código, como por ejemplo x = y + 33;, cabe preguntarse: ¿De qué tamaño es ese 33? Esto es importante para las cuentas intermedias, pues ese tipo define el tamaño del resultado. Por ejemplo, si hacemos long long x = y + 1000000000;, donde y es de tipo int, el resultado “matemático” de la cuenta siempre entrará en el rango de long long, pero... ¿Es para la computadora el resultado de la cuenta un long long?
La respuesta a esta última pregunta es que no: Los literales enteros son de tipo int, automáticamente, a menos que les pongamos un LL (indicador de long long) al final, en cuyo caso serán long long.
Así, en el ejemplo de long long x = y + 1000000000;, y es de tipo int, y el 1000000000 se considera de tipo int, por lo tanto el resultado de la suma será de tamaño int, y si este resultado se va del rango posible de valores de int, quedará en x un valor erróneo, incluso cuando el valor verdadero hubiera podido entrar en dicha variable.
Si en cambio hacemos long long x = y + 1000000000LL;, no tendremos este problema pues el resultado de la cuenta será un long long, al serlo 1000000000LL.
Similar problema tendremos si hacemos long long x = y + z, siendo tanto y como z variables de tipo int. Podemos solucionarlo convirtiendo una de ellas a long long: long long x = y + (long long)(z), de forma análoga a lo que hacíamos con el LL para los literales enteros.
El caso más común donde esto ocurre es en la expresión: 1 << i (que es común si se trabaja con operaciones de bits con números de 64 bits): El resultado de esta operación será de tipo int, que no es lo que queremos si estamos trabajando valores de 64 bits. 1LL << i resuelve por completo este problema.
En general, mezclar distintos tamaños y tipos puede llevar a confusiones y errores. Las “reglas prácticas” más comunes a seguir son las siguientes:
int, a menos que sean necesarios números que no entren en int. En tal caso, usar long long para todas las variables involucradas en estos cálculos con números grandes.LL cuando aparecen en una cuenta con números de tamaño long long.char o short únicamente si es absolutamente necesario ahorrar memoria.Hemos mencionado aquí los tamaños para el caso del compilador gcc para PC, que es probablemente el más utilizado en competencias de programación. Sin embargo, el lenguaje C++ tiene la particularidad de que no garantiza el tamaño exacto de los tipos enteros, que pueden variar entre distintos compiladores del lenguaje.
Por ejemplo, existen compiladores para 64 bits en los cuales int es un tipo de 64 bits como long long. Si usamos compiladores “antiguos” para el sistema operativo DOS (Como el clásico Turbo C++), int será más chico y tendrá solamente 16 bits, ya que ese era el tamaño normal de los números con los que las computadoras podían trabajar eficientemente.
Siempre hemos trabajado con números enteros, que en computación es el caso más común de todos (y especialmente, en competencias de programación como la IOI y la OIA).
Sin embargo, a veces es necesario trabajar con números decimales fraccionarios, especialmente al realizar cómputo científico, simulaciones o videojuegos, donde aparecen cálculos de física y química. Daremos aquí una introducción completamente básica, y aquí se puede ver en cambio una descripción más completa y avanzada de la aritmética de punto flotante.
Existen en C++ fundamentalmente 3 tipos de punto flotante disponibles. El más común, que es el recomendado y que utilizaremos casi siempre, es double. El tipo double utiliza 8 bytes (64 bits) para representar un número con coma. La precisión de double es de 15 dígitos decimales, que suelen ser más que suficientes para todos los cálculos que nos interesan.
El tipo se utiliza en cuentas igual que hicimos con los enteros, pero se pueden usar números con coma (que en C++ se escriben siempre con ., y nunca con ,):
double x = 0.2; double y = x * 5.3; double z = y / (x-0.72); cout << z << " " << x << endl;
Este programa muestra por pantalla -2.03846 0.2. Notemos que a diferencia de lo que ocurre con enteros, la división / se realiza automáticamente con coma cuando estamos trabajando con doubles.
Es muy común querer mostrar una cierta cantidad fija de decimales, y no que esto lo decida el programa arbitrariamente como ocurrió en el ejemplo. Esto se puede hacer incluyendo #include <iomanip>, y agregando una línea al programa antes de utilizar cout para mostrar los números:
double x = 0.2; double y = x * 5.3; double z = y / (x-0.72); cout << fixed << setprecision(7); cout << z << " " << x << endl;
Cambiando el 7 por otro número, elegimos cuántos decimales queremos mostrar. El ejemplo anterior genera la siguiente salida por pantalla:
-2.0384615385 0.2000000000
Una característica de los números de punto flotante es que no dan resultados exactos. Si bien tienen una precisión de 15 dígitos y normalmente los resultados son muy buenos generalmente, incluso para operaciones muy sencillas, no se puede asumir que los resultados que dan serán exactos, sino que debemos considerar siempre que tienen un pequeño error.
Esto queda claro con el siguiente ejemplo:
cout << fixed << setprecision(3); for (double x = 0.1; x < 1.0; x += 0.1) cout << x << endl;
Que muestra por pantalla:
0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 1.000
Que no es lo que esperamos si suponemos que las operaciones son exactas: El último número que vemos es 1, que no debería haberse mostrado pues pedimos seguir solo si x < 1.
Esto ocurre porque a diferencia de lo que pasa con enteros, las cuentas tienen pequeños errores, y en realidad el último número no es 1.000 sino que es un número apenas más pequeño, que cumple x < 1. Podemos ver esto si aumentamos la precisión: mostrando 20 cifras decimales vemos
0.10000000000000000555 0.20000000000000001110 0.30000000000000004441 0.40000000000000002220 0.50000000000000000000 0.59999999999999997780 0.69999999999999995559 0.79999999999999993339 0.89999999999999991118 0.99999999999999988898
Vemos que, si bien los errores relativos son extremadamente pequeños (aparecen recién en la cifra 15), siempre están ahí, así que no podemos tratar a los números como absolutamente exactos en nuestro programa.
Además de double, existen otros tipos de punto flotante en C++ que se usan de idéntica manera:
float: Es un número de punto flotante que ocupa solamente 32 bits. Tiene mucha menos precisión que double, por lo cual lo recomendamos solamente cuando estemos ante una emergencia y sea absolutamente necesario ahorrar memoria o acelerar un poquito el tiempo de cálculo de la computadora.long double: Es un número de punto flotante de 80 bits, con más precisión que double (unas 18 cifras). En general no es necesario (aunque en algunos casos podría serlo), y es más lento y ocupa más memoria.