C++ 基本概念

本系列为 C++ 的入门学习者服务，旨在于为此前无 C++ 基础的学习者简单介绍关于 C++ 语言基础的部分知识，如果已入门 C++，则不需要阅读本系列。

1.1 C++ 语言概述与框架

1. 典型实例

1#include <iostream> //头文件包含指令 | “//”：注释符号 | “#”：编译指令2using namespace std; //指定名字空间 | int：对应main函数返回整数3int main() //main函数 | 程序中有且仅有一个main函数4{5int i, j; //说明变量6cout << "输入i和j: "; //输出提示信息7cin >> i >> j; //从键盘上输入变量值 | cin >>：输入8cout << "sum: " << i + j << endl; //输出变量值 | cout <<：输出 | endl：输出换行9return 0; //返回结果10}11//分号“;”：“语句”结束（#include是指令，int main()也是指令，不用分号）

2. C++ 程序的组成部分

常见的 C++ 程序的默认框架

1#include <iostream>2using namespace std;3int main()4{5	//语句在此 xxxxxx;6return 0;7}

3. C++ 中的注释

注释的文字不会在程序运行的时候被执行，能起到解释代码的作用。

① 单行注释：以//开始，换行后结束。

1int a; //我是注释我是注释我是注释

② 多行注释：以 /*开始，以*/结束。

1int a;2/*我们是注释我们是注释我们是注释3我们是注释我们是注释我们是注释*/4int b;

4. C++ 的字符集.符号.关键字

字符集：只允许直接使用英文字符和阿拉伯数字。（其他字符不推荐使用）

标点符号：必须使用西文符号。

关键字：具有特定含义的英文单词，如 int，不能另作他用。

1.2 C++ 中的数据类型

C++ 程序中的数据具备三种属性：数据类型，名字，值。

1. 数据类型的意义

C++ 为强类型语言，所有变量应“先定义后使用”，数据类型定后无法修改。

2. C++ 中的基本数据类型

注： 以上仅包含基本数据类型。

(1) 整数型 int

A. 定义：存放整数数据，存储数据长度和计算机字长有关系。

若定义 1 字节=8 位二进制数（即位数=字节*8），int 长度为 4 字节，容纳的范围就为-2^(31)~2^(31)-1。若数据超出范围，则会溢出。

注：有关于溢出以及字长问题，请参考：计算机补码相关知识

B. 修饰：整型数据经修饰后可以有许多形式。

int 前可以用 short，long，signed，unsigned 修饰

• signed int 表述整数格式为补码，即将模劈开一半左边表示负数。
• unsigned int 表示整数格式为纯数值类型（必然是正数），即将模全用于正数。
• 注：以上数据可能仅在 32 位编译器中生效，随编译环境不同长度也可能不同。

(2) 字符型 char

字符类型保存单个字符，存储的为该字符的 ASCII 码数值，长度为一个字节。

字符类型本质上也属于整数，也可以用 signed 和 unsigned 修饰。

注： 关于 ASCII 码：128 个常用字符指定数值编码，范围 0～127。

A. ASCII 码前 32 位为控制字符，有特定功能但无法直接输入和表示。

B. 需要记住的 ASCII 码数值：字符 0 为 48，字符 A 为 65，字符 a 为 97。（先大写后小写：小写比大写多 32）

(3) 实数型 float double

单精度 float 与双精度 double 都用来存放实数，但精度不同。

(4) 逻辑类型 bool

取值只能为 true 或 false。

存储字节数通常为 1 个字节。

bool 型在运算中可以和整型相互转化：false=0，true=1。

1.3 C++ 中的变量和常量

1. C++ 中的变量

• 变量必须先定义后使用且无法更改。
• 变量必须使用标识符进行标识，即变量名。

定义变量实例：int a, b;

• 定义变量的同时赋值，即为初始化，可以避免随机值。如 int a = 0。

2. C++ 中的字面常量

字面常量指程序中直接给出的量，执行过程中值不变。

(1) 整数常量

(2) 实数常量

• 定点格式与日常书写相同。如：0.23。
• 指数格式为尾数乘 10 的次方，“十”用 E 或 e 表示，次方必须为整。如：0.3e-2。
• 实数常量使用的时候应避免不精确问题。

1bool a;2a = ( 0.1 + 0.2 == 0.3 ); //0.1 + 0.2 实数相加并不是准确 = 0.33cout << a; //结果为0（false）

(3) 字符常量

用一对单引号引的单个字符，类型是 char，在内存中保存的值是字符的 ASCII 码值。如：'a' '@'

注： 转义字符：控制字符无法直接显示和输入，用转义字符间接表示。

常用的转义字符：

例：C++ 中的三个“零”：

形式	类型	长度	值
0	整数	4	0
'0'	字符	1	48
'\0'	字符	1	0

(4) 字符串常量

用一对双引号引起来的若干字符（可以为空）。如："123" ""

在内存中存放字符串的时候，在最后存放了一个隐藏的 '\0'。

如："a" 长度为 2，而 'a' 长度为 1。

(5) 常变量

用 const 修饰变量使其无法更改，称之为常变量。

如：const float PI = 3.14159;

常变量必须且只能在定义的时候初始化，且之后无法更改。

1.4 C++ 中的运算符和表达式

要点：掌握运算符功能，规定，优先级，结合性，分类。

1. 优先级和结合性

• 优先级：指不同运算符在运算中的优先关系。（从小到大越小越优先）
• 结合性：决定优先级相等的或相同运算符组合在同一运算式时的运算次序。

2. 基本运算符

(1) 算术运算符

指在计算机中参与数学运算的各类运算符，具体如下表

注： 算术运算符的语法说明

1. 运算表达式中乘号*不能省略。如：v = a*b*c 不能写为 v = abc。

2. 当两操作数均为整数，*/*为整除，结果为整数，且是舍去小数的整数。如：5 / 4 = 1; 1 / 2 = 0。 若想让结果不取整，则在操作数部分改为 1.0,2.0 等。如：1.0 / 2 = 0.5。

3. %为整数求余，只对整数有效，最后符号与被除数同。如：-7 % 6 = -1。

4. C++ 中平方只能通过 a*a 或特定函数实现，而不是 a^2。

(2) 赋值运算符

将赋值号 = 右边的值送到左边变量中（由右向左结合）

赋值运算符的优先级很低（16），仅高于 throw 和逗号,运算符。

变量名代表的单元为左值，表达式的值为右值。即：左值 = 右值。

左值只能是变量名或可寻址表达式，右值形式不限。

如：下列形式都是错误形式：3 = a; a + b = c

注： 复合赋值运算符：由双目运算符和位运算符与赋值运算符组合。(16 级)

+=	-=	*=	/=	%=	<<=	>>=	&=	=	^=

运算规则：

变量_复合赋值运算符_表达式 等同于 变量 = 变量_运算符_表达式

如：x += 5 等同于 x = x + 5; x *= 5 + 3 等同于 x = x * ( 5 + 3 )

(3) 自增、自减运算符

• 意义：变量当前值加 1 或减 1，再赋给该变量
• 要求：操作数只能是左值，是单目运算符。

注： 前置与后置运算

• 前置 ++i：先增减后引用，即先对变量增减，用新的值参与运算。
  • 结合性：由右向左结合。
  • 优先级：3（与普通单目运算符相同）
  • 前置运算表达式是左值，如：++a 结果就是经过变换后的 a 本身。

例：a = 1; ++a = 3; a = ?

a = 1; ++a = 2; (则 a=2) a=3; 故最终 a = 3

• 后置 i++：先引用后增减，即先用旧值运算，再对变量自加自减。
  • 结合性：由左往右结合。
  • 优先级：2（高于前置运算）
  • 后值运算表达式是右值，如 a++ 并不是 a，而是一个临时量，在参与完运算过程后再执行一次 a+1，而后临时量 a++ 被舍弃，故不可寻址。

例：int a = 2, b, c; b = a++ * 3; c = ++a * 2;

b = 2 * 3 = 6 同时 a = a + 1 = 3

c = 4 * 2 = 8

(4) 关系运算符

运算结果：<bool> true 或 false

优先级：

• 低于算术运算符，高于赋值运算符。
• 判断大小的符号高于判断相等的符号。

注： 关系运算符不能连续

• 如：a>b>c 会被解释为 (a>b==true=1)>c=0

(5) 逻辑运算符

注： 逻辑值与数值的转换

逻辑值转数值：

数值转逻辑值：

例：逻辑运算符判断连续的关系运算符

判断 a > b > c 写法为 a > b && b > c

注：逻辑表达式的优化和副作用

在求逻辑表达式值的过程中，一旦表达式的值能够确定，就不再进行之后的运算。

例： 如下程序

1int a=10, b=20, c=30, d;2d = a < b || c++;3cout << 'd' << ' ' << 'c' << endl;

求解过程中 a<b 为真，||两侧只要有一侧是真结果便确定，所以右边的 c++ 将不会被计算，c 仍然为 30，结果 d = true，故 d=1。

(6) 位运算符

常见的位运算符算法：

• 按位取反 = - n - 1

• 左移 = a * 2^(n)

• 右移 = a / 2^(n)

(7) 逗号运算符

用逗号运算符连接起来的表达式称为逗号表达式（优先级最低，为 18）

• 格式：表达式1，表达式2，……，表达式n
• 作用：逗号表达式中由左向右每一个表达式都会被运算，整个表达式的值为最后一个表达式的值，常用来连接多个表达式。

例：

1int a, x;2a = (x = 3, x += 6, 5 + 6)

最后结果 a = 11 x = 9

(8) sizeof() 运算符

常用于计算一个操作数类型或一个变量的字节数。

例： 在 32 位编译器中

1sizeof(int) // 42sizeof(float) // 43sizeof(double) // 8

3. 运算符优先级简单总结

目前为止学到的运算符：

• 单目 > 算术 > 关系 > 逻辑 > 赋值
• 所有单目符号无论类别，优先级都同，结合性都由右向左（后置符号除外）

1.5 C++ 中的类型转换

1. 自动类型转换

当二元运算符两边的操作数类型不同但属于类型相容时，系统将精度低的操作数变换到与另一操作数精度相同，而后再进行运算。

2. 赋值类型转换

当赋值号左值右值类型不同但类型相容的时候，将将右值转换为左值类型。

例：char c = 250; int a = c; 求 a=?

char c = 250 中，因为 char 长度只有一个字节，即 8 位，存储范围为 -128~127，250 作为一个 int（4 个字节 32 位）实际上已经溢出：

250 二进制为 00000000 00000000 00000000 11111010

如果只存储一个字节（8 位）则舍去高字节变成：

11111010 则 c 变成了 -6 的二进制

再赋值给 a（int4 字节 32 位）的时候，补充了符号位

11111111 11111111 11111111 11111010 则 a 被赋值成 -6

3. 强制类型转换

将表达式强制转换为指定的类型（type）参与运算（临时值），但本身的值不变

格式： (type)表达式 或 type(表达式)

1.6 输入输出的详细问题

1. cin 和数据的输入

cin >> a >> b;

(1) 如果需要同时输入多个整数或实数，输入需要进行分隔，默认的分隔符号为空格、回车、TAB。

输入整型 int 时：

1int a, b, c;2cin >> a >> b >> c;

输入时应输入 1 2 3，才能分别将 1 2 3 赋值到 a b c，如果输入 123 则只能将 a 赋值为 123。

(2) 同时输入多个字符则不需要分隔。

输入字符 char 时：

1char a, b, c;2cin >> a >> b >> c;

输入时输入 123 或 1 2 3 都可以分别输入成功。

(3) 如果输入过程中如果需要输入空白字符在内的任意字符，则需要使用 cin.get()函数。

• c = cin.get()
• cin.get(c)

例：

1char a, b, c;2cin.get(a);3b = cin.get()4cin.get(c)5cin >> a >> b >> c;

输入时如果输入 1 2 3，则 a 被给 1，b 被给空格，c 被给 2，剩下的空格与 3 丢弃。

2. 输入输出格式控制

<iomanip> 的两个常用函数

(1) setw(int n) 函数

控制输出内容的最短宽度为 n 位，用来帮助对齐。

例： (自己实践，可以打出完美的制表)

1for (int i = 1; i <= 100; ++i)2cout << i << '/t'

(1) setprecision(int n) 函数

用来控制输出内容的有效数字或小数点的有效位数。

A. 当输出模式为定点小数（fixed）时，控制小数位数。（四舍五入）

例：

1cout << fixed << setprecision(2) << 100.0 / 7 << endl;

输出结果为 14.29。

B. 当输出模式为默认时，控制有效数字。

例：

1cout << setprecision(2) << 100.0 / 7 << endl;

输出结果为 14。

当输出模式为科学技术（scientific）时，控制实数部分小数位数。

例：

1cout << scientific << setprecision(2) << 100.0 / 7 << endl;

输出结果为 1.43e+01。（控制实数 1.43 的小数位数）