<C++>1 C++ 基础知识

1 C++ 基础知识

根据是否可以操作计算机底层硬件，将程序设计语言分为：低级语言、中级语言、高级语言。

机器语言和汇编语言属于低级语言，因为它们能直接操作计算机的寄存器和内存。

高级语言是面向用户的语言。很多语言在形式上接近算术语言和自然语言，程序员编写方便。使用高级语言编写的程序易读且通用性强，但大部分不能直接接触硬件，也不能直接在计算机上执行。C++ 语言就属于高级语言的范畴。

C++ 既有高级语言的形式，也能在一定程度上以特定方式直接操作硬件。有些观点也将 C++ 划分到中级语言一类。

C 语言是 C++ 的前身。可以认为 C++ 语言是 C 语言的超集。标准的 C 程序也能在 C++ 开发环境下运行。

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配置教程

示范一个简单的 C++ 代码

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
	cout << "Melody is learning c++" << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

1.1 注释

在代码中添加的说明和解释，用以增强代码可读性

• 单行注释：

  ...			//单行注释

• 多行注释：

  ...			/*多行注释*/

1.2 标识符

1.2.1 变量

命名一段指定的数据空间，以便后续调用

语法：数据类型 变量名 = 初始值

//数据类型 变量名 = 初始值;
int n = 0;

1.2.2 常量

常量用于记录程序中不可修改的数据

C++ 中对常量有两种定义方式：

• #define 宏常量：#define 常量名 常量值
• const 修饰的变量：const 数据类型 常量名 = 常量值

#include <iostream>
using namespace std;

//声明一个宏常量。宏常量通常放在文件上方
#define num 7

int main() {
    //声明一个 const 修饰的变量
	const int n = 100;
    
	cout << n + num << endl;
	system("pause");
	return num;
}

1.2.3 关键字

C++ 中预先保留的单词（标识符）。这些单词不能被用于定义变量名或常量名。

具体有哪些？略……

1.2.4 标识符命名规则

1. 标识符名称不能是关键字
2. 标识符名称只能由 字母、数字、下划线 组成
3. 第一个字符必须是 字母或下划线（即，不能以数字开头）
4. 表示符中字母区分大小写
5. 在相同作用域内，标识符不能重复进行定义。

1.3 数据类型

C++ 中创建变量或常量时，必须指定相应的数据类型

1.3.1 整形

整数类型的数据

C++ 中的整形有以下几种，其取值范围与所占空间不同

数据类型	占用空间	表示范围
short	2 字节	-2^15^ ~ 2^15^ - 1
int	4 字节	-2^31^ ~ 2^31^ - 1
long	4 字节（Windows、32 位 Linux）或 8 字节（64 位 Linux）	-2^31^ ~ 2^31^ - 1
long long	8 字节	-2^63^ ~ 2^63^ - 1

语法：

int n = 0;
long l = 0;
long long ll = 0;

1.3.2 实型（浮点型）

用于表示小数

有以下几种：

数据类型	占用空间	表示范围
float	4 字节	7 位有效数字
double	8 字节	15 ~ 16 位有效数字

语法：

float f = 3.14f;			//这里和 Java 相同，float 需要加上 f
double d = 3.14;
float f2 = 3e3;				//科学计数法。3e3 == 3 * 10 ^ 3
double d2 = 3e-10;			//科学计数法。3e-10 == 3 * 10 ^ -10

1.3.3 字符型

用于显示单个字符，占用 1 字节

存放时，存放的是字符对应的 ASCII 编码

几个重要的 ASCII 码：

• a：97
• A：65
• 0：48

经测试，C++ 中的 char 也可以作为数字进行运算

语法：

char c = 'a';
char c1 = 99;			//这个场合，c1 是 'c'
char c2 = 'a' + 9;		//这个场合，c2 是 'j'
int n = c2 - 16;		//这个场合，n 是 90

#1.3.3.1 转义字符

用于表示一些不能显示出来的 ASCII 字符

转义字符	含义
\a	警报
\b	退格，将当前位置前移一列
\f	换页，将当前位置移到下页开头
\n	换行，将当前位置移到下一行开头
\r	回车，将当前位置移到本行开头
\t	水平制表
\v	垂直制表
\\	一个反斜线 \
\'	一个单引号 ‘
\?	一个问号 ?

1.3.4 字符串型

用于表示一串字符

两种风格：

• C 风格字符串：char 变量名[] = "字符串值";

  char str1[] = "字符串1";		//注意不能这样写：char[] str2 = "..";

• C++ 风格字符串：string 变量名 = "字符串值";

  使用前需要包含 string 的头文件

  #include <string>
  ...
  string str2 = "字符串2";

1.3.5 布尔类型

bool 代表真或假的值，占用 1 字节

bool 类型只有两个值：

• true —— 真（本质是1）
• false —— 假（本质是0）

布尔类型中，只要是非 0，就代表真

语法：

bool b = true;
cout << b << endl;			//此处输出 1

1.3.6 sizeof 关键字

该关键字可以统计数据类型所占内存的大小

语法：sizeof(数据类型/常量)

#include <iostream>
using namespace std;

#define num 7

int main() {
	const long long n = 100;
	int n2 = 0;
    
	cout << sizeof(num) << endl;			//输出 4
	cout << sizeof(n) << endl;				//输出 8
	cout << sizeof(n2) << endl;				//输出 4
	cout << sizeof(n2 + num + n) << endl;	//输出 8
    cout << sizeof(short) << endl;			//输出 2
    
	system("pause");
	return num;
}

1.4 运算符

用于执行代码的运算

这里主要介绍以下四种：

• 算术运算符：处理四则运算
• 赋值运算符：用于将表达式的值赋给变量
• 比较运算符：用于表达式的比较，返回布尔值
• 逻辑运算符：根据表达式的值返回布尔值

1.4.1 算术运算符

处理四则运算

• +：正号、相加（+3、3 + 2）

• -：负号、相减

• *：乘

• /：除

• %：取模（10 % 3）

  两个小数间不能进行取模运算

• ++：递增（a++、++a）

  ++a 即前置递增、a++ 即后置递增。

  前置递增先递增，后运算表达式；后置递增先运算表达式，后递增。

• --：递减

1.4.2 赋值运算符

用于把表达式的值赋给变量

• =：赋值

  int a1, a2, a3;
  a1 = a2 = a3 = 1;						//这样写也是可以的

• +=：加等于

  a += 2 即 a = a + 2

  -=、*=、/=、%= 同理

1.4.3 比较运算符

用于表达式的比较

• ==：相当于
• !=：不等于
• <：小于
• > ：大于
• >=：大于等于
• <=：小于等于

1.4.4 逻辑运算符

• !：非
• &&：与（只要有一个为假即为假）
• ||：或（只要有一个为真即为真）

1.4.5 强制类型转换运算符

当不同类型的量进行混合算术运算时，系统会自动进行合理的类型转换。也能在程序中使用强制类型转换符进行转换。

• static_cast<类型>(表达式)：用于将一种数据类型转换成另一种数据类型

  double d = 3.2;
  double n = static_cast<int>(d * 2);

• const_cast<类型>(表达式)：用于去除指针和引用的常量性。

  const int* const n = new int(2);	// 常量指针常量
  int* i = const_cast<int*>(n);
  *i += 1;
  cout << *n << endl;					// 3
  cout << *i << endl;					// 3

  ——见 [4.1 指针]

  将常量指针转化为非常量指针，且仍指向原来的对象。

  或者，将常量引用转化为非常量引用，且仍指向原来的对象。

  特别地，该运算符不能去除变量的常量性：

  const int n = 10;					// 常量
  int* a = const_cast<int*>(&n);
  *a += 5;
  cout << a << "\t" << *a << endl;	// 000000BBFCEFF7D4	15
  cout << &n << "\t" << n << endl;	// 000000BBFCEFF7D4	10

  出现了地址相同，但值不同的奇观！

1.5 数据的输入与输出

在 C++ 中，类库中提供了输入流类 istream 和输出流类 ostream。

cin 和 cout 分别是 istream 类对象和 ostream 类对象。用来实现键盘输入和屏幕输出。

从输入流中获取数据的操作称为提取操作。向输出流中添加数据的操作称为插入操作。

运算符 >> 和 << 是移位操作符。但 C++ 类库的头文件中对其进行了重载，使其分别作为 流提取运算符 和 流插入运算符。

当程序中用到 cin 和 cout 时，需要在程序中包含头文件 <iostream>

#include<iostream>

#数据的输入：

可以使用流提取运算符从键盘输入数据并赋值：

int x;
int y;
cin >> x >> y;

cin 中的变量可以是任意基本类型的变量。连续从键盘读取数据时，以空格、制表符或换行为分隔符。

当读取数据时，cin 会忽略并清除第一个空格、制表符或换行符，继续读取下一个字符。这意味着不能将空格、制表符会换行符输入给字符变量。如有需要，应使用 getchar() 函数

使用 cin 输入时，如果输入的是字符类型，则系统会根据变量类型从输入流中提取相应长度的字节。如果输入的是数值类型，需要用空格、制表符或换行符将各个数值分开

字符串可以是字符数组 char[]，也能是 string 对象。

#数据的输出：

cout 是一个标准输出对象。使用流插入运算符向屏幕设备输出信息：

cout << "☆" << "★";

cout 语句中的表达式可以是各种基本类型的变量、常量，及由变量和常量组合得到的正确表达式。

在输出时，字符串过长的场合，添加符号 \ 就能将字符串分为多行

cout << "这是一个不那么长，\
但我们可以想象它很长的字符串。";

其实咱不妨就把上面的字符串分为两段输出

cout << "这是一个不那么长，" 
    << "但我们可以想象它很长的字符串。";

1.6 头文件和命名空间

#头文件：

C++ 中使用头文件保存程序中用到的声明，如函数声明、常量定义等。

需要先用 #include 语句包含头文件，进而使用该头文件包含的内容

每条 #include 语句仅能包含一个头文件。要包含多个头文件时，要使用多条语句

#include<iostream>			// 包含标准输入输出流
#include<string>			// 包含 string 字符串类
#include<cmath>				// 包含标准数学函数
#include"myh.h"				// 包含了一个自定义的头文件 myh.h
#include"d:\temp\myh.h"		// 包含了 d:\temp\ 目录下的一个自定义的头文件 myh.h

使用尖括号 < > 时，C++ 编译器首先在 C++ 系统设定的目录中寻找要包含的头文件。没有找到时，再去指令指定的目录去找。

使用双引号 “ ” 时，C++ 编译器在用户当前目录下或指令指定的目录下寻找头文件。

#命名空间：

#include<iostream>
using namespace std;		// 使用命名空间 std

一个大型程序通常由不同模块组成。各个模块间的标识符可能重名。为避免命名冲突，C++ 引入了命名空间的概念。

定义一个命名空间的语法如下：

namespace 空间名 {
    ...
}

命名空间又称名字空间。使用关键字 namespace 把大量有逻辑联系的程序实体组合在一个标识符下。

C++ 标准程序库中所有标识符都定义在命名空间 std 中。当程序使用标准程序库的标识符时，如果没有使用 std 命名空间，则 cin、cout、string 乃至 endl 都不能识别。

引用其他命名空间标识符的语法如下：

命名空间名::标识符名;

也能使用 using 语句，简化上述写法。

using 命名空间名::标识符名;					// 可以在本文件中使用指定标识符
using namespace 命名空间名;					// 可以在本文件中使用该命名空间中的所有标识符