C++编程基础

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1 C++编程基础

1.1 简单的C++程序实例

1.1.1 第一个C++程序 输出Hello world

// 这是我的第一个C++程序
// 在屏幕上输出: hello world!
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    cout << "hello world!\n";
    return 0;
}

1.1.2 第1.5个C++程序 输入名字，输出招呼

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std; // haven't explained this yet ...
int main()
{
    string user_name;
    cout << "Please enter your first name: ";
    cin >> user_name;
    cout << '\n"
         << "Hello, "
         << user_name
         << " ... and goodbye!\n";
    return 0;
}

1.1.3 第二个C++程序 求两数之和

//输入两个数，求它们的和
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    int a, b;
    cin >> a >> b;
    cout << a + b << endl;
}

1.1.4 第三个C++程序 求两个数中较大的一个

//输入两个数，输出两个数中较大的一个
#include <iostream>
using namespace std;

int max(int, int);

int main() {
    int a, b;

    cin >> a >> b;
    cout << max(a, b) << endl;
}

int max(int x, int y) {
    if(x>y)
        return x;
    else
        return y;
}

1.2 注释

参见：C++:注释

1.3 名字空间

参见:C++:名字空间

1.4 C++的头文件

C语言中的标准头文件有.h，在C++中仍然可以使用

#include <stdio.h>

C语言的头文件在C++中有另一种方式：前面加c后面去掉.h

#include <cstdio>

C++中增加的标准头文件没有.h

#include <iostream>

所有C++中新增的标准库，都放在名字空间std中。比如

#include <iostream>
int main() {
   std::cout << "hello, world!";
   using namespace std;
   cout << "hello, world!";
}

使用.h头文件包含的C语言标准库不在std名字空间中

#include <stdio.h>
int main() {
   printf("hello, world!");
}

使用没有.h的头文件包含的C语言库，在std名字空间中

#include <cstdio>
int main() {
   std::printf("hello world!");
   using namespace std;
   printf("hello world!");
}

1.5 C++输入输出

• C语言输入输出(printf/scanf)在C++中仍然可以使用
• C++输入输出新增了一种输入输出方式，它更容易使用、可扩展输入输出系统，不需要格式化串。它包括：
  • C++流：cin, cout , cerr
  • C++输入输出操作符：<<和>>

用法：

#include <iostream>
int main() {
   int i, j;
   std::cin >> i >> j;
   std::cout << "say hello " << i << " times!";
}

更多例子：

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    int val, sum = 0;
    cout << "Enter next number: ";
    while ( cin >> val) {
        sum += val;
        cout << "Enter next number: ";
    }
    cout << "Sum of all values: " << sum << '\n';
    return 0;
}

格式控制：使用操纵符

• 输出控制：
  • 控制进制dec, hex, oct
  • 刷新流endl, flush
  • 对齐left, right
  • 精度setprecision(n)
  • 宽度setw(n)
• 输入控制：
  • 跳过空格skipws
  • 读取空白ws

例子：

int main() {
   int i = 4, j = 6, k = 8;
   char c = '!';
   cout << i << c << endl
      << j << c << '\n'<<flush
      << k << c <<endl;
}

int main() {
   int i = 92;
   cout << "i = " << i << " (decimal)\n";
   cout << "i = " << oct << i << "(octal)\n";
   cout << "i = " << hex << i << " (hexadecimal)\n";
   cout << "i = " << dec << i << " (decimal)\n";
}

如果最后一句改为这样，输出会怎样？

cout << "i = " << i << " (hexadecimal)\n";

int main() {
   int i;
   for( i = 1; i <= 1000; i *= 10)
      cout << setw(6) << i << '\n';
   cout << setw(6);
   for( i = 1; i <= 1000; i *=10)
      cout << i << '\n';
}

int main() {
   int a = 5, b = 43, c = 104;
   cout << left << setw(10) << “Karen”
      << right << setw(6) << a << '\n';
   cout << left << setw(10) << “Ben”
      << right << setw(6) << b << '\n';
   cout << left << setw(10) << “Patricia”
      << right << setw(6) << c << '\n';
}

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    char c;
    cin >> noskipws;
    while( cin >> c )
        cout << c;
    return 0;
}

注意：不要同时使用C和C++输入输出库

1.6 定义常量

C语言定义常量的办法

#define PI 3.14
#define MAX 100
float a[ MAX ];

这种宏定义的方法容易带来一些错误。

在C++中新增的了代替宏的一些语法。包括C++定义常量的办法：

const double PI = 3.14;
const int MAX = 100;
float a[ MAX ];

const变量必须在定义时初始化，不能赋值

const int a = 5;
const int b; // error
a = 10; // error

注：const在C语言中也可以使用，但是C++中对const的用法作了扩充。

用const修饰指针的时候，可以放在指针定义的两个不同位置：

int main() {
    int i = 10;
    int j = 11;
    const int *p = &i;
    p = &j;           //ok
    (*p)++;            //error
    int * const q = &i;
    (*q)++;            //ok
    q = &j;           //error
    const int * const r = &i;
    (*r)++;            //error;
    r = &j;           //error;
}

1.7 强制类型转换

参见：C++:强制类型转换

1.8 定义变量

C语言只能在一个语句块开始的地方定义变量

void function(int x) {
    int n; /* 可以在这里定义*/
    if(x) {
        float d; /*可以在这里定义*/
        d= PI*3;
    }
    n = 5;
    int y = 3;  /*不能在这里定义*/
}

而在C++中没有这样的没有限制，而且还可以在for初始化部分定义变量。比如

void reverse_and_print(int a[], int size) {
    for(int i = 0; i < size; i++)
        a[i] = 2*i;
    int temp;
    for(int i = 0; i < size/2; i++) {
        temp = a[i];
        a[i] = a[size-1-i];
        a[size-1-i] = temp;
    }
    for(int i = 0; i < size; i++)
        cout << a[i] << '\n';
}

1.9 结构体

定义结构体变量时可以省略关键字struct

struct point {
    double x, y;
};
struct point p1; // C/C++
point p2; // C++

此外，C++的结构体内部可以包含函数，这样的结构体就变成了类。在后面会详细介绍。

1.10 C++内存分配

C++中可以使用C语言内存分配malloc/free/realloc/calloc等，最常用的是malloc和free。

#include <stdlib.h>
int main() {
    int * p = (int *) malloc(sizeof(int));
    *p = 10;
    free(p);
    p = (int *) malloc(sizeof(int) * 5);
    *p = 5;
    p[1] = 6;
    p[4] = 9
    free(p);
}

C++中还可以用特有的内存分配方法：new/delete。比如：

int main() {
    int *p1 = new int;     // 1个int
    int *p2 = new int [5]; // 5个int
    int *p3 = new int (5); // 1个int，值为5
    delete p1;   // 不能写成free(p1);
    delete[] p2; // 不能写成delete p2;
    delete p3;   // 不能写成delete[] p3;
}

注意：

• new和delete是两个新增的关键字，他们也是两个运算符。

• malloc分配的内存只能用free来释放，new分配的内存只能用delete来释放，new []分配的内存只能用delete []来释放。比如：

  int *p1 = (int *)malloc(sizeof(int));
  delete p1; // error
  int *p2 = new int;
  free(p2); // error
  int *p3 = new int[10];
  delete p3[5]; // error

注意：

• delete一次只能删除一次new的空间

int *p1 = new int;
int *p2 = new int;
delete p1, p2; // error

2 C++中的一些新类型

2.1 bool类型

C++:bool类型

2.2 string类型

在C语言中，用char* 和char[ ]表示字符串。用string.h头文件中定义的strlen, strcpy, strcat, strstr等函数来对字符串进行操作。

#include <string.h>
int main() {
    char s1[20] = "";
    char s2[20] = "hello world";
    strcpy(s1, s2);
    strcat(s2, "!!!");
    scanf("%s", s1);
    printf("%d", strlen(s1));
    printf("%s", s2);
}

C语言的字符串的缺点是内存需要手动管理，容易出错。比如

#include <string.h>
int main() {
    char s1[10] = "hello";
    char s2[10] = "world"
    strcat(s1, s2); /*错误，s1空间不够*/
    strcpy(s1, "hello world"); /*错误，空间不够*/
    scanf("%s", s1); /*危险，如果输入字符串太长会出错*/
}

为避免使用字符串的麻烦和潜在的错误，在C++中，用string类来存放和操作字符串。它定义在string头文件中。

#include <string>
using namespace std;
int main() {
   string s1;           //s1默认初始化为 ""
   string s2 = "Bravo"; //s2初始化为"Bravo"
   string s3 = s2;      //s3初始化和s2一样
   string s4 (10, 'x'); //s4初始化为10个x组成的字符串
   s1 = "Bravo";        //s1的值赋为"Bravo"
   cout << s1 << s1.length() << endl; //输出字符串s1，并输出它的长度
   cout << s1[0];       //取字符串s1中一个字符
   cin >> s1;           //输入一个字符串，以空白符(white space)为界
   s3 = s1 + s2;        //把s1和s2连接成一个字符串并赋值给s3
}

2.3 vector向量

在c语言中表示多个相同的东西，使用数组，比如：

#include <stdio.h>
int main() {
    int array[10];
    int i = 0;
    int x;
    while(1) {
        scanf("%d", &x);
        if( x == 0)
            break;
        array[i++] = x;
    }
}

但是C语言中的数组存在的问题是：

• 数组的大小是编译时确定的，不能动态变化；
• 对数组的下标没有越界检查，常常导致内存错误。

在C++中可以使用vector代替数组。

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main() {
    vector<int> array(10);
    int i = 0;
    int x;
    while(1) {
        cin >> x;
        if( x == 0)
            break;
        array[i++] = x;
    }
}

但是上面这个程序和C语言的版本一样，由于vector的大小是一开始就确定的，所以还是有可能发生数组溢出。我们可以进一步改写：

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

int main() {
    int x;
    vector<int> array;
    while(1) {
        cin >> x;
        if(x == 0)
            break;
        array.push_back(x);
    }
    for(int i = 0; i < array.size(); i++)
        cout << array[i] << '\t';
}

此处，array的大小是动态变化的，一开始是0，随着append不断的增大。

2.4 文件

将内容写到一个文件：

#include <fstream>
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    string name;
    cin >> name;
    ofstream outfile("data.txt");
    if(outfile)
        outfile << "hello" << name;

    else
        cerr << "Oops! File cannot be opened!";

}

从某个文件读数据：

#include <fstream>
#include <iostream>
#include <ctype.h>
using namespace std;
int main() {
    char c;
    ifstream infile("in.txt");
    ofstream outfile("out.txt");
    while(infile >> c) {
        outfile << toupper(c);
    }
}

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