第二章—C++简单程序设计（一）

计算机的最基本的功能是数据处理

C++支持的基本数据类型：整数、实数、字符、布尔数据

C++支持的基本运算：算术运算、关系运算、逻辑运算、位运算、逗号运算、条件运算

程序要能够输入数据、输出数据

C++中的输入/输出可以调用预定义的功能模块实现

程序的执行流程

顺序的，因此程序要能够对执行流程进行选择（选择、开关语句）；

反复用同一算法依次处理大批量数据（循环语句）。

枚举类型

通过列出所有可取值来定义一种新类型。

C++的特点和程序实例

C++的产生和发展

从C语言发展演变而来，最初被称为“带类的C”；

• 1983年正式取名为C++；
• 1998年11月被国际标准化组织（ISO）批准为国际标准；
• 2003年10月15日发布第2版C++标准ISO/IEC 14882:2003；
• 2011年8月12日ISO公布了第三版C++标准C++11，包含核心语言的新机能、扩展C++标准程序库。
• 2014年8月18日ISO公布了C++14，其正式名称为“International Standard ISO/IEC 14882:2014(E) Programming Language C++”.
• C++14作为C++11的一个小扩展，主要提供漏洞修复和小的改进。

C++的特点

• 兼容C，支持面向过程的程序设计；
• 支持面向对象的方法；
• 支持泛型程序设计方法。

命名空间

• 避免命名冲突
• std是C++标准库的命名空间（namespace）名
• using namespace std表示打开std命名空间

例 2-1

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
cout << "Hello!" << endl;
cout << "Welcome to c++!" << endl;
return 0;
}

运行结果：

Hello!
Welcome to c++！

C++字符集和词法记号

字符集

• 大小写的英文字母：A~Z，a~z
• 数字字符：0~9
• 特殊字符：! # % ^ & * _ + = - ~ < > / \ ' " ; . , : ? ( ) [ ] { } |

词法记号

• 关键字——C++与的定义的单词
• 标识符——程序员声明的单词，它命名程序正文中的一些实体
• 文字——在程序中直接使用符号表示的数据
• 分隔符——() {} , : ;    用于分隔各个词法记号或程序正文
• 运算符（操作符）——用于实现各种运算的符号
• 空白符——空格、制表符（TAB键产生的字符）、垂直制表符、换行符、回车符和注释的总称

标识符的构成规则

• 以大写字母、小写字母或下划线开始
• 可以有以大写字母、小写字母、下划线（_）或数字0~9组成
• 大写字母和小写字母代表不同的标识符
• 不能是C++关键字或操作符

基本数据类型、常量、变量

C++能够处理的基本数据类型

• 整数类型；
• 浮点数类型；
• 字符类型；
• 布尔类型。

程序中的数据

• 常量：①在源程序中直接写明的数据；②其值在整个程序运行期间不可改变。

变量：在程序运行过程中允许改变的数据。

整数类型

• 基本的整数类型：int
• 按符号分：符号的（signed）、无符号的（unsigned）
• 按照数据范围分：短整数（short）、长整数（long）、长长整数（long long）
• ISO C++标准并没有明确规定每种数据类型的字节数和取值范围，它只是规定它们之间的字节数大小顺序满足：（signed/unsigned）signed char ≤ (unsigned) short int ≤ (unsigned) int ≤ (unsigned) long int ≤ long long int

字符类型（char）

• 容纳单个字符的编码；
• 实质上存储的也是整数。

浮点数类型

• 单精度（float）
• 双精度（double）
• 扩展精度（long double）

字符串类型

• 有字符串常量
• 基本类型中没有字符串变量
• 采用字符数组存储字符串（C风格的字符串）
• 标准C++类库中的String类（C++风格的字符串）

布尔类型（bool）

• 只有两个值：true（真）、false（假）
• 常用来表示关系比较、相等比较或逻辑运算的结果

各基本类型的取值范围

常量

• 在程序运行的整个过程中其值始终不可改变的量；
• 直接使用符号（文字）表示的值；
• 例如：12，3.5，'A'都是常量。

整数常量

• 以文字形式出现的整数；
• 十进制：若干个0~9的数字，但数字部分不能以0开头，正数前边的正号可以省略。
• 八进制：前导0+若干个0~7的数字
• 十六进制：前导0x+若干个0~9的数字及A~F的字母（大小写均可）
• 后缀：后缀L（或 l）表示类型少是long，后缀LL（或 ll）表示类型是long long，后缀U（或 u）表示unsigned类型。

浮点数常量

• 以文字形式出现的实数；
• 一般形式：例如，12.5，-12.5等。
• 指数形式：例如，0.345E+2，-34.4E-3；整数部分和小数部分可以省略其一。
• 浮点常量默认为double型，如果后缀F（或 f）可以使其称为float型，例如：12.3f。

字符常量

• 单引号括起来的一个字符，如：'a'、'D'、'?'、'$'；
• C++转义字符列表（用于在程序中表示不可显示字符）

C风格字符串常量

• 一对双引号括起来的字符序列；
• 在内存中按串中字符的排列次序顺序存放，每个字符占一个字节；
• 在末尾添加'\0'作为结尾标记。例：

通过添加前缀可以改变字符常量或者字符串常量的类型，前缀及其含义如下表所示：

变量：在程序的运行过程中，其值可变的量

• 变量定义：数据类型 变量名1, 变量名2,...,变量名n;
• 初始化：C++语言中提供了多种初始化方式；

例如：

int a = 0;

int a(0);

int a = {0};

int a{0};

其中使用大括号的初始化方式称为列表初始化，列表初始化时不允许信息的丢失。

例如用double值初始化int变量，就会造成数据丢失。

符号常量

• 常量定义语句的形式为：①const 数据类型说明符 常量名 = 常量值；②数据类型说明符 const 常量名 = 常量值；
• 例如，可以定义一个代表圆周率的符号常量：const float PI = 3.1415926;
• 符号常量在定义时一定要初始化，在程序中间不能改变其值。

程序举例

题目：读入并显示整数

主要知识点：

①常量：在源程序中直接写明的数据，其值在整个程序运行期间不可改变，这样的数
据称为常量。

②变量：在运行过程中从计算机的外部设备（例如键盘、硬盘）读取的，这些数据的
值在程序运行过程中允许改变，这样的数据称为变量

③从键盘输入数据：iostream 类的对象cin 的>>操作，可以从标准输入设备（通常是键盘）读入
数据

④数据的存储：为了存储数据，需要预先为这些数据分配内存空间，变量的定义就是在给变量命名的时候分配内存空间。

源代码

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
int radius;
cout<<"Please enter the radius!\n";
cin>>radius;
cout<<“The radius is:”<<radius<<‘\n’;
cout<<“PI is:”<<3.14<<‘\n’;
cout<<"Please enter a different radius!\n";
cin>>radius;
cout<<"Now the radius is changed to:"
<<radius<<‘\n’;
return 0;
}

题目：为常量命名

主要知识点：符号常量

源代码

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{ const double pi(3.14159);
int radius;
cout<<"Please enter the radius!\n";
cin>>radius;
cout<<"The radius is:"<<radius<<'\n';
cout<<"PI is:"<<pi<<'\n';
cout<<"Please enter a different radius!\n";
cin>>radius;
cout<<"Now the radius is changed to:"<<radius<<'\n';
cout<<"PI is still:"<<pi<<'\n‘;
//cin>>pi;
return 0;
}

运行结果：
Please enter the radius!
2
The radius is:2
PI is:3.14159
Please enter a different radius!
3
Now the radius is changed to:3
PI is still:3.14159

题目：变量的初始化

主要知识点：变量的初始化

• 虽然变量的值是可以在运行时获得的，但是在定义变量时也可以进行初始化，而
  且应该提倡进行初始化；
• 未经初始化的变量，其值可能是随机的。如果误用了未经初始化也没有给予确定
  值的变量，就会引起错误。

源代码

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
const double pi(3.14159);
int radius(0);
cout<<"The initial radius is:"<<radius<<'\n';
cout<<"PI is:"<<pi<<'\n‘; 。
cout<<"Please enter a different radius!\n";
cin>>radius;
cout<<"Now the radius is changed to:"<<radius<<'\n';
cout<<“PI is still:”<<pi<<‘\n’;
return 0;
}

算数运算符与赋值运算

算数运算

• 基本算术运算符：+ - * /（若整数相除，结果取整），%（取余，操作数为整数）
• 优先级与结核性：先乘除，后加减，同级自左至右
• ++，--（自增、自减） 例：i++; --j;

赋值运算

• 将值赋给变量
• 赋值运算符“=”
• 赋值表达式：①用赋值运算符连接的表达式；②例：n = 5    n = n + 5；③表达式的值：赋值运算符左边对象被赋值后的值；④表达式的类型：赋值运算符左边对象的类型
• 复合的赋值运算符：①+=，-=，*=，/=，%=，<<=，>>=，&=，^=，|=；②例 a += 3等价于a = a + 3；x *= y + 8等价于x = x * (y + 8)

逗号运算、关系运算、逻辑运算和条件运算

逗号运算和逗号表达式

• 格式：表达式1，表达式2
• 求解顺序及结果：①先求解表达式1，再求解表达式2；②最终结果为表达式2的值
• 例 a = 3 * 5, a * 4 最终结果为60

关系运算与关系表达式

• 关系运算是比较简单的一种逻辑运算，优先次序为：

• 关系表达式是一种最简单的逻辑表达式：其结果类型为bool，值只能为true或false
• 例如：a > b, c <= a + b, x + y == 3

逻辑运算与逻辑表达式

• 逻辑运算符：①!（非）   &&（与）    ||（或）；②优先次序：高 →低
• 逻辑运算结果类型：bool，值只能为true或false
• 逻辑表达式，例如：(a > b) && (x > y)

"&&"（逻辑与）运算

• “&&”的运算规则：①两侧表达式都为真，结果为真；②有一侧表达式为假，结果为假。
• “&&”的“短路特性”：表达式1 && 表达式2  ①先求解表达式1；②若表达式1的值为fasle，则最终结果为false，不再求解表达式2；③若表达式1的结果为true，则求解表达式2，以表达式2的结果作为最终结果

“||”（逻辑或）运算

• “||”的运算规则：①两侧表达式都为假，结果为假；②有一侧表达式为真，结果为真。
• “||”的“短路特性”：表达式1 || 表达式2  ①先求解表达式1；②若表达式1的值为true，则最终结果为true，不再求解表达式2；③若表达式1的结果为false，则求解表达式2，以表达式2的结果作为最终结果

条件运算符与条件表达式

• 一般形式：

表达式1 ？ 表达式2 ： 表达式3；

表达式1必须是bool类型

• 执行顺序：①先求解表达式1；②若表达式1的值为true，则求解表达式2，表达式2的值为最终结果；③若表达式1的值为false，则求解表达式3，表达式3的值为最终结果
• 例：x = a > b ? a : b; 如果a > b为true，计算结果为a，如果a > b为false，计算结果为b

条件运算的优先级

• 条件运算符优先级高于赋值运算符，低于逻辑运算符，例

• 表达式1式bool类型，表达式2、3的类型可以不同，条件表达式的最终类型为2和3中较高的类型

Sizeof运算、位运算

sizeof运算

• 语法形式：sizeof（类型名）或 sizeof 表达式
• 结果值：“类型名”所指定的类型或“表达式”的结果类型所占的字节数
• 例：sizeof(short)     sizeof x

位运算——按位与（&）

• 运算规则：将两个运算量的每一个位进行逻辑与操作
• 举例：计算3 & 5

• 用途：①将某一位置0，其他位不变。例如：将char型变量a的最低位置0：a = a & 0xfe；②取指定位。例如：有char c; int a;取出a的低字节，置于c中：c = a & 0xff;

位运算——按位或（|）

• 运算规则：将两个运算量的每一个位进行逻辑或操作
• 举例：计算3 | 5

• 用途：①将某些位置1，其他位不变；②例如：将int型变量a的低字节置1：a = a | 0xff;

位运算——按位异或（^）

• 运算规则：两个操作数进行异或；若对应位相同，则结果该位为0，若对应位不同，则结果该位为1.
• 举例：计算071 ^ 052

• 用途举例：使特定位翻转（与0异或保持原值，与1异或取反）

例如：要使01111010低四位翻转：

位运算——取反（~）

• 运算规则：单目运算符，对一个二进制数按位取反
• 例， 025：0000000000010101    ~025：1111111111101010

位运算——移位（<<、>>）

• 左移运算（<<）：左移后，低位补0，高位舍弃
• 右移运算（>>）：右移后地位舍弃，高位无符号数补0，有符号数补“符号位”

运算优先级、类型转换

运算符优先级

优先级	运算符	结合性
1	[ ]  ( )  .  –>    后置 ++   后置 ––	左→右
2	前置 ++   前置 ––   sizeof   &   *   +（正号）  –（负号） ~  !	右→左
3	（强制转换类型）	右→左
4	.*   ->*	左→右
5	*  /  %	左→右
6	+  –	左→右
7	<< >>	左→右
8	< > <=  >=	左→右
9	==  !=	左→右
10	&	左→右
11	^	左→右
12	|	左→右
13	&&	左→右
14	||	左→右
15	? :	右→左
16	=  *=  /=  %= +=  –=  <<=  >>=&=  ^=  |=	右→左
17	,	左→右

混合运算时数据类型的转换

• 一些二元运算符（算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、位运算符和赋值运算符）
  要求两个操作数的类型一致。
• 在算术运算和关系运算中如果参与运算的操作数类型不一致，编译系统会自动对数据
  进行转换（即隐含转换），基本原则是将低类型数据转换为高类型数据。

数据的输入和输出

I/O流

• 在在 C++中，将数据从一个对象到另一个对象的流动抽象为“流”。流在使用前要被建
  立，使用后要被删除。
• 数据的输入与输出是通过I/O 流来实现的，cin 和cout 是预定义的流类对象。cin 用
  来处理标准输入，即键盘输入。cout 用来处理标准输出，即屏幕输出。
• 从流中获取数据的操作称为提取操作，向流中添加数据的操作称为插入操作。

预定义的插入符和提取符

• “<<”是预定义的插入符，作用在流类对象cout 上便可以实现项标准输出设备输出。

cout<< 表达式 << 表达式...

• 标准输入是将提取符作用在流类对象cin 上。

cin>> 表达式 >> 表达式...

• 提取符可以连续写多个，每个后面跟一个表达式，该表达式通常是用于存放输入值的
  变量。例如：

int a, b;

cin >> a >> b;

常用的I/O 流类库操纵符

操纵符名 含 义
dec 数值数据采用十进制表示
hex 数值数据采用十六进制表示
oct 数值数据采用八进制表示
ws 提取空白符
endl 插入换行符，并刷新流
ends 插入空字符
setsprecision(int) 设置浮点数的小数位数（包括小数点）
setw(int) 设置域宽
例：cout << setw(5) << setprecision(3) << 3.1415;

if语句

if语句的语法形式

if(表达式) 语句    例：if (x > y) cout << x;

if(表达式) 语句1 else 语句2    例：if (x > y) cout << x; else cout << y;

if (表达式1) 语句1 else if (表达式2) 语句2 else if (表达式3) 语句3…else 语句 n

例 2-2 输入一个年份，判断是否闰年 

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
int year;
bool isLeapYear;
cout << "Enter the year: ";
cin >> year;
isLeapYear = ((year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || (year % 400 == 0));
if (isLeapYear)
cout << year << " is a leap year" << endl;
else
cout << year << " is not a leap year" << endl;
return 0;
}

嵌套的if 结构

语法形式

if ()

if() 语句1

else  语句2

else

if() 语句3

else  语句4

• 注意：①语句1、2、3、4可以是复合语句；②每层的if与else配对，或用{}来确定层次关系

例2-3：输入两个整数，比较两个数的大小

#include<iostream>
using namespace std;
int main() {
int x, y;
cout << "Enter x and y:";
cin >> x >> y;
if (x != y)
if (x > y)
cout << "x > y" << endl;
else
cout << "x < y" << endl;
else
cout << "x = y" << endl;
return 0;
}

switch语句

• 语法形式

switch(表达式)

{ case 常量表达式 1：语句1

case 常量表达式 2：语句2

┆
case 常量表达式 n：语句n

default : 语句n+1

}

• 执行顺序：以 case 中的常量表达式值为入口标号，由此开始顺序执行。因此，每个case 分
  支最后应该加break 语句。
• 注意：case 分支可包含多个语句，且不用{ }。表达式、判断值都是int 型或char 型。如果若干分支执行内容相同可共用一组语句。

例 2-4：输入一个0～6 的整数，转换成星期输出

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
int day;
cin >> day;
switch (day) {
case 0: cout << "Sunday" << endl; break;
case 1: cout << "Monday" << endl; break;
case 2: cout << "Tuesday" << endl; break;
case 3: cout << "Wednesday" << endl; break;
case 4: cout << "Thursday" << endl; break;
case 5: cout << "Friday" << endl; break;
case 6: cout << "Saturday" << endl; break;
default:
cout<<"Day out of range Sunday .. Saturday"<< endl; break;
}
return 0;
}

while语句

• 语法形式：while (表达式) 语句        

注意：表达式可以是复合语句，其中必须含
有改变条件表达式值的语句。

• 执行顺序：先判断表达式的值，若为 true 时，执行语句。

例  2-5 求自然数1～10 之和

#include <iostream>

using namespace std;
int main() {
int i = 1, sum = 0;
while (i <= 10) {
sum += i; //相当于sum = sum + i;
i++;
}
cout << "sum = " << sum << endl;
return 0;
}

do-while语句

• do-while 语句的语法形式

do 语句

while （表达式）

注意：语句可以是复合语句，其中必须含
有改变条件表达式值的语句。

• 执行顺序：先执行循环体语句，后判断条件。表达式为 true 时，继续执行循环体。

例  2-6：输入一个数，将各位数字翻转后输出

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
int n, right_digit, newnum = 0;
cout << "Enter the number: ";
cin >> n;
cout << "The number in reverse order is ";
do {
right_digit = n % 10;
cout << right_digit;
n /= 10; /*相当于n=n/10*/
} while (n != 0);
cout << endl;

return 0;
}

例 2-7 用do-while 语句编程，求自然数1~10 之和

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
int i = 1, sum = 0;
do {
sum += i;
i++;
} while (i <= 10);
cout << "sum = " << sum << endl;
return 0;
}
对

对比下面的程序

程序1：

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
int i, sum = 0;
cin >> i;
while (i <= 10) {
sum += i;

i++;
}
cout<< "sum= " << sum
<< endl;
return 0;
}

程序2：

#include <iostream>

using namespace std;
int main() {
int i, sum = 0;
cin >> i;
do {
sum += i;
i++;
} while (i <= 10)；
cout << "sum=" << sum
<< endl;
return 0;
}

for语句

• for语句语法形式：

• for语句的另一种形式：范围for 语句：for (声明：表达式) 语句

例  2-8：输入一个整数，求出它的所有因子

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
int n;
cout << "Enter a positive integer: ";
cin >> n;
cout << "Number " << n << " Factors ";
for (int k = 1; k <= n; k++)
if (n % k == 0)
cout << k << " ";
cout << endl;
return 0;
}

运行结果1：

Enter a positive integer: 36

Number 36 Factors 1 2 3 4 6 9 12 18 36

运行结果2：

Enter a positive integer: 7

Number 7 Factors 1 7

嵌套的控制结构、其他控制语句

例 2-10 输入一系列整数，统计出正整数个数i 和负整数个数j,读入0 则结
束。

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
int i = 0, j = 0, n;
cout <<"Enter some integers please (enter 0 to quit):" << endl;
cin >> n;
while (n != 0) {
if (n > 0) i += 1;
if (n < 0) j += 1;
cin >> n;
}
cout << "Count of positive integers: " << i << endl;
cout << "Count of negative integers: " << j << endl;
return 0;
}

其他控制语句

• break语句：使程序从循环体和switch 语句内跳出，继续执行逻辑上的下一条语句。不宜用在别
  处。
• continue 语句：结束本次循环，接着判断是否执行下一次循环。
• goto 语句：使程序的执行流程跳转到语句标号所指定的语句。不提倡使用。
  

自定义类型

类型别名：为已有类型另外命名

• typedef  已有类型名 新类型名表

例：

typedef double Area, Volume;
typedef int Natural;
Natural i1,i2;
Area a;
Volume v;

• using 新类型名 = 已有类型名;

例 ：

using Area = double;
using Volume = double;

枚举类型

• 定义方式：将全部可取值一一列举出来。
• 语法形式： enum 枚举类型名 {变量值列表};
  
• 例：enum Weekday {SUN, MON, TUE, WED, THU, FRI, SAT};
  默认情况下 SUN=0，MON=1，TUE=2，......，SAT=6

C++包含两种枚举类型：

• 不限定作用域枚举类型：enum 枚举类型名 {变量值列表};
• 限定作用域的enum 类

不限定作用域枚举类型说明：

• 枚举元素是常量，不能对它们赋值
  例如有如下定义
  enum Weekday {SUN, MON, TUE, WED, THU, FRI, SAT};
  不能写赋值表达式：SUN = 0
• 枚举元素具有默认值，它们依次为： 0,1,2,......。
• 也可以在声明时另行指定枚举元素的值，如：
  enum Weekday{SUN=7,MON=1,TUE,WED, THU,FRI,SAT};
• 也可以在声明时另行指定枚举元素的值；
• 枚举值可以进行关系运算。
• 整 数值不能直接赋给枚举变量， 如需要将整数赋值给枚举变量， 应进行强
  制类型转换。
• 枚举值可以赋给整型变量。

例 2-11

• 设某次体育比赛的结果有四种可能：胜（WIN）、负（LOSE）、平局（TIE）、比赛取
  消（CANCEL），编写程序顺序输出这四种情况。
• 分析：
  比赛结果只有四种可能，可以声明一个枚举类型。

#include <iostream>
using namespace std;
enum GameResult {WIN, LOSE, TIE, CANCEL};
int main() {
GameResult result;
enum GameResult omit = CANCEL;
for (int count = WIN; count <= CANCEL; count++) {
result = GameResult(count);
if (result == omit)
cout << "The game was cancelled" << endl;
else {
cout << "The game was played ";
if (result == WIN) cout << "and we won!";
if (result == LOSE) cout << "and we lost.";
cout << endl;
}
}
return 0;
}

auto类型与decltype 类型

• auto：编译器通过初始值自动推断变量的类型

例如：auto val = val1 + val2;
如果val1+val2 是int 类型，则val 是int 类型；
如果val1+val2 是double 类型，则val 是double 类型。

• decltype：定义一个变量与某一表达式的类型相同，但并不用该表达式初始化变量

例如：decltype(i) j = 2;