编程基础——C++语言基础知识

C++语言基础知识

一、控制台程序的基本结构

C++控制台程序通常从一个简单的"Hello World"示例开始，这有助于初学者理解程序的基本结构和工作方式。

示例代码：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    cout << "Hello World!!!" << endl;
    return 0;
}

#include <iostream>：这是一个预处理指令，用于包含标准输入输出流库，使得可以使用cout进行输出。
using namespace std;：这条语句允许我们直接使用标准命名空间中的名称，如cout和endl，而无需在前面加std::。
int main()：定义了主函数，这是每个C++程序的入口点。int表示函数返回一个整数给操作系统。
cout << "Hello World!!!" << endl;：使用插入操作符<<向控制台输出文本。endl是一个操纵符，用于插入一个换行符并刷新输出缓冲区。
return 0;：表示程序正常结束。

二、输入输出语句

C++使用cout和cin进行标准输出和输入。

（1）输出语句`cout`

cout用于向控制台输出文本或变量。
endl用于结束当前行并刷新输出缓冲区。

示例：

1
2
3

cout << "Hello world" << endl;
int a = 122;
cout << a << endl;

（2）输入语句`cin`

cin用于从标准输入（通常是键盘）读取数据。

示例：

1
2
3

int a;
char b;
cin >> a >> b;

三、变量和常量

（1）常量

在C++中，常量是一旦初始化后其值不可改变的实体。

1. 整数

使用const关键字定义整数常量：

1	`const int maxStudents = 30;`

2. 浮点数

定义浮点数常量：

1	`const double pi = 3.14159;`

（2）变量

变量是可以在程序执行期间改变值的实体。

1. 整型（`int`）

用于存储整数。

1	`int age = 25;`

2. 浮点型（`float`, `double`）

用于存储带小数点的数字。

1	`double salary = 4589.50;`

3. 布尔型（`bool`）

表示逻辑真（true）或假（false）。

1	`bool isOnline = true;`

4. 字符型（`char`）

用于存储单个字符。

1	`char grade = 'A';`

5. 字符串类型（`string`）

用于存储一系列字符。

1	`string name = "Alice";`

四、基本程序结构

(1)顺序结构

顺序结构是最基本的程序结构，程序按照代码的书写顺序从上到下执行指令。在C++中，每条指令通常以分号（;）结束，表示一条语句的结束。这种结构适用于所有基本操作，如变量声明、赋值、调用函数等。

示例：

int main() {
    int a = 5;              // 声明并初始化变量
    a = a + 3;              // 修改变量的值
    cout << a << endl;      // 输出变量的值
    return 0;               // 返回操作系统0，表示程序正常结束
}

(2)选择结构

选择结构允许程序基于条件判断来选择不同的执行路径。C++提供了多种选择结构，包括if语句、else语句、else if语句以及switch语句。

1. `if`语句

用于基于条件执行代码块。如果条件为真（true），则执行if块内的代码。

示例：

1
2
3

if (a > 0) {
    cout << "a is positive." << endl;
}

2. `else`和`else if`语句

else用于当if条件为假（false）时执行的代码块。else if允许对多个条件进行检查。

示例：

if (a > 0) {
    cout << "a is positive." << endl;
} else if (a < 0) {
    cout << "a is negative." << endl;
} else {
    cout << "a is zero." << endl;
}

3. `switch`语句

用于基于变量的值执行多个代码块中的一个。每个代码块由case标签指定，并且通常在末尾使用break来防止执行流跳转到下一个case。

示例：

switch (a) {
    case 1:
        cout << "One" << endl;
        break;
    case 2:
        cout << "Two" << endl;
        break;
    default:
        cout << "Other" << endl;
}

(3)循环结构

循环结构允许重复执行代码块直到满足特定条件。C++中主要的循环结构有for循环、while循环和do-while循环。

1. `for`循环

用于在已知循环次数的情况下重复执行代码块。它包括初始化表达式、循环条件和迭代表达式。

示例：

1
2
3

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    cout << i << " ";
}

2. `while`循环

在循环开始前检查条件，只有条件为真时才执行循环体。

示例：

int i = 0;
while (i < 5) {
    cout << i << " ";
    i++;
}

3. `do-while`循环

至少执行一次循环体，因为条件检查在循环体之后进行。

示例：

int i = 0;
do {
    cout << i << " ";
    i++;
} while (i < 5);

五、高级数据类型

(1)整型

int: 用于存储整数。占用通常是4个字节（但这依赖于编译器和计算机架构）。
short: 用于存储较小的整数，通常是2个字节。
long: 用于存储较大的整数，通常是至少4个字节。
long long: 用于存储非常大的整数，通常是8个字节。

(2)浮点型

float: 单精度浮点数。用于存储有小数部分的数字，精度约为7位十进制数字。
double: 双精度浮点数。用于存储大和/或非常精确的浮点数，精度约为15位十进制数字。
long double: 扩展精度浮点数，精度和大小依赖于编译器和计算机架构。

(3)字符型

char: 用于存储单个字符，如'a'或'1'。占用1个字节。
wchar_t: 用于存储宽字符，通常用于Unicode字符，大小可能是2或4个字节。

(4)布尔型

bool: 用于表示逻辑值true或false。

(5)其他类型

void: 表示无类型，通常用于指定不返回值的函数的返回类型。
auto: 自动类型推断，允许编译器根据初始化表达式推断变量的类型。

(6)复合数据类型

1. 数组

用于存储同类型元素的固定大小序列。
示例：int numbers[10]; // 声明一个整型数组，包含10个整数。

2. 结构体

允许将不同的数据类型组合成一个单一实体。

示例：

struct Person {
    string name;
    int age;
};

3. 联合

允许在相同的内存位置存储不同的数据类型，但一次只能使用一个。

示例：

union Data {
    int i;
    float f;
    char str[20];
};

4. 枚举

定义一个变量，它可以持有一组整型常数中的任意一个。
示例：
1
enum Color { red, green, blue };

(7)指针

存储变量地址的变量，可用于间接访问内存。
示例：int* ptr = &variable; // ptr现在指向variable的地址。

(8)动态数据结构

动态数组（向量）：使用std::vector可以动态地增减大小。
链表：手动或使用std::list进行管理，允许元素的动态插入和删除。

(9)类

用户定义的数据类型，允许封装数据和相关操作。

示例：

class Car {
  private:
    string brand;
    int year;
  public:
    void drive();
    void stop();
};

六、函数

（1）函数的定义和声明

函数是执行特定任务的一组语句的集合。函数通常包括返回类型、函数名、参数列表和函数体。

示例：

#include <iostream>
using namespace std;

// 函数声明
int add(int a, int b);

int main() {
    int result = add(5, 3);
    cout << "Sum: " << result << endl;
    return 0;
}

// 函数定义
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

（2）函数的参数传递

1. 值传递

参数的值传递给函数，不影响原变量。

2. 引用传递

传递参数的引用，函数内修改会影响原变量。

示例：

void swap(int &x, int &y) {
    int temp = x;
    x = y;
    y = temp;
}

（3）函数的返回值

函数可以返回一个值，可以是基本数据类型、指针、引用或用户定义的类型。

七、面向对象编程（OOP）

（1）类和对象

类是用户定义的类型，用于封装数据和操作。对象是类的实例。

示例：

class Car {
public:
    string brand;
    int year;

    void drive() {
        cout << "Driving" << endl;
    }
};

int main() {
    Car myCar;
    myCar.brand = "Toyota";
    myCar.year = 2020;
    myCar.drive();
    return 0;
}

（2）构造函数和析构函数

构造函数在创建对象时初始化对象，析构函数在对象销毁时清理资源。

示例：

class Car {
public:
    string brand;
    int year;

    // 构造函数
    Car(string b, int y) {
        brand = b;
        year = y;
    }

    // 析构函数
    ~Car() {
        cout << "Car destroyed" << endl;
    }
};

int main() {
    Car myCar("Toyota", 2020);
    myCar.drive();
    return 0;
}

（3）继承

继承允许一个类从另一个类继承属性和方法，促进代码重用。

示例：

class Vehicle {
public:
    string brand;
    void honk() {
        cout << "Honk!" << endl;
    }
};

class Car : public Vehicle {
public:
    int year;
};

int main() {
    Car myCar;
    myCar.brand = "Toyota";
    myCar.year = 2020;
    myCar.honk();
    return 0;
}

（4）多态性

多态性允许不同类的对象通过相同的接口调用各自的方法。

示例：

class Animal {
public:
    virtual void sound() {
        cout << "Some sound" << endl;
    }
};

class Dog : public Animal {
public:
    void sound() override {
        cout << "Bark" << endl;
    }
};

int main() {
    Animal *a = new Dog();
    a->sound();  // 输出 "Bark"
    delete a;
    return 0;
}

八、标准模板库（STL）

STL提供了丰富的数据结构和算法。

（1）容器

1. 向量（vector）

动态数组，支持随机访问。

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

int main() {
    vector<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5};
    nums.push_back(6);
    cout << nums[0] << endl;
    return 0;
}

2. 列表（list）

双向链表，支持快速插入和删除。

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

int main() {
    list<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5};
    nums.push_back(6);
    cout << nums.front() << endl;
    return 0;
}

（2）迭代器

迭代器用于遍历容器中的元素。

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

int main() {
    vector<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5};
    for (vector<int>::iterator it = nums.begin(); it != nums.end(); ++it) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

（3）算法

STL提供了多种算法，如排序、查找、复制等。

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

int main() {
    vector<int> nums = {5, 2, 9, 1, 5, 6};
    sort(nums.begin(), nums.end());
    for (int num : nums) {
        cout << num << " ";
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

九、异常处理

异常处理用于捕获和处理运行时错误，增强程序的鲁棒性。

（1）try-catch块

示例：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    try {
        int a = 10;
        int b = 0;
        if (b == 0) {
            throw "Division by zero!";
        }
        int c = a / b;
    } catch (const char* msg) {
        cerr << "Error: " << msg << endl;
    }
    return 0;
}

（2）自定义异常类

示例：

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

class MyException : public exception {
public:
    const char* what() const throw() {
        return "My custom exception";
    }
};

int main() {
    try {
        throw MyException();
    } catch (MyException& e) {
        cout << e.what() << endl;
    }
    return 0;
}

十、文件操作

文件操作允许程序读取和写入文件。

（1）文件的读取

示例：

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

int main() {
    ifstream infile("example.txt");
    if (infile.is_open()) {
        string line;
        while (getline(infile, line)) {
            cout << line << endl;
        }
        infile.close();
    }
    return 0;
}

（2）文件的写入

示例：

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

int main() {
    ofstream outfile("example.txt");
    if (outfile.is_open()) {
        outfile << "Hello, World!" << endl;
        outfile.close();
    }
    return 0;
}

十一、多线程编程

C++11引入了多线程支持，允许程序并行执行。

（1）创建线程

示例：

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

void threadFunction() {
    cout << "Thread is running" << endl;
}

int main() {
    thread t(threadFunction);
    t.join();
    return 0;
}

（2）线程同步

互斥锁

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
using namespace std;

mutex mtx;

void printThread(int n) {
    mtx.lock();
    cout << "Thread " << n << " is running" << endl;
    mtx.unlock();
}

int main() {
    thread t1(printThread, 1);
    thread t2(printThread, 2);
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

十二、C++11及更高版本的新特性

（1）auto关键字

自动类型推断。

1 2	`auto x = 10; // int auto y = 3.14; // double`

（2）Lambda表达式

匿名函数。

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    auto add = [](int a, int b) -> int {
        return a + b;
    };
    cout << add(5, 3) << endl;
    return 0;
}

（3）智能指针

管理动态内存。

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

int main() {
    unique_ptr<int> p1(new int(10));
    cout << *p1 << endl;
    return 0;
}

（4）范围for循环

遍历容器。

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

int main() {
    vector<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5};
    for (int num : nums) {
        cout << num << " ";
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

（5）nullptr关键字

替代NULL。

1	`int* p = nullptr;`

（6）线程支持库

多线程编程。

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

void threadFunction() {
    cout << "Thread is running" << endl;
}

int main() {
    thread t(threadFunction);
    t.join();
    return 0;
}

C++基础

#编程基础 #C++ #语言基础

编程基础——C++语言基础知识

https://blog.cxhap.top/2024/07/28/编程基础——C-语言基础知识/

作者

DingWH03

发布于

2024年7月28日

许可协议

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编程基础——C++语言基础知识

C++语言基础知识

一、控制台程序的基本结构

示例代码：

二、输入输出语句

（1）输出语句cout

示例：

（2）输入语句cin

示例：

三、变量和常量

（1）常量

1. 整数

2. 浮点数

（2）变量

1. 整型（int）

2. 浮点型（float, double）

3. 布尔型（bool）

4. 字符型（char）

5. 字符串类型（string）

四、基本程序结构

(1)顺序结构

示例：

(2)选择结构

1. if语句

示例：

2. else和else if语句

示例：

3. switch语句

示例：

(3)循环结构

1. for循环

示例：

2. while循环

示例：

3. do-while循环

示例：

五、高级数据类型

(1)整型

(2)浮点型

(3)字符型

(4)布尔型

(5)其他类型

(6)复合数据类型

1. 数组

2. 结构体

3. 联合

4. 枚举

(7)指针

(8)动态数据结构

(9)类

六、函数

（1）函数的定义和声明

示例：

（2）函数的参数传递

1. 值传递

2. 引用传递

示例：

（3）函数的返回值

七、面向对象编程（OOP）

（1）类和对象

示例：

（2）构造函数和析构函数

示例：

（3）继承

示例：

（4）多态性

示例：

八、标准模板库（STL）

（1）容器

1. 向量（vector）

2. 列表（list）

（2）迭代器

（3）算法

九、异常处理

（1）try-catch块

示例：

（2）自定义异常类

示例：

十、文件操作

（1）文件的读取

（1）输出语句`cout`

（2）输入语句`cin`

1. 整型（`int`）

2. 浮点型（`float`, `double`）

3. 布尔型（`bool`）

4. 字符型（`char`）

5. 字符串类型（`string`）

1. `if`语句

2. `else`和`else if`语句

3. `switch`语句

1. `for`循环

2. `while`循环

3. `do-while`循环