十四天学会C++之第一天（入门和基本语法）

C++的起源和历史

C++诞生于20世纪80年代初，它的创造者是计算机科学家Bjarne Stroustrup。当时，Stroustrup在贝尔实验室工作，他希望为C语言添加一些功能，以便更好地支持系统开发。这个愿望促使他创建了C++。

C++的名字来源于它的基因，其中的"C"代表了C语言，而"++"表示C语言的一个增强版本。这个名字反映了C++的初衷，即在C语言的基础上引入更多的功能和特性。

C++的发展历程非常丰富多彩。1983年，第一个C++编译器问世。1985年，Stroustrup发表了他的博士论文，详细介绍了C++的设计和理念。接着，C++开始逐渐在计算机科学领域广泛传播开来。

C++的主要特点

C++的魅力在于它的多样性和灵活性。以下是C++的主要特点：

• 面向对象编程（OOP）：C++是一门强大的面向对象编程语言。它支持面向对象的核心概念，如封装、继承和多态性。这使得C++成为构建复杂软件系统的理想选择。

• 封装、继承、多态性：C++鼓励良好的代码组织，通过类和对象实现封装，通过继承创建新的类，通过多态性支持灵活的对象行为。

• 标准模板库（STL）：C++提供了强大的STL，它包括许多容器和算法，可以大大简化数据结构和算法的实现。

• 高性能：C++的性能一直是其吸引力之一。它允许直接内存操作，使得C++程序可以高效地执行。

• 跨平台性：C++可以在各种操作系统上运行，这使得它成为跨平台开发的首选语言之一。

C++程序的结构

一个典型的C++程序由多个部分组成，这些部分包括头文件引入、全局声明、main函数、函数定义等。

#include   // 引入头文件

// 全局声明

int main() {
    // main函数

    // 代码逻辑

    return 0;  // 返回值
}

// 函数定义

编写一个简单的Hello World程序

#include   // 引入头文件

int main() {
    // main函数

    // 使用cout输出Hello World到控制台
    std::cout << "Hello, World!" << std::endl;

    return 0;  // 返回值
}

运行结果：

程序解释

• #include ：这是一个头文件引入的示例，它允许我们使用C++标准库中的输入输出功能。在C++中，头文件用于包含预定义的函数和类，以便我们可以使用它们。

• int main()：这是C++程序的入口点，也就是main函数。在这个函数内部，我们编写程序的主要逻辑。main函数的返回值类型是整数（int），通常用于指示程序的执行状态。如果返回0，表示程序正常结束。

• std::cout << "Hello, World!" << std::endl;：这是一个输出语句，使用std::cout对象将字符串"Hello, World!"输出到控制台。<< 运算符用于将数据插入到输出流中，std::endl表示换行。

这个Hello World程序很简单，它演示了C++程序的基本结构和语法。我们可以在main函数内部编写更多的代码来实现各种功能。

基本数据类型

C++提供了多种基本数据类型，用于存储不同种类的数据。以下是一些常见的基本数据类型：

1. 整数类型（int）：用于存储整数值，如-1、0、1、2等。
2. 浮点类型（float和double）：用于存储带有小数点的数值，如3.14、0.5等。
3. 字符类型（char）：用于存储单个字符，如’A’、'B’等。
4. 布尔类型（bool）：用于存储布尔值，只有两个可能的值，true和false。

声明和初始化变量

在C++中，我们使用变量来存储和操作数据。声明变量意味着我们在内存中为它们分配了存储空间。

int age;            // 声明一个整数变量
float price = 9.99; // 声明并初始化一个浮点数变量
char grade = 'A';   // 声明并初始化一个字符变量
bool isStudent = true; // 声明并初始化一个布尔变量

在上面的示例中，我们声明了四个不同类型的变量：age（整数）、price（浮点数）、grade（字符）和isStudent（布尔）。

变量的命名规则和标识符

在C++中，变量名必须遵循一些命名规则和标识符规定：

• 变量名可以包含字母、数字和下划线。
• 变量名必须以字母或下划线开头，不能以数字开头。
• 变量名区分大小写，这意味着myVar和myvar被视为不同的变量。
• 避免使用C++关键字作为变量名，如int、float、if等。

有效的变量名示例：myVar、age、user_name。良好的命名习惯可以使代码更具可读性和维护性。

使用cin实现用户输入数据

在C++中，我们使用cin来接收用户输入的数据。cin是C++标准库中的输入流对象，它可以读取用户从键盘输入的信息。

#include 
using namespace std;

int main() {
    string name;

    cout << "请输入您的姓名: ";
    cin >> name;

    cout << "欢迎您，" << name << "!" << endl;

    return 0;
}

运行结果：

在示例中，我们首先声明了一个字符串变量name来存储用户的姓名。然后，我们使用cout输出流对象向用户显示一条提示消息，要求用户输入姓名。接下来，使用cin输入流对象接收用户的输入，并将其存储在name变量中。最后，我们使用cout再次输出欢迎消息，包括用户的姓名。

输入流和输出流的概念

在C++中，cin和cout分别是输入流和输出流的实例。流是一种数据传输方式，它可以将数据从一个地方传输到另一个地方。输入流用于从外部（例如键盘）读取数据，而输出流用于向外部（例如屏幕）写入数据。

流的概念使我们能够以一种连贯和一致的方式进行输入和输出操作，无论是与用户交互还是与文件进行数据交换。

C++中的运算符

C++提供了多种类型的运算符，用于执行各种操作。以下是一些常见的运算符：

1. 算术运算符：用于执行基本的数学运算，例如加法、减法、乘法和除法。

int a = 10;
int b = 5;
int sum = a + b; // 加法
int diff = a - b; // 减法
int product = a * b; // 乘法
int quotient = a / b; // 除法

2. 关系运算符：用于比较两个值之间的关系，返回布尔结果（真或假）。

int x = 10;
int y = 5;
bool isEqual = (x == y); // 等于
bool isNotEqual = (x != y); // 不等于
bool isGreater = (x > y); // 大于
bool isLess = (x < y); // 小于

3. 逻辑运算符：用于执行逻辑操作，例如逻辑与、逻辑或和逻辑非。

bool condition1 = true;
bool condition2 = false;
bool resultAnd = (condition1 && condition2); // 逻辑与
bool resultOr = (condition1 || condition2); // 逻辑或
bool resultNot = !condition1; // 逻辑非

表达式的构建和求值

在C++中，表达式是由运算符和操作数组成的组合，用于执行特定的计算。表达式可以包含变量、常量和函数调用。

int a = 10;
int b = 5;
int result = (a + b) * 2; // 表达式由运算符和操作数构成

在上面的示例中，表达式(a + b) * 2包含了加法运算符、乘法运算符和操作数a、b、2。

表达式的求值是根据运算符的优先级和结合性来执行的。C++有一套严格的规则来确定表达式中各个运算符的执行顺序。

数学运算示例

简单的数学运算示例来加深对表达式的理解：

#include 
using namespace std;

int main() {
    int a = 10;
    int b = 5;

    // 加法和乘法表达式
    int sum = a + b;
    int product = a * b;

    // 输出结果
    cout << "Sum: " << sum << endl;
    cout << "Product: " << product << endl;

    return 0;
}

运行结果：

在示例中，我们计算了两个整数的和and积，并使用cout输出流将结果显示在屏幕上。

基本的控制结构（if语句，循环）

条件语句 - if和if-else

条件语句允许根据条件的真假执行不同的代码块。if语句的基本用法：

if (条件) {
    // 如果条件为真，执行这里的代码块
} 

使用if语句来判断一个数字是否为正数：

#include 
using namespace std;

int main() {
    int number;
    cout << "请输入一个整数：";
    cin >> number;

    if (number > 0) {
        cout << "这是一个正数" << endl;
    }

    return 0;
}

运行结果：

在示例中，如果用户输入的数字大于0，将输出"这是一个正数"。

if-else语句允许我们在条件为假时执行另一段代码块：

if (条件) {
    // 如果条件为真，执行这里的代码块
} else {
    // 如果条件为假，执行这里的代码块
}

下面是一个判断数字奇偶性：

#include 
using namespace std;

int main() {
    int number;
    cout << "请输入一个整数：";
    cin >> number;

    if (number % 2 == 0) {
        cout << "这是一个偶数" << endl;
    } else {
        cout << "这是一个奇数" << endl;
    }

    return 0;
}

运行结果：

循环结构 - for和while

循环结构允许我们重复执行一段代码，直到满足特定条件为止。for循环的基本用法：

for (初始化; 条件; 步进) {
    // 循环体
}

使用for循环来打印从1到10的数字：

#include 
using namespace std;

int main() {
    for (int i = 1; i <= 10; i++) {
        cout << i << " ";
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

运行结果：

while循环的用法：

while (条件) {
    // 循环体
}

使用while循环计算数字的阶乘：

#include 
using namespace std;

int main() {
    int n;
    cout << "请输入一个正整数：";
    cin >> n;

    int factorial = 1;
    while (n > 0) {
        factorial *= n;
        n--;
    }

    cout << "阶乘结果为：" << factorial << endl;

    return 0;
}

运行结果：

if语句用于根据条件执行不同的代码块，而循环结构允许我们重复执行代码。