C++学习笔记——基础语法（二）

C++ 运算符

C++ 内置了丰富的运算符，并提供了以下类型的运算符：

• 算术运算符
• 关系运算符
• 逻辑运算符
• 位运算符
• 赋值运算符
• 杂项运算符

算术运算符

C++ 支持的算术运算符。

假设变量 A 的值为 10，变量 B 的值为 20，则：

运算符	描述	实例
+	把两个操作数相加	A + B 将得到 30
-	从第一个操作数中减去第二个操作数	A - B 将得到 -10
*	把两个操作数相乘	A * B 将得到 200
/	分子除以分母	B / A 将得到 2
%	取模运算符，整除后的余数	B % A 将得到 0
++	自增运算符，整数值增加 1	A++ 将得到 11
–	自减运算符，整数值减少 1	A-- 将得到 9

关系运算符

C++ 支持的关系运算符。

假设变量 A 的值为 10，变量 B 的值为 20，则：

运算符	描述	实例
==	检查两个操作数的值是否相等，如果相等则条件为真。	(A == B) 不为真。
!=	检查两个操作数的值是否相等，如果不相等则条件为真。	(A != B) 为真。
>	检查左操作数的值是否大于右操作数的值，如果是则条件为真。	(A > B) 不为真。
<	检查左操作数的值是否小于右操作数的值，如果是则条件为真。	(A < B) 为真。
>=	检查左操作数的值是否大于或等于右操作数的值，如果是则条件为真。	(A >= B) 不为真。
<=	检查左操作数的值是否小于或等于右操作数的值，如果是则条件为真。	(A <= B) 为真。

逻辑运算符

C++ 支持的关系逻辑运算符。

假设变量 A 的值为 1，变量 B 的值为 0，则：

运算符	描述	实例
&&	称为逻辑与运算符。如果两个操作数都非零，则条件为真。	(A && B) 为假。
		称为逻辑或运算符。如果两个操作数中有任意一个非零，则条件为真。
!	称为逻辑非运算符。用来逆转操作数的逻辑状态。如果条件为真则逻辑非运算符将使其为假。	!(A && B) 为真。

位运算符

位运算符作用于位，并逐位执行操作。&、 | 和 ^ 的真值表如下所示：

假设如果 A = 60，且 B = 13，现在以二进制格式表示，它们如下所示：

A = 0011 1100

B = 0000 1101

---

A&B = 0000 1100

A|B = 0011 1101

A^B = 0011 0001

~A = 1100 0011

C++ 支持的位运算符。
假设变量 A 的值为 60，变量 B 的值为 13，则：

赋值运算符

C++ 支持的赋值运算符：

杂项运算符

C++ 支持的其他一些重要的运算符。

运算符	描述
sizeof	sizeof 运算符返回变量的大小。例如，sizeof(a) 将返回 4，其中 a 是整数。
Condition ? X : Y	条件运算符。如果 Condition 为真 ? 则值为 X : 否则值为 Y。
,	逗号运算符会顺序执行一系列运算。整个逗号表达式的值是以逗号分隔的列表中的最后一个表达式的值。
.（点）和 ->（箭头）	成员运算符用于引用类、结构和共用体的成员。
Cast	强制转换运算符把一种数据类型转换为另一种数据类型。例如，int(2.2000) 将返回 2。
&	指针运算符 & 返回变量的地址。例如 &a; 将给出变量的实际地址。
*	指针运算符 * 指向一个变量。例如，*var; 将指向变量 var。

C++ 中的运算符优先级

C++ 循环

循环语句允许我们多次执行一个语句或语句组。

循环类型

循环类型	描述
while 循环	当给定条件为真时，重复语句或语句组。它会在执行循环主体之前测试条件。
for 循环	多次执行一个语句序列，简化管理循环变量的代码。
do…while 循环	除了它是在循环主体结尾测试条件外，其他与 while 语句类似。
嵌套循环	可以在 while、for 或 do…while 循环内使用一个或多个循环。

循环控制语句

循环控制语句更改执行的正常序列。当执行离开一个范围时，所有在该范围中创建的自动对象都会被销毁。

控制语句	描述
break 语句	终止 loop 或 switch 语句，程序流将继续执行紧接着 loop 或 switch 的下一条语句。
continue 语句	引起循环跳过主体的剩余部分，立即重新开始测试条件。
goto 语句	将控制转移到被标记的语句。但是不建议在程序中使用 goto 语句。

无限循环

如果条件永远不为假，则循环将变成无限循环。

for 循环在传统意义上可用于实现无限循环。
由于构成循环的三个表达式中任何一个都不是必需的，可以将某些条件表达式留空来构成一个无限循环。

#include 
using namespace std;

int main ()
{

   for( ; ; )
   {
      printf("This loop will run forever.\n");
   }

   return 0;
}

一般情况下，C++ 程序员偏向于使用 for( ; ; ) 结构来表示一个无限循环。

注意：可以按 Ctrl + C 键终止一个无限循环。

C++ 判断

判断结构要求程序员指定一个或多个要评估或测试的条件，以及条件为真时要执行的语句（必需的）和条件为假时要执行的语句（可选的）。

判断语句

语句	描述
if 语句	一个 if 语句 由一个布尔表达式后跟一个或多个语句组成。
if…else 语句	一个 if 语句 后可跟一个可选的 else 语句，else 语句在布尔表达式为假时执行。
嵌套 if 语句	可以在一个 if 或 else if 语句内使用另一个 if 或 else if 语句。
switch 语句	一个 switch 语句允许测试一个变量等于多个值时的情况。
嵌套 switch 语句	可以在一个 switch 语句内使用另一个 switch 语句。

? : 运算符

条件运算符 ? :，可以用来替代 if…else 语句。
它的一般形式如下：

Exp1 ? Exp2 : Exp3;

其中，Exp1、Exp2 和 Exp3 是表达式。请注意，冒号的使用和位置。

? 表达式的值是由 Exp1 决定的。如果 Exp1 为真，则计算 Exp2 的值，结果即为整个 ? 表达式的值。如果 Exp1 为假，则计算 Exp3 的值，结果即为整个 ? 表达式的值。

C++ 函数

函数是一组一起执行一个任务的语句。

每个 C++ 程序都至少有一个函数，即主函数 main() ，所有简单的程序都可以定义其他额外的函数。

函数声明告诉编译器函数的名称、返回类型和参数。函数定义提供了函数的实际主体。

C++ 标准库提供了大量的程序可以调用的内置函数。

定义函数

C++ 中的函数定义的一般形式如下：

return_type function_name( parameter list )
{
   body of the function
}

在 C++ 中，函数由一个函数头和一个函数主体组成。

下面列出一个函数的所有组成部分：

• 返回类型：一个函数可以返回一个值。return_type 是函数返回的值的数据类型。有些函数执行所需的操作而不返回值，在这种情况下，return_type 是关键字 void。
• 函数名称：这是函数的实际名称。函数名和参数列表一起构成了函数签名。
• 参数：参数就像是占位符。当函数被调用时，向参数传递一个值，这个值被称为实际参数。参数列表包括函数参数的类型、顺序、数量。参数是可选的，也就是说，函数可能不包含参数。
• 函数主体：函数主体包含一组定义函数执行任务的语句。

函数声明

函数声明会告诉编译器函数名称及如何调用函数。函数的实际主体可以单独定义。

函数声明包括以下几个部分：

return_type function_name( parameter list );

针对上面定义的函数 max()，以下是函数声明：

int max(int num1, int num2);

在函数声明中，参数的名称并不重要，只有参数的类型是必需的，因此下面也是有效的声明：

int max(int, int);

当在一个源文件中定义函数且在另一个文件中调用函数时，函数声明是必需的。
在这种情况下，应该在调用函数的文件顶部声明函数。

调用函数

创建 C++ 函数时，会定义函数做什么，然后通过调用函数来完成已定义的任务。

当程序调用函数时，程序控制权会转移给被调用的函数。被调用的函数执行已定义的任务，当函数的返回语句被执行时，或到达函数的结束括号时，会把程序控制权交还给主程序。

调用函数时，传递所需参数，如果函数返回一个值，则可以存储返回值。

#include 
using namespace std;

// 函数声明
int max(int num1, int num2);

int main ()
{
   // 局部变量声明
   int a = 100;
   int b = 200;
   int ret;

   // 调用函数来获取最大值
   ret = max(a, b);

   cout << "Max value is : " << ret << endl;

   return 0;
}

// 函数返回两个数中较大的那个数
int max(int num1, int num2) 
{
   // 局部变量声明
   int result;

   if (num1 > num2)
      result = num1;
   else
      result = num2;

   return result; 
}

函数参数

如果函数要使用参数，则必须声明接受参数值的变量。这些变量称为函数的 形式参数。

形式参数就像函数内的其他局部变量，在进入函数时被创建，退出函数时被销毁。

当调用函数时，有两种向函数传递参数的方式：

调用类型	描述
传值调用	该方法把参数的实际值复制给函数的形式参数。在这种情况下，修改函数内的形式参数对实际参数没有影响。
指针调用	该方法把参数的地址复制给形式参数。在函数内，该地址用于访问调用中要用到的实际参数。这意味着，修改形式参数会影响实际参数。
引用调用	该方法把参数的引用复制给形式参数。在函数内，该引用用于访问调用中要用到的实际参数。这意味着，修改形式参数会影响实际参数。

默认情况下，C++ 使用传值调用来传递参数。

参数的默认值

当定义一个函数，可以为参数列表中后边的每一个参数指定默认值。
当调用函数时，如果实际参数的值留空，则使用这个默认值。

这是通过在函数定义中使用赋值运算符来为参数赋值的。
调用函数时，如果未传递参数的值，则会使用默认值，如果指定了值，则会忽略默认值，使用传递的值。

Lambda 函数与表达式

Lambda 表达式把函数看作对象。
Lambda 表达式可以像对象一样使用，比如可以将它们赋给变量和作为参数传递，还可以像函数一样对其求值。

Lambda 表达式具体形式如下:

[capture](parameters)->return-type{body}

例如：

[](int x, int y){ return x < y ; }

如果没有返回值可以表示为：

[capture](parameters){body}

例如：

[]{ ++global_x; } 

[]      // 沒有定义任何变量。使用未定义变量会引发错误。
[x, &y] // x以传值方式传入（默认），y以引用方式传入。
[&]     // 任何被使用到的外部变量都隐式地以引用方式加以引用。
[=]     // 任何被使用到的外部变量都隐式地以传值方式加以引用。
[&, x]  // x显式地以传值方式加以引用。其余变量以引用方式加以引用。
[=, &z] // z显式地以引用方式加以引用。其余变量以传值方式加以引用。

对于[=]或[&]的形式，lambda 表达式可以直接使用 this 指针。但是，对于[]的形式，如果要使用 this 指针，必须显式传入：

[this]() { this->someFunc(); }();

C++ 数字

C++ 定义数字

下面是一个 C++ 中定义各种类型数字的综合实例：

#include 
using namespace std;

int main ()
{
   // 数字定义
   short  s;
   int    i;
   long   l;
   float  f;
   double d;

   // 数字赋值
   s = 10;      
   i = 1000;    
   l = 1000000; 
   f = 230.47;  
   d = 30949.374;

   // 数字输出
   cout << "short  s :" << s << endl;
   cout << "int    i :" << i << endl;
   cout << "long   l :" << l << endl;
   cout << "float  f :" << f << endl;
   cout << "double d :" << d << endl;

   return 0;
}

C++ 数学运算

在 C++ 中，除了可以创建各种函数，还包含了各种有用的函数供您使用。这些函数写在标准 C 和 C++ 库中，叫做内置函数。可以在程序中引用这些函数。

下表列出了 C++ 中一些有用的内置的数学函数。

序号	函数 & 描述
1	double cos(double); 该函数返回弧度角（double 型）的余弦。
2	double sin(double); 该函数返回弧度角（double 型）的正弦。
3	double tan(double); 该函数返回弧度角（double 型）的正切。
4	double log(double); 该函数返回参数的自然对数。
5	double pow(double, double); 假设第一个参数为 x，第二个参数为 y，则该函数返回 x 的 y 次方。
6	double hypot(double, double); 该函数返回两个参数的平方总和的平方根，也就是说，参数为一个直角三角形的两个直角边，函数会返回斜边的长度。
7	double sqrt(double); 该函数返回参数的平方根。
8	int abs(int); 该函数返回整数的绝对值。
9	double fabs(double); 该函数返回任意一个浮点数的绝对值。
10	double floor(double); 该函数返回一个小于或等于传入参数的最大整数。

C++ 随机数

关于随机数生成器，有两个相关的函数。
一个是 rand()，该函数只返回一个伪随机数。生成随机数之前必须先调用 srand() 函数。

下面实例中使用了 time() 函数来获取系统时间的秒数，通过调用 rand() 函数来生成随机数：

#include 
#include 
#include 

using namespace std;

int main ()
{
   int i,j;

   // 设置种子
   srand( (unsigned)time( NULL ) );

   /* 生成 10 个随机数 */
   for( i = 0; i < 10; i++ )
   {
      // 生成实际的随机数
      j= rand();
      cout <<"随机数： " << j << endl;
   }

   return 0;
}

C++ 数组

C++ 支持数组数据结构，它可以存储一个固定大小的相同类型元素的顺序集合。数组是用来存储一系列数据，但它往往被认为是一系列相同类型的变量。

声明数组

在 C++ 中要声明一个数组，需要指定元素的类型和元素的数量，如下所示：

type arrayName [ arraySize ];

arraySize 必须是一个大于零的整数常量，type 可以是任意有效的 C++ 数据类型。
例：

double balance[10];

初始化数组

在 C++ 中，您可以逐个初始化数组，也可以使用一个初始化语句，如下所示：

double balance[5] = {1000.0, 2.0, 3.4, 7.0, 50.0};

访问数组元素

数组元素可以通过数组名称加索引进行访问。元素的索引是放在方括号内，跟在数组名称的后边。

例如：

double salary = balance[9];

C++ 中数组详解

概念	描述
多维数组	C++ 支持多维数组。多维数组最简单的形式是二维数组。
指向数组的指针	您可以通过指定不带索引的数组名称来生成一个指向数组中第一个元素的指针。
传递数组给函数	您可以通过指定不带索引的数组名称来给函数传递一个指向数组的指针。
从函数返回数组	C++ 允许从函数返回数组。

C++ 字符串

C++ 提供了以下两种类型的字符串表示形式：

• C 风格字符串
• C++ 引入的 string 类类型

C 风格字符串

字符串实际上是使用 null 字符 ‘\0’ 终止的一维字符数组。因此，一个以 null 结尾的字符串，包含了组成字符串的字符。

序号	函数 & 目的
1	strcpy(s1, s2); 复制字符串 s2 到字符串 s1。
2	strcat(s1, s2); 连接字符串 s2 到字符串 s1 的末尾。
3	strlen(s1); 返回字符串 s1 的长度。
4	strcmp(s1, s2); 如果 s1 和 s2 是相同的，则返回 0；如果 s1s2 则返回值大于 0。
5	strchr(s1, ch); 返回一个指针，指向字符串 s1 中字符 ch 的第一次出现的位置。
6	strstr(s1, s2); 返回一个指针，指向字符串 s1 中字符串 s2 的第一次出现的位置。

C++ 中的 String 类

#include 
#include 

using namespace std;

int main ()
{
   string str1 = "Hello";
   string str2 = "World";
   string str3;
   int  len ;

   // 复制 str1 到 str3
   str3 = str1;
   cout << "str3 : " << str3 << endl;

   // 连接 str1 和 str2
   str3 = str1 + str2;
   cout << "str1 + str2 : " << str3 << endl;

   // 连接后，str3 的总长度
   len = str3.size();
   cout << "str3.size() :  " << len << endl;

   return 0;
}

C++ 指针

通过指针，可以简化一些 C++ 编程任务的执行，还有一些任务，如动态内存分配，没有指针是无法执行的。

每一个变量都有一个内存位置，每一个内存位置都定义了可使用连字号（&）运算符访问的地址，它表示了在内存中的一个地址。

#include 

using namespace std;

int main ()
{
   int  var1;
   char var2[10];

   cout << "var1 变量的地址： ";
   cout << &var1 << endl;

   cout << "var2 变量的地址： ";
   cout << &var2 << endl;

   return 0;
}

什么是指针？

指针是一个变量，其值为另一个变量的地址，即，内存位置的直接地址。

指针变量声明的一般形式为：

type *var-name;

在这里，type 是指针的基类型，它必须是一个有效的 C++ 数据类型，var-name 是指针变量的名称。
星号是用来指定一个变量是指针。以下是有效的指针声明：

int    *ip;    /* 一个整型的指针 */
double *dp;    /* 一个 double 型的指针 */
float  *fp;    /* 一个浮点型的指针 */
char   *ch;    /* 一个字符型的指针 */

所有指针的值的实际数据类型，不管是整型、浮点型、字符型，还是其他的数据类型，都是一样的，都是一个代表内存地址的长的十六进制数。

不同数据类型的指针之间唯一的不同是，指针所指向的变量或常量的数据类型不同。

C++ 中使用指针

使用指针时会频繁进行以下几个操作：定义一个指针变量、把变量地址赋值给指针、访问指针变量中可用地址的值。

#include 

using namespace std;

int main ()
{
   int  var = 20;   // 实际变量的声明
   int  *ip;        // 指针变量的声明

   ip = &var;       // 在指针变量中存储 var 的地址

   cout << "Value of var variable: ";
   cout << var << endl;

   // 输出在指针变量中存储的地址
   cout << "Address stored in ip variable: ";
   cout << ip << endl;

   // 访问指针中地址的值
   cout << "Value of *ip variable: ";
   cout << *ip << endl;

   return 0;
}

C++ 指针详解

概念	描述
C++ Null 指针	C++ 支持空指针。NULL 指针是一个定义在标准库中的值为零的常量。
C++ 指针的算术运算	可以对指针进行四种算术运算：++、–、+、-
C++ 指针 vs 数组	指针和数组之间有着密切的关系。
C++ 指针数组	可以定义用来存储指针的数组。
C++ 指向指针的指针	C++ 允许指向指针的指针。
C++ 传递指针给函数	通过引用或地址传递参数，使传递的参数在调用函数中被改变。
C++ 从函数返回指针	C++ 允许函数返回指针到局部变量、静态变量和动态内存分配。

C++ 引用

引用变量是一个别名，也就是说，它是某个已存在变量的另一个名字。
一旦把引用初始化为某个变量，就可以使用该引用名称或变量名称来指向变量。

C++ 引用 vs 指针

引用很容易与指针混淆，它们之间有三个主要的不同：

• 不存在空引用。引用必须连接到一块合法的内存。
• 一旦引用被初始化为一个对象，就不能被指向到另一个对象。指针可以在任何时候指向到另一个对象。
• 引用必须在创建时被初始化。指针可以在任何时间被初始化。

C++ 中创建引用

可以通过原始变量名称或引用来访问变量的内容。

例如：

int i = 17;

可以为 i 声明引用变量，如下所示：

int&  r = i;
double& s = d;

在这些声明中，& 读作引用。
第一个声明可以读作 “r 是一个初始化为 i 的整型引用”，第二个声明可以读作 “s 是一个初始化为 d 的 double 型引用”。

引用通常用于函数参数列表和函数返回值。

概念	描述
把引用作为参数	C++ 支持把引用作为参数传给函数，这比传一般的参数更安全。
把引用作为返回值	可以从 C++ 函数中返回引用，就像返回其他数据类型一样。

C++ 日期 & 时间

为了使用日期和时间相关的函数和结构，需要在 C++ 程序中引用 头文件。

有四个与时间相关的类型：clock_t、time_t、size_t 和 tm。

C++ 基本的输入输出

C++ 的 I/O 发生在流中，流是字节序列。如果字节流是从设备（如键盘、磁盘驱动器、网络连接等）流向内存，这叫做输入操作。
如果字节流是从内存流向设备（如显示屏、打印机、磁盘驱动器、网络连接等），这叫做输出操作。

参考资料：

https://www.nowcoder.com/tutorial/10003/8d2fd237dc484ec4b05fff22c26fd63b