一、C++基本语法

让我们看一段简单的代码，可以输出单词 Hello World。

1.1 实例

#include <iostream>
using namespace std;
 
// main() 是程序开始执行的地方
 
int main()
{
   cout << "Hello World"; // 输出 Hello World
   return 0;
}

接下来我们讲解一下上面这段程序：

• C++ 语言定义了一些头文件，这些头文件包含了程序中必需的或有用的信息。上面这段程序中，包含了头文件 <iostream>。
• 下一行 using namespace std; 告诉编译器使用 std 命名空间。命名空间是 C++ 中一个相对新的概念。
• 下一行 // main() 是程序开始执行的地方 是一个单行注释。单行注释以 // 开头，在行末结束。
• 下一行 int main() 是主函数，程序从这里开始执行。
• 下一行 cout << "Hello World"; 会在屏幕上显示消息 "Hello World"。
• 下一行 return 0; 终止 main( )函数，并向调用进程返回值 0。

1.2 C++注释

C++ 注释一般有两种：

• // - 一般用于单行注释。

• /* ... */ - 一般用于多行注释。

注释以 // 开始，直到行末为止。例如：

二、C++的数据类型

下表是C++的七种基本数据类型

一些基本类型可以用一个或多个修饰符来修饰

C++11 新增类型

上述数据类型占据空间大小，可使用sizeof(数据类型)来计算。

派生数据类型

类型别名

标准库类型

三、C++的变量

3.1 变量类型

量就是程序可操作的存储区的名称，变量的名称可以由字母、数字和下划线字符组成。它必须以字母或下划线开头。C++ 是大小写敏感的。

1. 整数类型（Integer Types）：

   • int：用于表示整数，通常占用4个字节。
   • short：用于表示短整数，通常占用2个字节。
   • long：用于表示长整数，通常占用4个字节。
   • long long：用于表示更长的整数，通常占用8个字节。

2. 浮点类型（Floating-Point Types）：

   • float：用于表示单精度浮点数，通常占用4个字节。
   • double：用于表示双精度浮点数，通常占用8个字节。
   • long double：用于表示更高精度的浮点数，占用字节数可以根据实现而变化。

3. 字符类型（Character Types）：

   • char：用于表示字符，通常占用1个字节。
   • wchar_t：用于表示宽字符，通常占用2或4个字节。
   • char16_t：用于表示16位Unicode字符，占用2个字节。
   • char32_t：用于表示32位Unicode字符，占用4个字节。

4. 布尔类型（Boolean Type）：

   • bool：用于表示布尔值，只能取true或false。

5. 枚举类型（Enumeration Types）：

   • enum：用于定义一组命名的整数常量。

6. 指针类型（Pointer Types）：

   • type*：用于表示指向类型为type的对象的指针。

7. 数组类型（Array Types）：

   • type[]或type[size]：用于表示具有相同类型的元素组成的数组。

8. 结构体类型（Structure Types）：

   • struct：用于定义包含多个不同类型成员的结构。

9. 类类型（Class Types）：

   • class：用于定义具有属性和方法的自定义类型。

10. 共用体类型（Union Types）：

    • union：用于定义一种特殊的数据类型，它可以在相同的内存位置存储不同的数据类型。

3.2 变量的定义、声明和使用

type variable_list = value;

四、C++变量作用域

一般来说有三个地方可以定义变量：

• 在函数或一个代码块内部声明的变量，称为局部变量。

• 在函数参数的定义中声明的变量，称为形式参数。

• 在所有函数外部声明的变量，称为全局变量。

作用域是程序的一个区域，变量的作用域可以分为以下几种：

• 局部作用域：在函数内部声明的变量具有局部作用域，它们只能在函数内部访问。局部变量在函数每次被调用时被创建，在函数执行完后被销毁。

• 全局作用域：在所有函数和代码块之外声明的变量具有全局作用域，它们可以被程序中的任何函数访问。全局变量在程序开始时被创建，在程序结束时被销毁。

• 块作用域：在代码块内部声明的变量具有块作用域，它们只能在代码块内部访问。块作用域变量在代码块每次被执行时被创建，在代码块执行完后被销毁。

• 类作用域：在类内部声明的变量具有类作用域，它们可以被类的所有成员函数访问。类作用域变量的生命周期与类的生命周期相同。

注意：如果在内部作用域中声明的变量与外部作用域中的变量同名，则内部作用域中的变量将覆盖外部作用域中的变量。

五、C++ 存储类

存储类定义 C++ 程序中变量/函数的范围（可见性）和生命周期。这些说明符放置在它们所修饰的类型之前。下面列出 C++ 程序中可用的存储类：

• auto：这是默认的存储类说明符，通常可以省略不写。auto 指定的变量具有自动存储期，即它们的生命周期仅限于定义它们的块（block）。auto 变量通常在栈上分配。

• static：用于定义具有静态存储期的变量或函数，它们的生命周期贯穿整个程序的运行期。在函数内部，static变量的值在函数调用之间保持不变。在文件内部或全局作用域，static变量具有内部链接，只能在定义它们的文件中访问。

• extern：用于声明具有外部链接的变量或函数，它们可以在多个文件之间共享。默认情况下，全局变量和函数具有 extern 存储类。在一个文件中使用extern声明另一个文件中定义的全局变量或函数，可以实现跨文件共享。

• mutable (C++11)：用于修饰类中的成员变量，允许在const成员函数中修改这些变量的值。通常用于缓存或计数器等需要在const上下文中修改的数据。

• thread_local (C++11)：用于定义具有线程局部存储期的变量，每个线程都有自己的独立副本。线程局部变量的生命周期与线程的生命周期相同。

六、C++运算符

6.1 算术运算符

下表显示了 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：

6.2 关系运算符

下表显示了 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：

6.3 逻辑运算符

下表显示了 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：

6.4 位运算符

0&0=0;   
0&1=0;    
1&0=0;     
1&1=1;

0|0=0;   
0|1=1;   
1|0=1;    
1|1=1;

0^0=0;   
0^1=1;   
1^0=1;  
1^1=0;

~1=-2;   
~0=-1;

6.5 赋值运算符

下表列出了 C++ 支持的赋值运算符：

6.6 杂项运算符

下表列出了 C++ 支持的其他一些重要的运算符。

七、C++循环

7.1 循环类型

C++ 编程语言提供了以下几种循环类型。点击链接查看每个类型的细节。

7.2 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。

八、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）。

九、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。您可以把代码划分到不同的函数中。如何划分代码到不同的函数中是由您来决定的，但在逻辑上，划分通常是根据每个函数执行一个特定的任务来进行的。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。

9.1 函数的定义、声明和调用

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

return_type：函数返回值类型，有些函数执行操作不返回值，则使用void修饰。

function_name：函数名

parameter list：表示参数列表，它包括参数的类型、顺序、数量。参数是可选的（可以没有）

示例：

#include <iostream>
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; 
}

9.2 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，有三种向函数传递参数的方式：

默认情况下，C++ 使用传值调用来传递参数。一般来说，这意味着函数内的代码不能改变用于调用函数的参数。之前提到的实例，调用 max() 函数时，使用了相同的方法。

十、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。

10.1 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 ];

10.2 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};

10.3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];

十一、C++字符串

11.1 C风格字符串

C 风格的字符串起源于 C 语言，并在 C++ 中继续得到支持。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。

下面的声明和初始化创建了一个 RUNOOB 字符串。由于在数组的末尾存储了空字符，所以字符数组的大小比单词 RUNOOB 的字符数多一个。

char site[7] = {'R', 'U', 'N', 'O', 'O', 'B', '\0'};

依据数组初始化规则，您可以把上面的语句写成以下语句：

char site[] = "RUNOOB";

以下是 C/C++ 中定义的字符串的内存表示：

C++ 中有大量的函数用来操作以 null 结尾的字符串:

string str1 = "runoob";
string str2 = "google";
string str = str1 + str2;

11.2 C++的String类

C++ 标准库提供了 string 类类型，支持上述所有的操作，另外还增加了其他更多的功能。

string标准库用法

十二、C++指针

12.1 指针的定义和使用

指针本身是一个变量，它的值就是一个变量的地址。与其他变量相同，使用指针前必须声明。

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。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。

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 */

示例:

// 指针使用的实例
#include <iostream>
using namespace std;
int main(){
    int var = 20; //实际指针的值
    int *p; //指针变量的声明
    p = &var;   //在指针变量的地址中存储var的地址
    cout << "var的值是: " << var << endl;
    cout << "p指针存储的地址是:" << p << endl;
    cout << "p指针存储地址中的值是:" << *p << endl;

    return 0;
}

12.2 空指针

        在变量声明的时候，如果没有确切的地址可以赋值，为指针变量赋一个 NULL 值是一个良好的编程习惯。赋为 NULL 值的指针被称为空指针。

        NULL 指针是一个定义在标准库中的值为零的常量。

#include <iostream>

using namespace std;

int main ()
{
   int  *ptr = NULL;

   cout << "ptr 的值是 " << ptr ;
 
   return 0;
}

        当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

ptr 的值是 0

        在大多数的操作系统上，程序不允许访问地址为 0 的内存，因为该内存是操作系统保留的。然而，内存地址 0 有特别重要的意义，它表明该指针不指向一个可访问的内存位置。但按照惯例，如果指针包含空值（零值），则假定它不指向任何东西。

        如需检查一个空指针，您可以使用 if 语句，如下所示：

if(ptr)     /* 如果 ptr 非空，则完成 */
if(!ptr)    /* 如果 ptr 为空，则完成 */

        因此，如果所有未使用的指针都被赋予空值，同时避免使用空指针，就可以防止误用一个未初始化的指针。很多时候，未初始化的变量存有一些垃圾值，导致程序难以调试。

12.3 指针的算术运算

指针是一个用数值表示的地址。因此，您可以对指针执行算术运算。可以对指针进行四种算术运算：++、--、+、-。

假设 ptr 是一个指向地址 1000 的整型指针，是一个 32 位的整数，让我们对该指针执行下列的算术运算：

ptr++

执行 ptr++ 后，指针 ptr 会向前移动 4 个字节，指向下一个整型元素的地址。这是由于指针算术运算会根据指针的类型和大小来决定移动的距离。在这种情况下，由于是一个 32 位整数指针，每个整数占据 4 个字节，因此 ptr++ 会将指针 ptr 向前移动 4 个字节，指向下一个整型元素的地址。

如果 ptr 指向一个地址为 1000 的字符，执行 ptr++ 指针 ptr 的值会增加，指向下一个字符元素的地址，由于 ptr 是一个字符指针，每个字符占据 1 个字节，因此 ptr++ 会将 ptr 的值增加 1，执行后 ptr 指向地址 1001。

指针算术运算的详细解析：

• 加法运算：可以对指针进行加法运算。当一个指针p加上一个整数n时，结果是指针p向前移动n个元素的大小。例如，如果p是一个int类型的指针，每个int占4个字节，那么p + 1将指向p所指向的下一个int元素。

• 减法运算：可以对指针进行减法运算。当一个指针p减去一个整数n时，结果是指针p向后移动n个元素的大小。例如，如果p是一个int类型的指针，每个int占4个字节，那么p - 1将指向p所指向的前一个int元素。

• 指针与指针之间的减法运算：可以计算两个指针之间的距离。当从一个指针p减去另一个指针q时，结果是两个指针之间的元素个数。例如，如果p和q是两个int类型的指针，每个int占4个字节，那么p - q将得到两个指针之间的元素个数。

• 指针与整数之间的比较运算：可以将指针与整数进行比较运算。可以使用关系运算符（如<、>、<=、>=）对指针和整数进行比较。这种比较通常用于判断指针是否指向某个有效的内存位置。

指针的递增/递减

示例：

#include <iostream>
using namespace std;
int main(){
    int arr[5] = {1,2,3,4,5};
    int *p;
    p = &arr[0];
    cout << "p指针存储的初始地址为:" << p <<endl;
    cout << "p的初始值为:" << *p <<endl;
    p++;
    cout << "p指针递增后的地址为:" << p <<endl;
    cout << "p递增后的值为:" << *p << endl;
}

输出结果：

可以看到，p指针初始指向数组的第一个元素，p指针递增后，指向的元素从1，变为2；存储的内存地址，增加了4，表示移动了4个字节。递增指针时，指针的值将增加一个偏移，这个偏移等于指针所指向的数据类型的大小，如指向的是int，偏移为4个字节。

指针递减同理。

注意：使用指针操作时，要确保指针指向有效的内存区域，否则可能会导致未定义行为或程序崩溃。在操作数组时，尤其要小心避免指针超出数组的范围。

指针的比较

在C++中，指针的比较操作可以用于确定两个指针是否指向相同的位置、一个指针是否指向的位置在另一个指针之前或之后等。指针的比较主要包括以下几种：

• 相等性比较 (== 和 !=)
• 关系比较 (<, <=, >, >=)

相等性比较

相等性比较用于检查两个指针是否指向相同的位置。

关系比较

关系比较用于确定一个指针是否指向的位置在另一个指针之前或之后。这通常在指针指向同一个数组的元素时有意义。

示例：

#include <iostream>

int main() {
    int arr[] = {10, 20, 30, 40, 50};
    int* ptr1 = &arr[1]; // 指向数组的第二个元素
    int* ptr2 = &arr[3]; // 指向数组的第四个元素
    int* ptr3 = &arr[1]; // 指向数组的第二个元素

    // 相等性比较
    if (ptr1 == ptr3) {
        std::cout << "ptr1 和 ptr3 指向相同的位置" << std::endl;
    } else {
        std::cout << "ptr1 和 ptr3 指向不同的位置" << std::endl;
    }

    if (ptr1 != ptr2) {
        std::cout << "ptr1 和 ptr2 指向不同的位置" << std::endl;
    } else {
        std::cout << "ptr1 和 ptr2 指向相同的位置" << std::endl;
    }

    // 关系比较
    if (ptr1 < ptr2) {
        std::cout << "ptr1 指向的元素在 ptr2 指向的元素之前" << std::endl;
    } else {
        std::cout << "ptr1 指向的元素不在 ptr2 指向的元素之前" << std::endl;
    }

    if (ptr2 > ptr1) {
        std::cout << "ptr2 指向的元素在 ptr1 指向的元素之后" << std::endl;
    } else {
        std::cout << "ptr2 指向的元素不在 ptr1 指向的元素之后" << std::endl;
    }

    return 0;
}

结果：

ptr1 和 ptr3 指向相同的位置
ptr1 和 ptr2 指向不同的位置
ptr1 指向的元素在 ptr2 指向的元素之前
ptr2 指向的元素在 ptr1 指向的元素之后

注意事项

• 同一数组范围内的比较： 关系比较（如 <, >, <=, >=）在同一数组的元素之间进行是有意义的。如果指针不属于同一个数组，关系比较的结果是未定义的。

• 指针为空： 在比较指针之前，确保指针不是空指针（nullptr），否则可能会导致未定义行为。

12.4 指针和数组

示例：

#include <iostream>
using namespace std;
int main(){
    const int max = 3;
    int arr[max] = {10,20,300};
    int *ptr[max];
    for (int i=0;i<max;i++){
        ptr[i]=&arr[i];
    }

    for (int i=0;i<max;i++){
        cout << "arr["<<i<<"]的值=";
        cout << *ptr[i] << endl;
    }
}

结果：

12.5 指向指针的指针（双指针）

指向指针的指针是一种多级间接寻址的形式，或者说是一个指针链。

指针的指针就是将指针的地址存放在另一个指针里面。通常，一个指针包含一个变量的地址。

当我们定义一个指向指针的指针时，第一个指针包含了第二个指针的地址，第二个指针指向包含实际值的位置。

一个指向指针的指针变量必须如下声明，即在变量名前放置两个星号。例如，下面声明了一个指向 int 类型指针的指针：

int **var;

当一个目标值被一个指针间接指向到另一个指针时，访问这个值需要使用两个星号运算符，如下面实例所示：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
int main ()
{
    int  var;
    int  *ptr;
    int  **pptr;
 
    var = 3000;
 
    // 获取 var 的地址
    ptr = &var;
 
    // 使用运算符 & 获取 ptr 的地址
    pptr = &ptr;
 
    // 使用 pptr 获取值
    cout << "var 值为 :" << var << endl;
    cout << "*ptr 值为:" << *ptr << endl;
    cout << "**pptr 值为:" << **pptr << endl;
 
    return 0;
}

结果：

var 值为 :3000
*ptr 值为:3000
**pptr 值为:3000

12.6 传递指针给函数

12.7 从函数返回指针

十三、C++的引用

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。

引用必须在定义时初始化，并且一旦绑定到一个变量后，就不能再绑定到其他变量。

引用的语法如下：

int a = 10;
int &ref = a;  // ref 是 a 的引用

• int &ref 表示 ref 是一个 int 类型的引用。

• ref 是 a 的别名，对 ref 的操作会直接作用于 a。

13.1 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。
• 引用的对象必须是一个变量，而指针必须是一个地址。

试想变量名称是变量附属在内存位置中的标签，您可以把引用当成是变量附属在内存位置中的第二个标签。因此，您可以通过原始变量名称或引用来访问变量的内容。例如：

我们可以为 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。

因此，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"。

下面的实例使用了 int 和 double 引用：

​
#include <iostream>
 
using namespace std;
 
int main ()
{
   // 声明简单的变量
   int    i;
   double d;
 
   // 声明引用变量
   int&    r = i;
   double& s = d;
   
   i = 5;
   cout << "Value of i : " << i << endl;
   cout << "Value of i reference : " << r  << endl;
 
   d = 11.7;
   cout << "Value of d : " << d << endl;
   cout << "Value of d reference : " << s  << endl;
   
   return 0;
}

​

结果：

Value of i : 5
Value of i reference : 5
Value of d : 11.7
Value of d reference : 11.7

13.2 把引用作为参数

13.3 把引用作为返回值

十四、C++的日期&时间

C++ 标准库没有提供所谓的日期类型。C++ 继承了 C 语言用于日期和时间操作的结构和函数。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 <ctime> 头文件。

有四个与时间相关的类型：clock_t、time_t、size_t 和 tm。类型 clock_t、size_t 和 time_t 能够把系统时间和日期表示为某种整数。

结构类型 tm 把日期和时间以 C 结构的形式保存，tm 结构的定义如下：

struct tm {
  int tm_sec;   // 秒，正常范围从 0 到 59，但允许至 61
  int tm_min;   // 分，范围从 0 到 59
  int tm_hour;  // 小时，范围从 0 到 23
  int tm_mday;  // 一月中的第几天，范围从 1 到 31
  int tm_mon;   // 月，范围从 0 到 11
  int tm_year;  // 自 1900 年起的年数
  int tm_wday;  // 一周中的第几天，范围从 0 到 6，从星期日算起
  int tm_yday;  // 一年中的第几天，范围从 0 到 365，从 1 月 1 日算起
  int tm_isdst; // 夏令时
};

下面是 C/C++ 中关于日期和时间的重要函数。所有这些函数都是 C/C++ 标准库的组成部分，您可以在 C++ 标准库中查看一下各个函数的细节。

Www Mmm dd hh:mm:ss yyyy\n\0

"Tue Jul 29 19:12:15 2025\n\0"

14.1 当前日期和时间

下面的实例获取当前系统的日期和时间，包括本地时间和协调世界时（UTC）。

#include <iostream>
#include <ctime>
 
using namespace std;
 
int main( )
{
   // 基于当前系统的当前日期/时间
   time_t now = time(0);
   
   // 把 now 转换为字符串形式
   char* dt = ctime(&now);
 
   cout << "本地日期和时间：" << dt << endl;
 
   // 把 now 转换为 tm 结构
   tm *gmtm = gmtime(&now);
   dt = asctime(gmtm);
   cout << "UTC 日期和时间："<< dt << endl;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

本地日期和时间：Sat Jan  8 20:07:41 2011

UTC 日期和时间：Sun Jan  9 03:07:41 2011

14.2 使用结构 tm 格式化时间

tm 结构在 C/C++ 中处理日期和时间相关的操作时，显得尤为重要。tm 结构以 C 结构的形式保存日期和时间。大多数与时间相关的函数都使用了 tm 结构。下面的实例使用了 tm 结构和各种与日期和时间相关的函数。

在练习使用结构之前，需要对 C 结构有基本的了解，并懂得如何使用箭头 -> 运算符来访问结构成员。

#include <iostream>
#include <ctime>
 
using namespace std;
 
int main( )
{
   // 基于当前系统的当前日期/时间
   time_t now = time(0);
 
   cout << "1970 到目前经过秒数:" << now << endl;
 
   tm *ltm = localtime(&now);
 
   // 输出 tm 结构的各个组成部分
   cout << "年: "<< 1900 + ltm->tm_year << endl;
   cout << "月: "<< 1 + ltm->tm_mon<< endl;
   cout << "日: "<<  ltm->tm_mday << endl;
   cout << "时间: "<< ltm->tm_hour << ":";
   cout << ltm->tm_min << ":";
   cout << ltm->tm_sec << endl;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

1970 到目前时间:1503564157
年: 2017
月: 8
日: 24
时间: 16:42:37

十五、C++的基本输入输出

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。

15.1 I/O 库头文件

下列的头文件在 C++ 编程中很重要。

标准输出流（cout）

预定义的对象 cout 是 iostream 类的一个实例。cout 对象"连接"到标准输出设备，通常是显示屏。cout 是与流插入运算符 << 结合使用的。如下代码所示：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
int main( )
{
   char str[] = "Hello C++";
 
   cout << "Value of str is : " << str << endl;
}

结果：

Value of str is : Hello C++

C++ 编译器根据要输出变量的数据类型，选择合适的流插入运算符来显示值。<< 运算符被重载来输出内置类型（整型、浮点型、double 型、字符串和指针）的数据项。

流插入运算符 << 在一个语句中可以多次使用，如上面实例中所示，endl 用于在行末添加一个换行符。

标准输入流（cin）

预定义的对象 cin 是 iostream 类的一个实例。cin 对象附属到标准输入设备，通常是键盘。cin 是与流提取运算符 >> 结合使用的。

#include <iostream>
using namespace std;
int main(){
    char name[50];
    int age;
    cout << "请输入你的名字和年龄:"<<endl;
    cin >> name >> age;
    cout << "你的名字是"<<name<<",你的年龄是"<<age<<endl;

}

结果：

C++ 编译器根据要输入值的数据类型，选择合适的流提取运算符来提取值，并把它存储在给定的变量中。

流提取运算符 >> 在一个语句中可以多次使用，如果要求输入多个数据，可以使用如下语句：

cin >> name >> age;

标准错误流（cerr）

预定义的对象 cerr 是 iostream 类的一个实例。cerr 对象附属到标准输出设备，通常也是显示屏，但是 cerr 对象是非缓冲的，且每个流插入到 cerr 都会立即输出。

cerr 也是与流插入运算符 << 结合使用的，如下所示：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
int main( )
{
   char str[] = "Unable to read....";
 
   cerr << "Error message : " << str << endl;
}

结果：

Error message : Unable to read....

标准日志流（clog）

预定义的对象 clog 是 iostream 类的一个实例。clog 对象附属到标准输出设备，通常也是显示屏，但是 clog 对象是缓冲的。这意味着每个流插入到 clog 都会先存储在缓冲区，直到缓冲填满或者缓冲区刷新时才会输出。clog 也是与流插入运算符 << 结合使用的，如下所示：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
int main( )
{
   char str[] = "Unable to read....";
 
   clog << "Error message : " << str << endl;
}

结果：

Error message : Unable to read....

通过这些例子，我们无法区分 cout、cerr 和 clog 的差异，但在编写和执行大型程序时，它们之间的差异就变得非常明显。所以良好的编程实践告诉我们，使用 cerr 流来显示错误消息，而其他的日志消息则使用 clog 流来输出。

十六、C++结构体

C/C++ 数组允许定义可存储相同类型数据项的变量，但是结构是 C++ 中另一种用户自定义的可用的数据类型，它允许您存储不同类型的数据项。

结构用于表示一条记录，假设您想要跟踪图书馆中书本的动态，您可能需要跟踪每本书的下列属性：

• Title ：标题
• Author ：作者
• Subject ：类目
• Book ID ：书的 ID

16.1 定义结构

在 C++ 中，struct 语句用于定义结构体（structure）。

结构体是一种用户自定义的数据类型，用于将不同类型的数据组合在一起。与类（class）类似，结构体允许你定义成员变量和成员函数。

为了定义结构，您必须使用 struct 语句。struct 语句定义了一个包含多个成员的新的数据类型，struct 语句的格式如下：

struct type_name {
member_type1 member_name1;
member_type2 member_name2;
member_type3 member_name3;
.
.
} object_names;

type_name 是结构体类型的名称，member_type1 member_name1 是标准的变量定义，比如 int i; 或者 float f; 或者其他有效的变量定义。在结构定义的末尾，最后一个分号之前，您可以指定一个或多个结构变量，这是可选的。下面是声明一个结构体类型 Books，变量为 book：

struct Books
{
   char  title[50];
   char  author[50];
   char  subject[100];
   int   book_id;
} book;

结构体优点：

• 简单数据封装：适合封装多种类型的简单数据，通常用于数据的存储。
• 轻量级：相比 class，结构体语法更简洁，适合小型数据对象。
• 面向对象支持：支持构造函数、成员函数和访问权限控制，可以实现面向对象的设计。

16.2 访问结构成员

为了访问结构的成员，我们使用成员访问运算符（.）。成员访问运算符是结构变量名称和我们要访问的结构成员之间的一个句号。

下面的实例演示了结构的用法：

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <string>
 
using namespace std;
 
// 声明一个结构体类型 Books 
struct Books
{
   char  title[50];
   char  author[50];
   char  subject[100];
   int   book_id;
};
 
int main( )
{
   Books Book1;        // 定义结构体类型 Books 的变量 Book1
   Books Book2;        // 定义结构体类型 Books 的变量 Book2
 
   // Book1 详述
   strcpy( Book1.title, "C++ 教程");
   strcpy( Book1.author, "Runoob"); 
   strcpy( Book1.subject, "编程语言");
   Book1.book_id = 12345;
 
   // Book2 详述
   strcpy( Book2.title, "CSS 教程");
   strcpy( Book2.author, "Runoob");
   strcpy( Book2.subject, "前端技术");
   Book2.book_id = 12346;
 
   // 输出 Book1 信息
   cout << "第一本书标题 : " << Book1.title <<endl;
   cout << "第一本书作者 : " << Book1.author <<endl;
   cout << "第一本书类目 : " << Book1.subject <<endl;
   cout << "第一本书 ID : " << Book1.book_id <<endl;
 
   // 输出 Book2 信息
   cout << "第二本书标题 : " << Book2.title <<endl;
   cout << "第二本书作者 : " << Book2.author <<endl;
   cout << "第二本书类目 : " << Book2.subject <<endl;
   cout << "第二本书 ID : " << Book2.book_id <<endl;
 
   return 0;
}

字符数组赋值，使用strcpy(存储复制内容的目标数组,要复制的字符串)

结果：

书标题 : C++ 教程
书作者 : Runoob
书类目 : 编程语言
书 ID : 12345
书标题 : CSS 教程
书作者 : Runoob
书类目 : 前端技术
书 ID : 12346

结构体的各个部分详细介绍

• struct 关键字：用于定义结构体，它告诉编译器后面要定义的是一个自定义类型。

• 成员变量：成员变量是结构体中定义的数据项，它们可以是任何基本类型或其他自定义类型。在 struct 中，这些成员默认是 public，可以直接访问。

• 成员函数：结构体中也可以包含成员函数，这使得结构体在功能上类似于类。成员函数可以操作结构体的成员变量，提供对数据的封装和操作。

• 访问权限：与 class 类似，你可以在 struct 中使用 public、private 和 protected 来定义成员的访问权限。在 struct 中，默认所有成员都是 public，而 class 中默认是 private。

16.3 结构作为函数参数

您可以把结构作为函数参数，传参方式与其他类型的变量或指针类似。您可以使用上面实例中的方式来访问结构变量：

#include <iostream>
#include <cstring>
 
using namespace std;
void printBook( struct Books book );
 
// 声明一个结构体类型 Books 
struct Books
{
   char  title[50];
   char  author[50];
   char  subject[100];
   int   book_id;
};
 
int main( )
{
   Books Book1;        // 定义结构体类型 Books 的变量 Book1
   Books Book2;        // 定义结构体类型 Books 的变量 Book2
 
    // Book1 详述
   strcpy( Book1.title, "C++ 教程");
   strcpy( Book1.author, "Runoob"); 
   strcpy( Book1.subject, "编程语言");
   Book1.book_id = 12345;
 
   // Book2 详述
   strcpy( Book2.title, "CSS 教程");
   strcpy( Book2.author, "Runoob");
   strcpy( Book2.subject, "前端技术");
   Book2.book_id = 12346;
 
   // 输出 Book1 信息
   printBook( Book1 );
 
   // 输出 Book2 信息
   printBook( Book2 );
 
   return 0;
}
void printBook( struct Books book )
{
   cout << "书标题 : " << book.title <<endl;
   cout << "书作者 : " << book.author <<endl;
   cout << "书类目 : " << book.subject <<endl;
   cout << "书 ID : " << book.book_id <<endl;
}

16.4 指向结构的指针

16.5 typedef关键字

下面是一种更简单的定义结构的方式，您可以为创建的类型取一个"别名"。例如：

typedef struct Books
{
   char  title[50];
   char  author[50];
   char  subject[100];
   int   book_id;
}Books;

现在，您可以直接使用 Books 来定义 Books 类型的变量，而不需要使用 struct 关键字。下面是实例：

Books Book1, Book2;

您可以使用 typedef 关键字来定义非结构类型，如下所示：

typedef long int *pint32;
 
pint32 x, y, z;

x, y 和 z 都是指向长整型 long int 的指针。

16.6 结构体与类的区别

在 C++ 中，struct 和 class 本质上非常相似，唯一的区别在于默认的访问权限：

• struct 默认的成员和继承是 public。
• class 默认的成员和继承是 private。

你可以将 struct 当作一种简化形式的 class，适合用于没有太多复杂功能的简单数据封装。

结构体与函数的结合

你可以通过构造函数初始化结构体，还可以通过引用传递结构体来避免不必要的拷贝。

struct Books {
    string title;
    string author;
    string subject;
    int book_id;

    // 构造函数
    Books(string t, string a, string s, int id)
        : title(t), author(a), subject(s), book_id(id) {}

    void printInfo() const {
        cout << "书籍标题: " << title << endl;
        cout << "书籍作者: " << author << endl;
        cout << "书籍类目: " << subject << endl;
        cout << "书籍 ID: " << book_id << endl;
    }
};

void printBookByRef(const Books& book) {
    book.printInfo();
}

十七、C++的Vector容器

17.1 vector 容器是什么？

C++ 中的 vector 是一种序列容器，它允许你在运行时动态地插入和删除元素。

vector 是基于数组的数据结构，但它可以自动管理内存，这意味着你不需要手动分配和释放内存。

与 C++ 数组相比，vector 具有更多的灵活性和功能，使其成为 C++ 中常用的数据结构之一。

vector 是 C++ 标准模板库（STL）的一部分，提供了灵活的接口和高效的操作。

基本特性:

• 动态大小：vector 的大小可以根据需要自动增长和缩小。
• 连续存储：vector 中的元素在内存中是连续存储的，这使得访问元素非常快速。
• 可迭代：vector 可以被迭代，你可以使用循环（如 for 循环）来访问它的元素。
• 元素类型：vector 可以存储任何类型的元素，包括内置类型、对象、指针等。

使用场景：

• 当你需要一个可以动态增长和缩小的数组时。
• 当你需要频繁地在序列的末尾添加或移除元素时。
• 当你需要一个可以高效随机访问元素的容器时。

要使用 vector，首先需要包含 <vector> 头文件：

#include <vector>

17.2 Vector的操作

创建 Vector

创建一个 vector 可以像创建其他变量一样简单：

std::vector<int> myVector; // 创建一个存储整数的空 vector

这将创建一个空的整数向量,也可以在创建时指定初始大小和初始值：

std::vector<int> myVector(5); // 创建一个包含 5 个整数的 vector，每个值都为默认值（0）
std::vector<int> myVector(5, 10); // 创建一个包含 5 个整数的 vector，每个值都为 10

或：

std::vector<int> vec; // 默认初始化一个空的 vector
std::vector<int> vec2 = {1, 2, 3, 4}; // 初始化一个包含元素的 vector

添加元素

可以使用 push_back 方法向 vector 中添加元素：

myVector.push_back(7); // 将整数 7 添加到 vector 的末尾

访问元素

可以使用下标操作符 [] 或 at() 方法访问 vector 中的元素：

int x = myVector[0]; // 获取第一个元素
int y = myVector.at(1); // 获取第二个元素

获取大小

可以使用 size() 方法获取 vector 中元素的数量：

int size = myVector.size(); // 获取 vector 中的元素数量

迭代访问

可以使用迭代器遍历 vector 中的元素：

for (auto it = myVector.begin(); it != myVector.end(); ++it) {
    std::cout << *it << " ";
}

或者使用范围循环：

for (int element : myVector) {
    std::cout << element << " ";
}

删除元素

可以使用 erase() 方法删除 vector 中的元素：

myVector.erase(myVector.begin() + 2); // 删除第三个元素

清空 Vector

可以使用 clear() 方法清空 vector 中的所有元素：

myVector.clear(); // 清空 vector

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main(){
    // 创建Vector
    vector<int> myVector;
    // 添加元素
    myVector.push_back(3);
    myVector.push_back(4);
    myVector.push_back(5);
    myVector.push_back(6);
    // 访问向量中的元素并输出
    cout << "Element of the vector:";
    for (int element:myVector){
        cout<<element<<" ";
    }
    cout<<endl;
    // 访问向量中元素并输出
    cout<<"向量中第一个元素是:"<<myVector[0]<<endl;
    cout<<"向量中第二个元素是:"<<myVector.at(1)<<endl;
    // 获取向量的大小并输出
    cout<<"向量的大小是:"<<myVector.size()<<endl;
    // 删除向量中第三个元素
    myVector.erase(myVector.begin()+2);
    // 输出删除后向量的元素
    cout << "Element of the vector:";
    for (int element:myVector){
        cout<<element<<" "<<endl;
    }
    // 清空Vector
    myVector.clear();
    cout<<"清空后向量大小为:"<<myVector.size()<<endl;

}

结果：

十八、C++的数据结构