第2章主要内容和教学要求
计算机的最基本功能是数据处理
- 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++中的数据输入/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。
学习要求：
- 学习视频课件；
- 阅读教材第2章；
- 按照实验指导视频或者《C++语言程序设计（第4版）学生用书》完成实验；
- 完成在线选择题和编程题；
参考教材
- 《C++语言程序设计》（第4版），郑莉等编著，清华大学出版社出版
- 《C++语言程序设计（第4版）学生用书》，郑莉等编著，清华大学出版社出版
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++预定义的单词
- 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。
- 可以由以大写字母、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
- 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。
- 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l（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（详见第6章）
- 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）表示类型至少是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）可以使其成为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 ‘ ’ 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：
- const 数据类型说明符 常量名=常量值；
或：
- 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：
- 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。
- 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
- 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
- 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! ";
cin>>radius;
cout<<“The radius is:”<<radius<<‘ ’;
cout<<“PI is:”<<3.14<<‘ ’;
cout<<"Please enter a different radius! ";
cin>>radius;
cout<<"Now the radius is changed to:"
<<radius<<‘ ’;
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! ";
cin>>radius;
cout<<"The radius is:"<<radius<<' ';
cout<<"PI is:"<<pi<<' ';
cout<<"Please enter a different radius! ";
cin>>radius;
cout<<"Now the radius is changed to:"<<radius<<' ';
cout<<"PI is still:"<<pi<<' ‘;
//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<<' ';
cout<<"PI is:"<<pi<<' ‘; 。
cout<<"Please enter a different radius! ";
cin>>radius;
cout<<"Now the radius is changed to:"<<radius<<' ';
cout<<“PI is still:”<<pi<<‘ ’;
return 0;
}
算术运算与赋值运算
算术运算
- 基本算术运算符
- + - * /(若整数相除，结果取整)
- %（取余，操作数为整数）
- 优先级与结合性
- 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：
- 用赋值运算符连接的表达式
- 例：
n=5
n = n + 5
- 表达式的值
赋值运算符左边对象被赋值后的值 - 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
- +=，-=，*=，/=，%=，<<=，>>=，&=，^=，|=
- 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
- 先求解表达式1，再求解表达式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
!(非) &&(与) ||(或)
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
- 两侧表达式都为真，结果为真；
- 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
- 先求解表达式1
- 若表达式1的值为false，则最终结果为false，不再求解表达式2
- 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
- 两侧表达式都为假，结果为假；
- 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
- 先求解表达式1
- 若表达式1的值为true，则最终结果为true，不再求解表达式2
- 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
- 先求解表达式1，
- 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
- 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false，计算
如果a>b为true，计算
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是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：
- 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; - 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：
- 将某些位置1，其他位不变。
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：
低位：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
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。
第2章（二）
数据的输入和输出
I/O流
- 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
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
- 语句 1、2、3、4 可以是复合语句；
- 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
- 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)
- 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类将在第4章介绍。
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;