C++基础学习
2025年09月24日 02:26
本学习记录基于拥有Java基础进行Java、C++、Python三者对比学习的学习笔记
核心特性：
静态类型语言：变量必须先声明类型（如int a;），编译时会检查类型错误。
好处：提前发现类型错误，代码更可靠； 挑战：需要明确理解数据类型。
编译型语言：代码需通过编译器（如 GCC、Clang）转换为可执行文件后才能运行。
例：g++ code.cpp -o program → 生成program.exe（Windows）或program（Linux）。
对比 Python/Java：Python 是解释型（逐行执行），Java 是 “编译 + 解释”（先编译为字节码，再由 JVM 解释）。
混合编程范式：支持面向过程（如函数封装）和面向对象（如类、继承、多态）。
效率优势：直接操作内存，执行速度接近汇编语言，适合开发高性能软件（如游戏、操作系统组件）。
学习挑战：
需要掌握内存管理（如动态分配new/delete），新手易犯内存泄漏错误。
语法规则严格（如分号结尾、大括号匹配），与 Python 的 “简洁语法” 差异较大。
2. 数据类型详解
2.1 基本数据类型（内存占用与取值范围）
类型 | 字节数 | 取值范围（示例，32 位系统） | 示例 |
int | 4 字节 | -2,147,483,648 ~ 2,147,483,647 | int age = 20; |
char | 1 字节 | -128 ~ 127（或 0 ~ 255，取决于是否有符号） | char c = 'A';（ASCII 码 65） |
bool | 1 字节 | true（非 0）或false（0） | bool isOK = true; |
float | 4 字节 | 约 ±1.2×10^-38 ~ ±3.4×10^38（7 位有效数字） | float pi = 3.14f; |
double | 8 字节 | 约 ±2.2×10^-308 ~ ±1.8×10^308（15 位有效数字） | double pi = 3.14159; |
void | 无存储大小 | 仅用于函数无返回值或指针类型 | void func(); |
2.2 整数类型细分（C++ 特色）
有符号与无符号：
unsigned int（无符号整数）只能存 0 和正数，范围是 0 ~ 4,294,967,295（4 字节）。
例：unsigned int count = 100;（不能存 - 5）。
长整型：
short：通常 2 字节，范围 - 32768 ~ 32767。
long：Windows 下 4 字节，Linux 64 位下 8 字节，范围更大。
long long（C++11 引入）：至少 8 字节，范围 - 9×10^18 ~ 9×10^18。
类型范围计算技巧：
1 字节无符号数范围是 0 ~ 2^8-1=255，有符号数范围是 - 2^7 ~ 2^7-1=-128 ~ 127。
2.3 变量声明与初始化（重要！）
未初始化的变量：
int a;（值不确定，可能是垃圾值），建议总是初始化：
int a = 0; 或 int a{0};（C++11 统一初始化语法）。
类型自动推导（C++11）：
用auto让编译器自动推断类型（需初始化）：
auto x = 10;（等价于int x = 10;），auto f = 3.14f;（float）。
3. 变量和常量
3.1 常量（值不可修改）
const关键字：
const double PI = 3.14159;（必须初始化，否则报错）。
作用：防止代码中意外修改常量值，提高安全性。
宏定义（旧方式）：
#define PI 3.14159（预处理阶段替换，无类型检查，不推荐）。
命名规范：
常量名通常全大写（如MAX_SIZE），变量名小写或驼峰式（如userAge）。
4. 运算符（核心难点，需多练习）
4.1 算术运算符
整数除法与浮点除法：
5 / 2 → 2（整数除法，直接截断小数）。
5.0 / 2.0 → 2.5（浮点除法，结果为double）。
强制类型转换：(double)5 / 2 → 2.5（(double)将 5 转为双精度浮点数）。
取模运算（%）：
规则：a % b结果的符号与a一致。
例：5 % 2 = 1，-5 % 2 = -1，5 % -2 = 1。
4.2 赋值运算符
复合赋值：
a += 5 → a = a + 5，a *= b + 1 → a = a * (b + 1)（注意优先级）。
4.3 自增自减运算符（++/--）
前缀与后缀区别：
int i = 5; int j = i++; // j=5，i=6 int k = ++i; // k=7，i=7 |
i++（后缀）：先使用i的值，再自增。
++i（前缀）：先自增，再使用i的值。
例：
4.4 逻辑运算符（短路特性）
&&（逻辑与）：若左侧为false，右侧表达式不执行。
例：(a > 10) && (b++ > 0)，若a <= 10，b++不会执行。
||（逻辑或）：若左侧为true，右侧表达式不执行。
!（逻辑非）：!true → false，!false → true。
4.5 运算符优先级（必须掌握）
从高到低（常用）：
括号()、自增++/ 自减--
算术运算符（*、/、%高于+、-）
比较运算符（<、>、==等）
逻辑运算符（&&高于||）
赋值运算符=
建议：用括号明确运算顺序，避免歧义！
例：a = b + c * d → a = b + (c * d)，但写成a = (b + c) * d更清晰。
5. 第一个 C++ 程序
#include <iostream> // 1. 包含输入输出流库，提供cout/cin功能 using namespace std; // 2. 使用std命名空间，避免每次写std:: int main() { // 3. 主函数，程序入口，必须有且只能有一个 cout << "Hello C++!" << endl; // 4. 输出字符串，endl换行并刷新缓冲区 return 0; // 5. 向操作系统返回0，表示程序正常结束 } |
编译运行步骤（以 GCC 为例）：
保存代码为hello.cpp。
打开终端，输入g++ hello.cpp -o hello（Windows 用g++ hello.cpp -o hello.exe）。
输入./hello（Windows 输入hello）运行程序，输出Hello C++!。
关键概念：
头文件：.h或.hpp文件，包含函数声明和类型定义，#include用于引入。
命名空间：std是 C++ 标准库的命名空间，cout实际是std::cout。
返回值：main函数的return 0可省略（编译器默认添加），但建议显式写出。
6. 输入输出（用户交互）
6.1 输出到屏幕
基本输出：
int age = 20; cout << "年龄：" << age << endl; // 输出：年龄：20 |
格式化输出（需引入#include <iomanip>）：
double pi = 3.1415926; cout << fixed << setprecision(2) << pi << endl; // 输出：3.14 |
fixed：固定小数格式，setprecision(n)：保留 n 位小数。
6.2 从键盘读取数据
读取基本类型：
int num; string name; cout << "输入数字和姓名："; cin >> num >> name; // 输入：18 张三 → num=18，name="张三" cout << "数字：" << num << "，姓名：" << name << endl; |
读取带空格的字符串：
cin遇到空格会停止，需用getline(cin, str)：
string sentence; cout << "输入句子："; getline(cin, sentence); // 输入：Hello world! → sentence="Hello world!" |
注意事项：
若cin读取后用getline，需先清除缓冲区残留的换行符：
cin >> num; cin.ignore(); // 忽略换行符 getline(cin, name); |
7. 条件判断（流程控制）
7.1 if-else 语句
int score; cout << "输入分数："; cin >> score; if (score >= 90) { cout << "优秀" << endl; } else if (score >= 80) { cout << "良好" << endl; } else if (score >= 60) { cout << "及格" << endl; } else { cout << "不及格" << endl; } |
7.2 switch-case 语句（适用于多条件分支）
char grade; cout << "输入等级（A/B/C）："; cin >> grade; switch (grade) { case 'A': cout << "优秀" << endl; break; // 必须加break，否则会继续执行下一个case case 'B': cout << "良好" << endl; break; case 'C': cout << "及格" << endl; break; default: cout << "无效等级" << endl; } |
注意：
C++ 中if条件必须用()括起，语句块必须用{}（即使只有一行）。
避免 “悬挂 else” 问题，建议始终用{}明确作用域。
8. 循环结构（重复执行代码）
8.1 for 循环（已知次数循环）
// 打印1~10 for (int i = 1; i <= 10; i++) { if (i % 2 == 0) { // 偶数 continue; // 跳过本次循环，继续下一次 } cout << i << " "; } // 输出：1 3 5 7 9 |
8.2 while 循环（条件满足时循环）
int sum = 0, num = 1; while (num <= 10) { sum += num; num++; } cout << "1+2+...+10=" << sum << endl; // 输出：55 |
8.3 do-while 循环（至少执行一次）
int password; do { cout << "输入密码（123正确）："; cin >> password; } while (password != 123); cout << "密码正确！" << endl; |
9. 函数基础（代码复用）
9.1 函数定义与调用
// 函数声明（可省略，若定义在main之前） int add(int a, int b); // 声明：返回类型、函数名、参数类型 // 函数定义 int add(int a, int b) { return a + b; // 返回值类型必须与声明一致 } int main() { int x = 5, y = 7; int result = add(x, y); // 调用函数 cout << x << " + " << y << " = " << result << endl; // 输出：12 return 0; } |
9.2 参数传递方式
值传递：函数接收参数的副本，修改不影响原值。
void change(int num) { num = 100; // 仅修改副本 } int main() { int a = 5; change(a); // a还是5 return 0; } |
引用传递（&）：函数直接操作原变量（C++ 特色）。
void change(int& num) { // 参数带& num = 100; // 修改原变量 } int main() { int a = 5; change(a); // a变为100 return 0; } |
9.3 函数重载（同名不同参）
int add(int a, int b) { return a + b; } double add(double a, double b) { return a + b; } int add(int a, int b, int c) { return a + b + c; } int main() { add(1, 2); // 调用int版 add(1.5, 2.5); // 调用double版 add(1, 2, 3); // 调用三参数版 return 0; } |