C++ 语法基础

代码框架

如果你不想深究背后的原理,初学时可以直接将这个“框架”背下来:

1
2
3
4
5
6
7
#include <cstdio>
#include <iostream>

int main() {
  // do something...
  return 0;
}
什么是 include?

#include 其实是一个预处理命令,意思为将一个文件“放”在这条语句处,被“放”的文件被称为头文件。也就是说,在编译时,编译器会“复制”头文件 iostream 中的内容,“粘贴”到 #include <iostream> 这条语句处。这样,你就可以使用 iostream 中提供的 std::cinstd::coutstd::endl 等对象了。

如果你学过 C 语言,你会发现目前我们接触的 C++ 中的头文件一般都不带 .h 后缀,而那些 C 语言中的头文件 xx.h 都变成了 cxx ,如 stdio.h 变成了 cstdio 。因为 C++ 为了和 C 保持兼容,都直接使用了 C 语言中的头文件,为了区分 C++ 的头文件和 C 的头文件,使用了 c 前缀。

一般来说,应当根据你需要编写的 C++ 程序的需要来确定你要 #include 哪些头文件。但如果你 #include 了多余的头文件,只会增加编译时间,几乎不会对运行时间造成影响。目前我们只接触到了 iostreamcstdio 两个头文件,如果你只需要 scanfprintf,就可以不用 #include <iostream>

可以 #include 自己写的头文件吗?答案是,可以。

你可以自己写一个头文件,如: myheader.h 。然后,将其放到和你的代码相同的目录里,再 #include "myheader.h" 即可。需要注意的是,自定义的头文件需要使用引号而非尖括号。当然,你也可以使用编译命令 -I <header_file_path> 来告诉编译器在哪找头文件,就不需要将头文件放到和代码相同的目录里了。

什么是 main()

可以理解为程序运行时就会执行 main() 中的代码。

实际上, main 函数是由系统或外部程序调用的。如,你在命令行中调用了你的程序,也就是调用了你程序中的 main 函数(在此之前先完成了全局 变量 的构造)。

最后的 return 0; 表示程序运行成功。默认情况下,程序结束时返回 0 表示一切正常,否则返回值表示错误代码。这个值返回给谁呢?其实就是调用你写的程序的系统或外部程序,它会在你的程序结束时接收到这个返回值。如果不写 return 语句的话,程序正常结束默认返回值也是 0。

在 C 或 C++ 中,程序的返回值不为 0 会导致运行时错误(RE)。

注释

在 C++ 代码中,注释有两种写法:

  1. 行内注释

    // 开头,行内位于其后的内容全部为注释。

  2. 注释块

    /* 开头, */ 结尾,中间的内容全部为注释,可以跨行。

注释对程序运行没有影响,可以用来解释程序的意思。

在工程开发中,注释可以便于日后维护、他人阅读。

在 OI 中,很少有人写许多注释,但注释可以便于在写代码的时候理清思路,或者便于日后复习。而且,如果要写题解、教程的话,适量的注释可以便于读者阅读,理解代码的意图。

输入与输出

cincout

1
2
3
4
5
6
7
8
#include <iostream>

int main() {
  int x, y;                          // 声明变量
  std::cin >> x >> y;                // 读入 x 和 y
  std::cout << y << std::endl << x;  // 输出 y,换行,再输出 x
  return 0;                          // 结束主函数
}
什么是变量?

可以参考 变量 页面。

什么是 std

std 是 C++ 标准库所使用的 命名空间 。使用命名空间是为了避免重名。

关于命名空间的详细知识,可以参考 命名空间 页面。

scanfprintf

scanfprintf 其实是 C 语言提供的函数。大多数情况下,它们的速度比 cincout 更快,并且能够方便地控制输入输出格式。

1
2
3
4
5
6
7
8
#include <cstdio>

int main() {
  int x, y;
  scanf("%d%d", &x, &y);   // 读入 x 和 y
  printf("%d\n%d", y, x);  // 输出 y,换行,再输出 x
  return 0;
}

其中, %d 表示读入/输出的变量是一个有符号整型 ( int 型)的变量。

类似地:

  1. %s 表示字符串。
  2. %c 表示字符。
  3. %lf 表示双精度浮点数 ( double )。
  4. %lld 表示长整型 ( long long )。根据系统不同,也可能是 %I64d
  5. %u 表示无符号整型 ( unsigned int )。
  6. %llu 表示无符号长整型 ( unsigned long long ),也可能是 %I64u

除了类型标识符以外,还有一些控制格式的方式。许多都不常用,选取两个常用的列举如下:

  1. %1d 表示长度为 1 的整型。在读入时,即使没有空格也可以逐位读入数字。在输出时,若指定的长度大于数字的位数,就会在数字前用空格填充。若指定的长度小于数字的位数,就没有效果。
  2. %.6lf ,用于输出,保留六位小数。

这两种运算符的相应地方都可以填入其他数字,例如 %.3lf 表示保留三位小数。

“双精度浮点数”,“长整型”是什么

这些表示变量的类型。和上面一样,会留到 变量 中统一讲解。

为什么 scanf 中有 & 运算符?

在这里, & 实际上是取址运算符,返回的是变量在内存中的地址。而 scanf 接收的参数就是变量的地址。具体可能要在 指针 才能完全清楚地说明,现在只需要记下来就好了。

什么是 \n

\n 是一种 转义字符 ,表示换行。

转义字符用来表示一些无法直接输入的字符,如由于字符串字面量中无法换行而无法直接输入的换行符,由于有特殊含义而无法输入的引号,由于表示转义字符而无法输入的反斜杠。

常用的转义字符有:

  1. \t 表示制表符。

  2. \\ 表示 \

  3. \" 表示 "

  4. \0 表示空字符,用来表示 C 风格字符串的结尾。

  5. \r 表示回车。Linux 中换行符为 \n ,Windows 中换行符为 \r\n 。在 OI 中,如果输出需要换行,使用 \n 即可。但读入时,如果使用逐字符读入,可能会由于换行符造成一些问题,需要注意。例如,gets\n 作为字符串结尾,这时候如果换行符是 \r\n\r 就会留在字符串结尾。

  6. 特殊地, %% 表示 % ,只能用在 printfscanf 中,在其他字符串字面量中只需要简单使用 % 就好了。

什么是字面量?

“字面量”是在代码里直接作为一个值的程序段,例如 3 就是一个 int 字面量,'c' 就是一个 char 字面量。我们上面写的程序中的 "hello world" 也是一个字符串字面量。

不加解释、毫无来由的字面量又被称为“魔术数”(magic number),如果代码需要被人阅读的话,这是一种十分不被推荐的行为。

一些扩展内容

C++ 中的空白字符

在 C++ 中,所有空白字符(空格、制表符、换行),多个或是单个,都被视作是一样的。(当然,引号中视作字符串的一部分的不算。)

因此,你可以自由地使用任何代码风格(除了行内注释、字符串字面量与预处理命令必须在单行内),例如:

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
/* clang-format off */

#include <iostream>

 int 

    main(){
int/**/x, y;  std::cin
>> x >>y;
                std::cout <<
          y  <<std::endl   
     << x

          ;

    return       0;     }

当然,这么做是不被推荐的。

一种也被广泛使用但与 OI Wiki 要求的码风不同的代码风格:

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
/* clang-format off */

#include <iostream>

int main()
{
    int x, y;

    std::cin >> x >> y;
    std::cout << y << std::endl << x;

    return 0;
}

#define 命令

#define 是一种预处理命令,用于定义宏,本质上是文本替换。例如:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
#include <iostream>
#define n 233
// n 不是变量,而是编译器会将代码中所有 n 文本替换为 233,但是作为标识符一部分的
// n 的就不会被替换,如 fn 不会被替换成 f233,同样,字符串内的也不会被替换

int main() {
  std::cout << n;  // 输出 233
  return 0;
}
什么是标识符?

标识符就是可以用作变量名的一组字符。例如, abcdabc1 都是合法的标识符,而 1ac+b 都不是合法的标识符。

标识符由英文字母、下划线开头,中间只允许出现英文字母、下划线和数字。值得注意的是,关键字(如 int, for, if)不能用作标识符。

什么是预处理命令?

预处理命令就是预处理器所接受的命令,用于对代码进行初步的变换,包含 #include#define 等。

宏可以带参数,带参数的宏可以像函数一样使用:

1
2
3
4
5
6
7
#include <iostream>
#define sum(x, y) ((x) + (y))
#define square(x) ((x) * (x))

int main() {
  std::cout << sum(1, 2) << ' ' << 2 * sum(3, 5) << std::endl;  // 输出 3 16
}

但是带参数的宏和函数有区别。因为宏是文本替换,所以会引发许多问题。如:

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
#include <iostream>
#define sum(x, y) x + y
// 这里应当为 #define sum(x, y) ((x) + (y))
#define square(x) ((x) * (x))

int main() {
  std::cout << sum(1, 2) << ' ' << 2 * sum(3, 5) << std::endl;
  // 输出为 3 11,因为 #define 是文本替换,后面的语句被替换为了 2 * 3 + 5
  int i = 1;
  std::cout << square(++i) << ' ' << i;
  // 输出未定义,因为 ++i 被执行了两遍
  // 而同一个语句中多次修改同一个变量是未定义行为(有例外)
}

使用 #define 是有风险的(由于 #define 作用域是整个程序,因此可能导致文本被意外地替换),因此应谨慎使用。较为推荐的做法是:使用 const 限定符声明常量,使用函数代替宏。

但是,在 OI 中, #define 依然有用武之处(依然是不被推荐的,会降低代码的规范性):

  1. #define int long long + signed main() 。通常用于避免忘记开 long long 导致的错误,或是调试时排除忘开 long long 导致错误的可能性。(也可能导致增大常数甚至 TLE,或者因为爆空间而 MLE)
  2. #define For(i, l, r) for (int i = (l); i <= (r); ++i)#define pb push_back#define mid ((l + r) / 2) ,用于减短代码长度。

评论