【C++】学习记录

一、第一个C++程序

#include<iostream>
using namespace std;

int main() {
	cout << "Hello World!";
	return 0;
}

二、数据类型、变量与常量、运算符

2.1 数据类型

2.2 变量与常量

2.3 运算符

三、判断语句（if-else、switch-case）

3.1 if语句

if语句：用来实现两个分支的选择结构。

3.1.1 if语句的一般形式

//1.没有else子句部分
if(表达式）   语句1

//2.有else子句部分
if(表达式）{
  语句1
}else{
  语句2
}

if 语句基本形式是：if (表达式)语句，“表达式”值可以是任意合法的数值。

3.1.2 级联的if-else语句

示例：交电费,分阶段收费

#include<iostream>
using namespace std;

int main() {
	float x = 0.0;
	float y = 0.0;
	cin >> x;

	if (x <= 100)                   y = x * 0.5;
	else if (x > 100 && x <= 300)   y = 100 * 0.5 + (x - 100) * 0.8;
	else if (x > 300 && x <= 1000)  y = 100 * 0.5 + 200 * 0.8 + (x - 300) * 1.2;
	else                            y = 100 * 0.5 + 200 * 0.8 + 700 * 1.2 + (x - 1000) * 2;
	
	cout << y;
	return 0;
}

3.1.3 嵌套的if-else语句

示例：找出三位数中的最大值？

#include<iostream>
using namespace std;

int main() {
	int a, b, c;
	int max = 0;
	cin >> a >> b >> c;
	if (a > b) {
		if (a > c) {
			max = a;
		}
		else {
			max = c;
		}
	}
	else {
		if (b > c) {
			max = b;
		}
		else {
			max = c;
		}
	}
	cout << max;
	return 0;
}

3.2 switch语句

switch语句：实现多分支选择结构。

其基本语句为：

switch(控制表达式）
{
  case 常量: 
      语句;
      break;
  default：
      语句;
      break;
}

示例：根据月份数输出对应月份的英文

#include<iostream>
using namespace std;

int main() {
	int month;
	cin >> month;
	switch (month) {
	case 1:cout << "January" << endl; break;
	case 2:cout << "February" << endl; break;
	case 3:cout << "March" << endl; break;
	case 4:cout << "April" << endl; break;
	case 5:cout << "May" << endl; break;
	case 6:cout << "June" << endl; break;
	case 7:cout << "July" << endl; break;
	case 8:cout << "August" << endl; break;
	case 9:cout << "September" << endl; break;
	case 10:cout << "October" << endl; break;
	case 11:cout << "November" << endl; break;
	case 12:cout << "December" << endl; break;
	}
	return 0;
}

3.3 关系、逻辑与条件运算符与表达式

3.3.1 关系运算符与表达式

例如：a>3是一个关系表达式，>是一个关系运算符。

关系运算符：

运算符	含义	举例	说明
>	大于	a>b	a>b 则true，否则false
>=	大于等于	a>=b	a>=b则true，否则false
<	小于	a<b	a<b 则true，否则false
<=	小于等于	a<=b	a<=b则true，否则false
==	等于	a==b	a=b 则true，否则false
!=	不等于	a!=b	a!=b 则true，否则false

括号、关系运算符与算术运算符的优先级：

括号()	*、/、%	+、-	<、<=、>、>=	==、！=
优先级高 ———————————————————> 优先级低

3.3.2 逻辑运算符与表达式

运算符	含义	举例	说明
&&	逻辑与（and）	a&&b	全真则真，一假全假
\|\|	逻辑或（or）	a\|\|b	一真全真，全假才假
^	异或运算符 //严格来说，这是位运算符，但它常常用于逻辑判断，故放在这里。	a^b	一真一假则为真，全真全假则为假
!	逻辑非（not）	！a	假则为真，真则为假

运算符优先级：

括号()

!、-（负号）、++、--

*、/、%

+、-

（加减运算）

<<、>>

（左右位移）

<、<=、>、>=

==、！=

优先级高 ———————————————————> 优先级低

3.3.3 条件运算符与表达式

运算符举例说明
表达式1？表达式2：表达式3 （a>b）？a：b 如果表达式1为真，取值表达式2；为假，取值表达式3

3.4 分支结构的测试：程序测试方法

什么是测试？（找逻辑上的bug）

指对一个完成了全部或部分功能、模块的计算机程序在正式使用前的检测，以确保该程序能按预定的方式正确地运行。
是程序员开发人员或程序测试人员的任务。
通过运行测试用例，找出程序中尽可能多的Bug。

程序测试方法的分类：

白盒测试（结构测试）：程序员自己看代码，主要用于测试的早期和重要的路径。
黑盒测试（功能测试）：代码交给系统测试，主要用于测试的后期和重要的功能。

四、循环语句（for、while、do-while）

选择循环语句的一般原则：循环次数已知——for语句

循环次数未知——while语句

循环体至少执行一次——do-while语句

4.1 for循环

for语句能用于两种情况：1.循环次数已经确定。2.循环次数不确定而只给出循环结束条件。

其基本语法如下：

for(循环变量赋初值；循环条件；循环变量增值){
            //循环语句
}

示例：求1~100的和（注意到，sum前面不加“&”）

#include<iostream>
using namespace std;
int main(){
  int sum=0;
  int i;
  for(i=1;i<=100;i++){
  sum=sum+i;
}
  cout<<"1~100的和为"<<sum;
  return 0;
}
/*为什么printf里面的变量sum不加“&”？
加&传递的是指针，是一个内存地址；不加&传递的是值，是一个变量的拷贝。
printf 在输出时，只需要值就够了。
而scanf 之所以加&，是因为他需要知道你想把输入的参数，保存在内存的什么地方，也就是你给的变量的地址*/

4.2 while循环

while语句：只要当循环条件表达式为真（即给定的条件成立），就执行循环体语句。

（while循环的特点：先判断循环条件，后执行循环体语句）

其基本语法如下：

while(循环条件）{
     //循环体
}

示例：求1~100的和

#include<iostream>
using namespace std;

int main(){
  int i=1,sum=0;
  while(i<=100){
    sum=sum+i;
    i++;
}
cout<<"1~100的和为"<<sum;
return 0;
}

4.3 do-while循环

do-while语句：先执行循环体，然后再检查循环条件是否成立，若成立再执行循环体。

（do-while循环的特点：先无条件执行循环体，然后判断循环条件是否成立。）

其基本语法如下：

do{
    //循环体
}while(循环条件）

示例：求1~100的和

#include<iostream>
using namespace std;

int main(){
 int i=1,sum=0;
 do{
    sum=sum+i;
    i++;
}while(i<=100);//注意在这里，有一个分号！！

cout<<("1~100的和为"<<sum;
return 0;
}

4.4 改变循环执行的状态

4.4.1 break语句提前终止循环

break语句的作用：使流程跳出循环体之外，接着执行循环体下面的语句。

（break语句只能用于循环语句和switch语句之中，而不能单独使用。）

示例：1~100从小到大依次相加，当和大于3000时，立刻输出和。

#include<iostream>
using namespace std;

int main(){
  int sum=0;
  for(i=1;i<=100;i++){
    sum=sum+i;
    if(sum>3000) break;//break语句前常用if语句作为执行条件
}
cout<<"此时和为"<<sum;
return 0;
}

思考：如果是双重循环，在内循环体内有一个break语句，下一步进行什么循环？

解答：提前终止内循环，继续进行外循环。

4.4.2 continue语句提前结束本次循环

continue语句的作用：结束本次循环，进入下一次循环。

示例：要求输出100~200不能被3整除的数。

#include<iostream>
using namespace std;

int main() {
	int i;
	for (i = 100; i < 200; i++) {
		if (i % 3 == 0)   //i%3==0,是指i除以3的余数等于0，即i能够被3整除
			continue;     //continue语句也常搭配if语句进行使用
		cout<<i<<endl;
	}
	return 0;
}

4.5 递推法

4.5.1 通过Fibonacci数列看递推法

斐波那契数列是什么？

斐波那契数列是一个数列，以0和1开始，后面的每一项都是前两项的和。数列的前几项如下：0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, ...

$fib(n)=\left\{\begin{matrix} 0&n=0 \\ 1&n=1 \\ fib(n-2)+fib(n-1)&n>1 \end{matrix}\right.$

#include<iostream>
using namespace std;

int F(int num);

int main() {
	int i;
	cin >> i;
	F(i);
	cout << F(i);
	return 0;
}

int F(int num) {
	if ((num == 0) || (num == 1)) {
		return num;
	}
	else {
		return F(num - 1) + F(num - 1);
	}
	return 0;
}

4.5.2 递推法的基本思想

递推法：指从问题的已知条件出发，依据某种递推关系，依次推出所要求的各中间结果及最后结果。
递推初始条件确定：问题本身已经给定or通过对问题的分析与化简后确定。
递推的方向（两种）：顺推法、逆推法

顺推法：从已知初始条件出发，通过递推关系逐步推算出要解决的问题的结果的方法。如求斐波那契数列。

倒推法：在不知初始值的情况下，经某种递推关系而获知于问题的解或目标，从这个解或目标出发，采用倒推手段，一步步地倒退到这个问题的初始情况。如猴子吃桃。

实现递推的步骤：

确定递推变量：要根据问题的具体实际，设置递推变量。
建立递推关系：递推关系是指，如何从变量的前一些值推出其下一个值，或从变量的后一些值推出其上一个值的公式（或关系）。
确定初始（边界）条件：对确定的递推变量，要根据问题最简单情形的数据确定递推变量的初始（边界）值，这是递推的基础。
对递推过程进行控制：递推过程不能无休止地重复执行下去。递推过程在什么时候结束，满足什么条件结束，这是编写递推算法必须考虑的问题。

4.6 穷举法

4.6.1 什么情况下用穷举算法

穷举法：根据问题中的“约束条件”，将所有可能的解一一列举出来，并逐个验证是否符合“约束条件”，找出符合要求的解。
穷举法适合求解的问题：可能的答案是有限个and答案是已知的，但又难以用解析法描述。这种算法通常用循环结构来完成。

4.6.2 百鸡问题

“百鸡问题”：鸡翁一，值钱五，鸡母一，值钱三，鸡雏三，值钱一。百钱买百鸡，问鸡翁、母、雏各几何？

#include<iostream>
using namespace std;

int main() {
	int i, j, k;
	for (i = 1; i <= 20; i++) {
		for (j = 1; j <= 33; j++) {
			for (k = 1; k <= 300;k++) {
				if ((i + j + k == 100) && (5 * i + 3 * j + k / 3 == 10)) {
					break;
				}
			}
		}
	}
	cout << i << " " << j << " " << k << endl;
	return 0;
}

优化，两重循环（k=100-i-j）

#include<iostream>
using namespace std;

int main() {
	int i, j,k;
	
	for (i = 1; i <= 20; i++) {
		for (j = 1; j <= 33; j++) {
			k = 100 - i - j;
				if ((5*i + 3*j + k/3 == 100) && ( k % 3 == 0)) {
					break;
				}
		}
	}
	cout << i << " " << j << " " << k << endl;
	return 0;
}

4.7 循环程序调试方法：单步调试法

程序调试的步骤：猜测出错位置，设置断点——>单步运行——>观察变量——>发现问题——>修正代码，重新运行——>解决问题

循环程序常用断电：初始值，改变程序条件变量的位置，判断条件。

五、数组

5.1 一维数组

定义一维数组：数据类型数组名[常量表达式];

如int a[10],char c[10]。

数组是用来存储相同数据类型的数据结构。
数组在内存里有一块连续的存储空间（区别于链表）。
常量表达式是来表示数组大小的，定义之后就不能改变。

5.2 二维数组

定义二维数组：数据类型数组名[常量表达式1][常量表达式2];

如int a[][10],char c[][10]。

二维数组可以表示二维表格上的数据。
二维数组存储形式先行后列。
二维数组的处理一般采用双重循环语句。

5.3 字符串与字符数组

解决两个问题：

字符串输入cin和cin.getline区别
字符串输出如何不出现乱码？

字符串与字符数组的不同

字符串char name[]="hust";//数组长度为5

h u s t \0

字符数组char name[]={'h','u','s','t'};//数组长度为4

h u s t

字符数组的输入输出

在实际应用cin输入字符数组时，会自动在输入的字符尾端加上'\0'，故在定义数组大小时应考虑到这一点。

字符数组的输入（cin、cin.getline）

用"cin>>数组名"的形式输入

遇到空格，Tab，回车键表示数据之间间隔；回车键还可以表示输入结束

用"cin>>数组名"输入单个字符串时，其中不能有空格

用"cin>>数组名"输入多个字符串时，可以用空格分隔

用cin.getline函数（输入字符串中包含空格字符）

cin.getline(字符数组名，字符个数n)

输入回车表示输入结束

输入字符的数量（不包含回车）最大为n-1

输入的字符后会自动添加串结束符'\0'，作为字符串的一部分放入数组

如果输入字符的数量（不包含回车）大于n-1个，将前n-1个字符放入数组

cin和cin.getline混合使用

运行下面这个代码会发现~~cin,getline语句被直接跳过~~，并没有输入的过程。这是因为cin>>和cin.getline从缓冲区读数据时的方式不同，cin>>不读"\n"换行符，但是cin.getline读"\n"换行符，那么在实际的运行过程中代码读完cin>>之后会立马遇到一个换行符，cin.getline 也就没运行就结束了。

那么如何解决上述问题？（清空缓冲区）

混合使用cin和cin.get.line时，用cin.clear()和cin.sync()解决问题
//混用之后，有问题的代码
#include<iostream>
using namespace std;

int main() {
	char ch[5];
	int number;
	cin >> number;
	cin.getline(ch, 5);
	return 0;
}

//清空缓冲区，没问题的代码
#include<iostream>
using namespace std;

int main() {
	char ch[5];
	int number;
	cin >> number;
	cin.getline(ch, 5);
	return 0;
}
字符数组的输出

cout遇到'\0'才能结束
//没有结束符，有问题的代码
#include<iostream>
using namespace std;

int main() {
	char a[4] = "C++";
	char b[3] = { 'c','+','+' };
	cout << a << endl;
	cout << b << endl;
	return 0;
}
//加结束符，没问题的代码
#include<iostream>
using namespace std;

int main() {
	char a[4] = "C++";
	char b[3] = { 'c','+','+' ,'\0'};
	cout << a << endl;
	cout << b << endl;
	return 0;
}

5.4 字符串的应用

字符数组与数值数组之间的异同

相同点：定义格式一样，可以使用循环访问每个元素。
不同点1：循环控制条件不同
int a[6] = { 1,2,3,4,5,6 };
for (int i = 0; i < 6; i++) {
	cout << a[i];
}

char b[60] = "hello";
for (int j = 0; b[i] != '\0'; j++) {
	cout << b[j];
}
不同点2：字符数组可以使用数组名整体访问整个字符串
	//输出的是数组a的首地址
    int a[6] = { 1,2,3,4,5,6 };
	cout<<a<<endl;
    //输出b为首地址的字符串，直至遇到'\0'结束
	char b[60] = "hello";
	cout << b<<endl;

六、指针——C++的灵魂

6.1 指针的概述及基本应用

6.1.1 指针的基本概念

内存地址：计算机的内存被划分为一个个的存储单元，简称内存单元。内存单元按一定的规则编号，这个编号就是存储单元的地址。
变量与地址：程序中定义的变量要占用一定的内存空间，不同的数据类型的变量占用的内存空间大小不一样。如整型变量占用4个存储单元，浮点型变量占用8个存储单元。
访问内存中的数据（两种方式：直接访问，间接访问）

直接访问：通过变量名，直接对变量的存储空间进行存取访问。

间接访问：根据变量的地址进行存取访问。

指针变量与指针变量的定义

指针变量是一种特殊的变量，用于存放内存单元的地址，即~~能存放地址的变量~~就是指针变量。
指针变量定义的一般形式：数据类型 *指针变量名;

定义语句中的 *表示该变量为指针变量。

指针变量前的数据类型规定了指针变量指向的变量的数据类型。

如double *p，p为指针变量，且指针变量p里存放着double类型变量的地址。

指针变量的三要素

变量名：与一般变量取名相同，数字、字母、下划线组成，字母、下划线开头。

指针变量的类型：~~指针所指向的变量的类型~~，而不是自身的类型。指针变量本身均为long int类型。

指针变量的值：是某个变量的内存地址。