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【例1.1】输出一行字符“This is a C++ program.”
一、从C到C++
C语言是结构化和模块化的语言，C语言的设计者必须细致地设计程序中的每个细节，准确地考虑程序运行时每一时刻发生的事情，当程序规模变大时，结构化程序设计就显得力不从心。
C++既可以用于面向过程的结构化程序设计，也可用于面向对象的程序设计。C++对C的增强体现在两个方面：
- 对原来的面向过程机制做了扩充
- 增加了面向对象的机制
学习C++之后，既可以进行面向对象的程序设计，也可以进行面向过程的程序设计。
二、C++语言的词法和词法规则
1.C++语言的字符集
等同于C语言的字符集，包括：
- 大小写英文字母
- 数字字符
- 其他ASCII码字符
2.单词及词法规则
单词是构成语句的关键成份之一，通常由若干字符组成，C++有几种单词：
（1）关键字
是C++语言中的命令字，它是预定义好的单词，C++编译程序对其有专门的解释。如int、float、if、else、while、switch等等。
（2）标识符
程序员用标识符对程序中的元素实施命名，包括函数名、类名、对象名、类型名、变量名、常变量名、数组名等。
标识符以字母或下划线开始，后跟字母、数字、下划线。标识符区分大小写字母。
（3）运算符
运算符代表某种操作的单词，由一个或多个字符组成。注意运算符的优先级和综合顺序。
（4）分隔符
在语句中关键字和标识符之间、各个语句之间要用分隔符分开。C++常用的分隔符有空格、逗号、分号、冒号大括号。
（5）注释符
C++提供了两种注释符：
- /* 注释 */
- // 注释
三、最简单的C++程序
【例1.1】输出一行字符“This is a C++ program.”
#include <iostream> //用cout输出时需要用
using namespace std; //使用命名空间std
int main()
{
cout << "This is a C++ program.\n";
return 0;
}【注】
- 标准C++规定main函数必须声明为int类型，如果程序正常运行，向操作系统返回一个零值，否则返回非零值，通常是-1
- C++程序可以用/* 注释 */做多行注释，也可以用// 做单行注释
- C++程序常用cout、cin进行输出输入，cout是C++定义的输出流对象，<<是插入运算符
- 使用cout、cin需要用头文件iostream，在程序开始要用#include声明包含的头文件
- using namesapce std;意思是使用命名空间。C++标准库中的类和函数是在命名空间std中声明的，因此程序中如果用C++标准库中的有关内容（此时需要用#include命令行），就要用using namespace std;语句声明
【例1.2】求a和 b两个数之和
#include<iostream> //预处理命令
using namespace std; //使用命名空间
int main()
{
int a,b,sum;
cin>>a>>b;
sum=a+b;
cout<<"a+b="<<sum<<endl;
return 0;
}【注】
- cin是C++定义的输入流对象。“>>”是提取运算符，与cin配合，其作用是从设备中提取数据送到输入流cin中。在程序执行时，键盘输入的第一个数据赋予a，第二个数据赋予b
- cout语句中大哥endl是C++控制符函数，作用是让光标换行
【例1.3】求两个数中的大数
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
int max(int x, int y); //对max函数做声明
int a, b, c;
cin >> a >> b;
c = max(a, b); //调用max函数
cout << "max=" << c << endl;
return 0;
}
int max(int x, int y)
{ //定义max函数
int z;
if (x > y)
z = x;
else
z = y;
return (z);
}四、C++对C的扩充
1.C++的输入输出
C++为了方便使用，除了可以利用printf和scanf函数进行输入和输出外，还增加了标准输入流输出流cin和cout。他们是在头文件iostream中定义的，标准流是不需要打开文件和关闭文件就能直接操作的流式文件，在此标准输入流是指从键盘上输入的数据，标准输出流是指向屏幕输出的数据流。
| C++预定义的标准流 | ||
| 流名 | 含义 | 隐含设备 |
| cin | 标准输入 | 键盘 |
| cout | 标准输出 | 屏幕 |
| cerr | 标准出错输出 | 屏幕 |
| clog | cerr缓冲形式 | 屏幕 |
（1）用cout进行输出
- 【格式】cout<<表达式1[<<表达式2……]
- 【功能】由左向右逐个计算表达式的值，将其插入到输出流cout中
- cout必须与输出运算符<<一起使用，每个<<后跟一个表达式，<<运算符的结合方向是从左向右，所以各个表达式的值按从左到右的顺序插入到输出流中
- endl是C++输出流的常数，在头文件iostream中定义，代表让光标换行。在C++中也可以用“\n”控制光标换行。
（2）用cin进行输入
- 【格式】cin>>变量1[>>变量2……]
- >>是C++的提取运算符，表示从标准输入设备取得数据，赋予其后的变量
- 从键盘输入数值数据时，两个数据之间用空格分隔或用回车分隔
（3）cin和cout的使用
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
cout << "please enter your name and age:" << endl;
char name[10];
int age;
cin >> name;
cin >> age;
cout << "your name is" << name << endl;
cout << "your age is" << age << endl;
return 0;
}2.用const定义常变量
（1）格式
const 类型 变量名 = 常数
（2）例
const float PI = 3.14159;
3.函数原型声明
（1）含义
C++规定，如果函数调用在函数定义之前，要求在调用之前声明该函数的原型
（2）格式
函数类型 函数名（形参表）
- 形参表中形参可以只写类型。例：int max(int x,int y);或int max(int ,int );其实C++编译时，只检查参数的数据类型
4.函数的重载
（1）含义
C++允许在同一个域中用一个函数名定义多个函数，这些函数的函数参数、参数类型不相同。用一个函数名实现不同的功能，就是函数的重载。
（2）例1.6
设计程序计算三个数中的大数
#include<iostream>
using namespace std;
int max(int a,int b,int c) //求3个整数中的最大者
{
if(b>a) a=b;
if(c>a) a=c;
return a;
}
int max(float a,float b,float c) //求三个实数中的最大者
{
if(b>a) a=b;
if(c>a) a=c;
return a;
}
int max(long a,long b,long c) //求三个长整数中的最大者
{
if(b>a) a=b;
if(c>a) a=c;
return a;
}
int main()
{
int a,b,c,m;
float d,e,f,n;
long g,h,i,p;
cin>>a>>b>>c;
cin>>d>>e>>f;
cin>>g>>h>>i;
m=max(a,b,c);
n=max(d,e,f);
p=max(g,h,i);
cout<<"max_int"<<m<<endl;
cout<<"max_float"<<n<<endl;
cout<<"max_long"<<p<<endl;
return 0;
}- 下面的例子说明用函数重载设计参数个数不同的函数，用一个函数名求两个整数或三个整数中的最大数。
#include <iostream>
using namespace std;
int max(int a,int b,int c) //求三个整数中的最大者
{
if(b>a) a=b;
if(c>a) a=c;
return a;
}
int max(int a,int b) //求两个整数中的最大者
{
if(a>b) return a;
else return b;
}
int main()
{
int a=7,b=-4,c=9;
cout<<max(a,b,c)<<endl;
cout<<max(a,c)<<endl;
return 0;
}【注】不允许函数参数个数、参数类型都相同，只是函数返回值不同。因为系统无法从调用形式上判断用与哪个函数相匹配。
5.函数模板
（1）含义
如果两个函数的函数参数个数相同，函数的行为相同（做相同的事），只是函数和参数的数据类型不同，如果用函数重载的话，编写的函数代码是相同的，为了节省时间，C++提供了函数模板功能。
（2）格式
template typename 标识符[,typename标识符，……] 函数定义（函数的类型和参数的类型用声名的标识符表示） template是关键字，含义是模板；typename是关键字，表示其后的标识符代表类型参数，调用时根据实参的类型确定形参的类型。
- 所谓函数模板，是建立一个通用函数，不指定函数类型和参数类型，而用一个虚拟的类型表示。在调用函数时，用实参的类型取代模板中的虚拟类型。
（3）例
计算两个数中的大数定义函数模板
#include<iostream>
using namespace std;
template<typename T>
T max(T a,T b,T c)
{
if(b>a) a=b;
if(c>a) a=c;
return a;
}
int main()
{
int i1=8,i2=5,i3=6,i;
double d1=56.9,d2=90.876,d3=43.2,d;
long g1=12345,g2=-23521,g3=341854,g;
i=max(i1,i2,i3);
d=max(d1,d2,d3);
g=max(g1,g2,g3);
cout<<"i_max="<<i<<endl;
cout<<"d_max="<<d<<endl;
cout<<"g_max="<<g<<endl;
return 0;
}【注】从程序中看到，此问题用函数模板比用函数重载更方便。注意，函数模板只适用于函数参数的个数相同而类型不同，并且函数体相同的情况，如果函数的参数个数不同，则不能用函数模板。
6.有默认参数的函数
（1）含义
C++允许为函数的参数设置默认值，这时调用函数时，如果没有实参，就以默认值作为实参值
（2）格式
形参类型 形参变量名=常数
（3）功能
调用函数时，如果没有实参，就以常数作为该形参的值；如果有实参，仍以实参的值作为该形参的值
- 有默认值的形参必须放在形参表的右边，不允许无默认参数值和有默认参数值的形参交错排列
（4）例
编写计算圆柱体体积函数float volum(float h,float r=12.5)调用可以采用以下任何一种形式volume(45.6);或volume(32.4,10.5);
（5）注
如果用函数原型声明，只要在函数原型声明中定义形参的默认值即可；一个函数名不能同时用于重载函数和带默认形参值的函数。当调用函数时，如少写一个参数，系统无法判断是利用重载函数还是利用带默认参数值的函数，出现二义性。
7.变量的引用
（1）含义
C++提供了为变量取别名的功能，这就是变量的引用。
（2）格式
类型 &变量1=变量2
- 变量2是在此之前已经定义过的变量，且与变量1的类型相同。这里为变量2定义一个别名变量1，在程序里变量1和变量2就是同一个变量。
- 两个变量不能用同一个别名
（3）例
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
int a = 10;
int &b = a; //声明b是a的引用
a = a * a; //a的值变化了，b的值也应一起变化
cout << a << " " << b << endl;
b = b / 5; //b的值变化了，a的值也应一起变化
cout << b << " " << a << endl;
return 0;
}
（4）将引用作为函数参数
C++除了可以用普通变量、指针变量做形参外，还可以用引用变量做形参。
- 普通变量做形参：这时传递的是实参的值，在函数内形参与实参是两个不同的内存单元，对形参的修改不会影响实参的值
#include<iostream>
using namespace std;
void swap(int a,int b)
{
int temp;
temp=a;
a=b;
b=temp; //实现a和b的值互换
}
int main()
{
int i=3,j=5;
swap(i,j);
cout<<"i="<<i<<" "<<"j="<<j<<endl; //i和j的值未互换
return 0;
}
- 用指针变量做形参：C语言还允许用指针变量做形参，这时传递的是实参变量的地址（指针），在函数内利用这个指针访问实参变量。
#include <iostream>
using namespace std;
void swap(int *p1,int *p2)
{
int temp;
temp=*p1;
*p1=*p2;
*p2=temp;
}
int main()
{
int i=3,j=5;
swap(&i,&j);
cout<<"i="<<i<<" "<<"j="<<j<<endl; //i，j换了
return 0;
}
- 用引用变量做形参：用指针变量做形参，它将实参变量的地址传递给形参，在函数内用“*指针变量”的方式访问实参变量。我们知道引用变量是变量的别名，在调用函数时，用引用变量的做的形参就成了实参变量的别名，在函数中用的形参名就是实参的别名，这样比用指针变量更直观、更方便。
#include <iostream>
using namespace std;
void swap(int &a,int &b)
{
int temp;
temp=a;
a=b;
b=temp;
}
int main()
{
int i=3,j=5;
swap(i,j);
cout<<"i="<<i<<" "<<"j="<<j<<endl; //i、j换了
return 0;
}
（5）对引用的进一步说明
- 引用变量都具有非void类型
- 不能建立引用的数组
- 可以建立常引用变量，不允许修改常引用变量的值
int i;
const int &a = i;
a = 3; //错误的用法
i = 8; //i不是常变量，可以修改- 可以建立指针变量的引用变量
int i;
int *p=&i;
int *&pt=p;//pt是p的别名变量，同时也是指针变量8.内置函数
（1）含义
C++提供了一种机制，在编译时，将所调用的函数的代码嵌入到调用函数代码中，在执行函数时省去了调用环节，提高了函数的执行速度。这种机制称为内置函数，有的书称内联函数。
（2）格式
inline 函数类型 函数名（形参表）
【注】inline是C++的关键字，在编译时，编译程序会把这个函数嵌入到调用函数的函数体中
（3）例：计算三个整数中的最大数
#include<iostream>
using namespace std;
inline int max(int a,int b,int c) //这是一个内置函数
{
if(b>a) a=b;
if(c>a) a=c;
return a;
}
int main()
{
int i=7,j=10,k=25,m;
m=max(i,j,k);
cout<<"max="<<m<<endl;
return 0;
}【注】由于在定义函数时指定它是内置函数，因此编译系统在遇到调用max(i,j,k)时就用max函数体的代码代替max(i,j,k)，同时用实参代替形参。
#include <iostream>
using namespace std;
inline int power(int x)
{
return x*x;
}
int main()
{
cout<<power(2)<<endl;
cout<<power(1+1)<<endl;
return 0;
}【注】使用内置函数可以节省程序运行时间，但增加了目标程序的长度。所以在使用时要衡量时间和空间的得失。
9.作用域运算符
（1）含义
并不是所有的变量在程序运行的时时刻刻都是可见的。有的变量在整个程序运行期间都是可见的，称他们为全局变量；有的变量只在一个函数中可知，被称为局部变量。
每个变量都有其有效的作用域，程序只能在变量的有效作用域内使用变量，不能直接使用其他域中的变量。
（2）例
#include<iostream>
using namespace std;
float a=13.5; //全局变量a
int main()
{
int a=5; //局部变量a
cout<<"a="<<a<<endl;
return 0;
}
【注】局部变量会屏蔽全局变量。为了在函数中访问全局变量C++提供了作用域运算符::，可以用来指定要访问的作用域。
#include <iostream>
using namespace std;
float a = 13.5; //全局变量a
int main()
{
int a = 5; //局部变量a
cout << "a=" << a << endl;
cout << "a=" << ::a << endl;
return 0;
}
10.字符串变量
（1）含义
C++提供了字符串类型string，实际上它不是C++的基本类型，它是在C++标准库中声明的一个字符串类，程序可以用它定义对象。
（2）定义字符串变量
格式：string 变量名表=字符串常量
【注】如用字符串变量，在程序开始要用包含语句把C++标准库的string头文件包含进来
（3）对字符串操作
- 对字符串变量赋值：字符串变量=字符串表达式
string st1,st2;
st1="王点点";
st2=st1;- 访问字符串中的字符：C++允许把字符串作为字符数组，第一个字符的下标是0，第二个字符的下标是1，以此类推。
string w="then";
w[2]='a';- 输入输出字符串：格式为cin>>(cout<<)字符串变量
- 字符串连接运算：字符串1+字符串2；把连接运算符两端的字符连接成一个字符串。表达式中可以用字符串常量也可以用字符串变量。
- 字符串的比较运算：>,>=,==,!=,<,<=（根据ASCII码）
11.动态分配/撤销内存的运算符new和delete
（1）分配内存运算
new 类型[(初值)]。类型是决定分配空间尺寸的关键因素，入宫运算结果正确，它的值是分配内存空间的起始地址，否则返回NULL。
int *a=new int;
int *b=new int(100);
char *ch=new char[10];
int *q=new int[5][4];
float *p=new float(3.14159);（2）归还动态内存运算
delete[]指针变量。[]代表数组，如果不是数组可以省略。运算功能：撤销指针变量所指的动态内存空间，指针变量的数据类型绝对了空间尺寸的大小。
char *p=new char[10];
... ...
delete []p;（3）用动态内存存放结构体变量
#include <iostream>
#include <string.h>
using namespace std;
struct student
{
char name[10];
int num;
char sex;
};
int main()
{
student *p;
p = new student;
strcpy(p->name, "Wang Fun");
p->num = 10123;
p->sex = 'M';
cout << p->name << " " << p->num << " " << p->sex << endl;
delete p;
return 0;
}
【注】
- 先声明了一个结构体类型student，定义一个指向它的指针变量p，用new开辟一个空间存放一个studet类型变量
- 如果无法正常分配内存，运算会返回一个空指针NULL，程序可以设计判断结构，根据判断结果决定怎样操作。
- 注意不要混合使用new,delete,malloc,free。要正确搭配。
五、C++程序的编写和实现
1.用C++语言编写程序
2.对源程序进行编译
3.将目标文件连接
4.运行程序
5.分析运行结果
