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C++ 语法

引言​

C++是一种功能强大、灵活且被广泛使用的编程语言，它扩展了C语言，增加了面向对象编程、泛型编程和标准模板库等特性。掌握C++的语法是成为一名熟练的C++程序员的第一步。本文将系统地介绍C++的基础语法，帮助初学者建立坚实的语言基础。

基本程序结构​

一个最简单的C++程序包含以下部分：

cpp
#include <iostream>  // 包含头文件

int main() {         // 主函数
    std::cout << "Hello, World!" << std::endl;  // 语句
    return 0;        // 返回语句
}

输出：

Hello, World!

程序结构解析：​

  1. 预处理指令：#include <iostream> 包含了输入输出流的标准库头文件。
  2. 主函数：main() 是程序的入口点，每个C++程序都必须有一个。
  3. 函数体：由花括号 {} 包围。
  4. 语句：std::cout << "Hello, World!" << std::endl; 是一个输出语句。
  5. 返回语句：return 0; 表示程序正常结束。

注释​

C++支持两种注释方式：

cpp
// 这是单行注释

/* 这是多行注释
   可以跨越多行 */
提示

良好的注释习惯可以使代码更易读、更易维护。

数据类型​

C++提供了多种内置数据类型：

基本数据类型​

cpp
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    // 整数类型
    int integerVar = 10;
    short shortVar = 5;
    long longVar = 100000L;
    long long longLongVar = 10000000000LL;
    
    // 浮点类型
    float floatVar = 3.14f;
    double doubleVar = 3.14159;
    
    // 字符类型
    char charVar = 'A';
    
    // 布尔类型
    bool boolVar = true;
    
    cout << "整数: " << integerVar << endl;
    cout << "短整数: " << shortVar << endl;
    cout << "长整数: " << longVar << endl;
    cout << "长长整数: " << longLongVar << endl;
    cout << "浮点数: " << floatVar << endl;
    cout << "双精度浮点数: " << doubleVar << endl;
    cout << "字符: " << charVar << endl;
    cout << "布尔值: " << boolVar << endl;
    
    return 0;
}

输出：

整数: 10
短整数: 5
长整数: 100000
长长整数: 10000000000
浮点数: 3.14
双精度浮点数: 3.14159
字符: A
布尔值: 1

派生数据类型​

  • 数组：同一类型的集合
  • 指针：存储内存地址的变量
  • 引用：已存在变量的别名
  • 结构体：不同类型的组合
  • 枚举：自定义的有限集合

变量与常量​

变量声明和初始化​

cpp
int age = 25;       // 声明并初始化
int height;         // 仅声明
height = 180;       // 赋值

常量定义​

cpp
const double PI = 3.14159;  // 使用const关键字
#define MAX_SIZE 100       // 使用预处理指令（不推荐）
警告

常量一旦定义，就不能被修改，尝试修改会导致编译错误。

运算符​

C++支持多种运算符：

算术运算符​

cpp
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a = 10, b = 3;
    
    cout << "a + b = " << a + b << endl;  // 加法
    cout << "a - b = " << a - b << endl;  // 减法
    cout << "a * b = " << a * b << endl;  // 乘法
    cout << "a / b = " << a / b << endl;  // 整数除法
    cout << "a % b = " << a % b << endl;  // 取余
    
    return 0;
}

输出：

a + b = 13
a - b = 7
a * b = 30
a / b = 3
a % b = 1

关系运算符​

cpp
cout << "a == b: " << (a == b) << endl;  // 等于
cout << "a != b: " << (a != b) << endl;  // 不等于
cout << "a > b: " << (a > b) << endl;    // 大于
cout << "a < b: " << (a < b) << endl;    // 小于
cout << "a >= b: " << (a >= b) << endl;  // 大于等于
cout << "a <= b: " << (a <= b) << endl;  // 小于等于

逻辑运算符​

cpp
bool x = true, y = false;
cout << "x && y: " << (x && y) << endl;  // 逻辑与
cout << "x || y: " << (x || y) << endl;  // 逻辑或
cout << "!x: " << (!x) << endl;         // 逻辑非

赋值运算符​

cpp
int c = 5;
c += 3;  // 等价于 c = c + 3;
cout << "c = " << c << endl;  // 输出: c = 8

其他运算符​

  • 位运算符：&, |, ^, ~, <<, >>
  • 自增自减：++, --
  • 条件运算符：?:
  • 成员运算符：., ->
  • 其他：,, [], (), sizeof

控制流程​

条件语句​

if-else语句​

cpp
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int number;
    cout << "输入一个整数: ";
    cin >> number;
    
    if (number > 0) {
        cout << "正数" << endl;
    } else if (number < 0) {
        cout << "负数" << endl;
    } else {
        cout << "零" << endl;
    }
    
    return 0;
}

switch语句​

cpp
char grade;
cout << "输入成绩等级(A-F): ";
cin >> grade;

switch (grade) {
    case 'A':
        cout << "优秀!" << endl;
        break;
    case 'B':
        cout << "良好!" << endl;
        break;
    case 'C':
        cout << "中等!" << endl;
        break;
    case 'D':
        cout << "及格!" << endl;
        break;
    case 'F':
        cout << "不及格!" << endl;
        break;
    default:
        cout << "无效的等级!" << endl;
}
备注

switch语句中的break是必要的，否则会发生"贯穿"现象，执行后续所有case。

循环语句​

for循环​

cpp
// 计算1到10的和
int sum = 0;
for (int i = 1; i <= 10; i++) {
    sum += i;
}
cout << "1到10的和为: " << sum << endl;

while循环​

cpp
// 打印10到1的倒计时
int countdown = 10;
while (countdown > 0) {
    cout << countdown << " ";
    countdown--;
}
cout << "发射!" << endl;

do-while循环​

cpp
// 至少执行一次的菜单
int choice;
do {
    cout << "\n菜单:\n";
    cout << "1. 显示信息\n";
    cout << "2. 编辑信息\n";
    cout << "3. 退出\n";
    cout << "请选择: ";
    cin >> choice;
    
    // 处理选择...
    
} while (choice != 3);

跳转语句​

cpp
// break: 跳出循环
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    if (i == 5) {
        break;  // 当i等于5时终止循环
    }
    cout << i << " ";
}

// continue: 跳过当前迭代
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    if (i % 2 == 0) {
        continue;  // 跳过偶数
    }
    cout << i << " ";  // 只打印奇数
}

// goto: 跳转到标签（不推荐使用）
int i = 0;
start:
    cout << i << " ";
    i++;
    if (i < 5) {
        goto start;  // 跳回start标签
    }

函数​

函数是C++程序的基本构建块，允许将代码分解为可重用的模块。

函数声明和定义​

cpp
// 函数声明
int add(int a, int b);

// 主函数
int main() {
    int result = add(5, 3);
    cout << "5 + 3 = " << result << endl;
    return 0;
}

// 函数定义
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

参数传递​

cpp
// 值传递
void changeValue(int x) {
    x = 100;  // 只改变局部副本
}

// 引用传递
void changeValueByRef(int &x) {
    x = 100;  // 改变原始变量
}

int main() {
    int num = 10;
    
    changeValue(num);
    cout << "值传递后: " << num << endl;  // 输出: 10
    
    changeValueByRef(num);
    cout << "引用传递后: " << num << endl;  // 输出: 100
    
    return 0;
}

函数重载​

C++允许多个同名函数，只要它们的参数列表不同。

cpp
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() {
    cout << add(5, 3) << endl;        // 调用第一个函数
    cout << add(3.5, 2.7) << endl;    // 调用第二个函数
    cout << add(1, 2, 3) << endl;     // 调用第三个函数
    return 0;
}

默认参数​

cpp
void printMessage(string message, int times = 1) {
    for (int i = 0; i < times; i++) {
        cout << message << endl;
    }
}

int main() {
    printMessage("Hello");       // 打印一次
    printMessage("Hi", 3);       // 打印三次
    return 0;
}

实际案例：创建简单的计算器​

下面是一个综合应用C++基本语法的简单计算器程序：

cpp
#include <iostream>
using namespace std;

// 函数声明
double add(double a, double b);
double subtract(double a, double b);
double multiply(double a, double b);
double divide(double a, double b);

int main() {
    char operation;
    double num1, num2, result;
    bool continueCalculation = true;
    
    cout << "简易计算器" << endl;
    cout << "------------" << endl;
    
    while (continueCalculation) {
        // 获取用户输入
        cout << "\n请输入第一个数字: ";
        cin >> num1;
        cout << "请输入操作符 (+, -, *, /): ";
        cin >> operation;
        cout << "请输入第二个数字: ";
        cin >> num2;
        
        // 进行计算
        switch (operation) {
            case '+':
                result = add(num1, num2);
                break;
            case '-':
                result = subtract(num1, num2);
                break;
            case '*':
                result = multiply(num1, num2);
                break;
            case '/':
                if (num2 != 0) {
                    result = divide(num1, num2);
                } else {
                    cout << "错误: 除数不能为零!" << endl;
                    continue;
                }
                break;
            default:
                cout << "错误: 无效的操作符!" << endl;
                continue;
        }
        
        // 显示结果
        cout << "结果: " << num1 << " " << operation << " " << num2 << " = " << result << endl;
        
        // 询问是否继续
        char choice;
        cout << "\n是否继续? (y/n): ";
        cin >> choice;
        
        if (choice != 'y' && choice != 'Y') {
            continueCalculation = false;
        }
    }
    
    cout << "\n感谢使用计算器!" << endl;
    return 0;
}

// 函数定义
double add(double a, double b) {
    return a + b;
}

double subtract(double a, double b) {
    return a - b;
}

double multiply(double a, double b) {
    return a * b;
}

double divide(double a, double b) {
    return a / b;
}

这个例子展示了：

  • 函数声明和定义
  • 循环和条件语句
  • 用户输入处理
  • 基本计算功能
  • 错误处理（除以零的情况）

总结​

本文介绍了C++的基本语法，包括：

  • 基本程序结构与注释
  • 数据类型与变量
  • 运算符
  • 控制流程（条件语句和循环）
  • 函数定义与调用

掌握这些基础语法是深入学习C++的重要前提。记住，编程是一项实践技能，多动手编写代码是最好的学习方式。

练习题​

  1. 编写一个程序，计算并输出1到100中所有偶数的和。
  2. 创建一个函数，计算给定数字的阶乘。
  3. 编写一个程序，判断用户输入的年份是否为闰年。
  4. 实现一个简单的学生成绩管理程序，可以输入学生姓名和分数，并计算平均分。
  5. 编写一个程序，生成并打印乘法表（1到10）。

进一步学习资源​

  • C++ Primer（第5版）- 适合初学者的全面参考书
  • cppreference.com - 在线C++参考手册
  • learncpp.com - 免费的在线C++教程
  • C++ Standard Library - 了解C++标准库的功能
  • 实践编程挑战网站如LeetCode或HackerRank，提高编程技能

继续学习和实践，你将逐步掌握C++这门强大的编程语言！