【c/c++】C++初识

Bertha 。 2023-10-04 12:21 23阅读 0赞

## 说明 ##

关于C++的内容，都是在已经了解了C语言的基础之上总结的，所以有不少C++的基础，因为也是C语言的基础，所以不会特意说明。

## 输入输出 ##

首先是一个简单的例子：

#include <iostream>
    
    int main()
    {
        int v1 = 0, v2 = 0;
    
        std::cout << "Enter two numbers:" << std::endl;
        std::cin >> v1 >> v2;
        std::cout << "The sum of " << v1 << " and " << v2 << " is " << v1 + v2 << std::endl;
    
        return 0;
    }

cout是标准输出，cin是标准输入，此外还有cerr是标准错误，clog是标准日志记录，对应的头文件：

namespace std _GLIBCXX_VISIBILITY(default)
    {
    _GLIBCXX_BEGIN_NAMESPACE_VERSION
    
      /**
       *  @name Standard Stream Objects
       *
       *  The <iostream> header declares the eight <em>standard stream
       *  objects</em>.  For other declarations, see
       *  http://gcc.gnu.org/onlinedocs/libstdc++/manual/io.html
       *  and the @link iosfwd I/O forward declarations @endlink
       *
       *  They are required by default to cooperate with the global C
       *  library's @c FILE streams, and to be available during program
       *  startup and termination. For more information, see the section of the
       *  manual linked to above.
      */
      //@{
      extern istream cin;		/// Linked to standard input
      extern ostream cout;		/// Linked to standard output
      extern ostream cerr;		/// Linked to standard error (unbuffered)
      extern ostream clog;		/// Linked to standard error (buffered)
    
    #ifdef _GLIBCXX_USE_WCHAR_T
      extern wistream wcin;		/// Linked to standard input
      extern wostream wcout;	/// Linked to standard output
      extern wostream wcerr;	/// Linked to standard error (unbuffered)
      extern wostream wclog;	/// Linked to standard error (buffered)
    #endif
      //@}
    
      // For construction of filebuffers for cout, cin, cerr, clog et. al.
      static ios_base::Init __ioinit;
    
    _GLIBCXX_END_NAMESPACE_VERSION
    } // namespace

可以看到在cout、cin之前加了std，它是命名空间的名称，使用它是为了防止全局命名的冲突，这样写当然比较麻烦，如果一直使用的都是std这个命名空间，就可以直接在开头导入：

using namespace std;

还有一个endl，它是一个操纵符，写入endl的效果是结束当前行，并将与设备关联的缓冲区中的内容刷写到设备中，而不是仅停留在内存。

<<和>>是输出运算符和输入运算符。<<接收两个运算对象，左边是ostream对象，右边是需要输出的值。<<运算符的返回值是左边的ostream对象，这样才可以像代码中那样连续多次使用<<。>>也类似，接收两个对象，左侧是istream对象，右侧是一个普通对象来接收读入的数据，并返回左侧的istream对象。

代码执行的结果：

F:\Codes\cppprimer>IoStream.exe
    Enter two numbers:
    1 2
    The sum of 1 and 2 is 3
    
    F:\Codes\cppprimer>IoStream.exe
    Enter two numbers:
    1 2a
    The sum of 1 and 2 is 3
    
    F:\Codes\cppprimer>IoStream.exe
    Enter two numbers:
    a b
    The sum of 0 and 0 is 0

从上面的程序中其实是可以看到一些可疑的点的，这个涉及更复杂的内容，将在后续进一步介绍。

## 控制流 ##

这里只介绍与C语言有差异的。

首先是for：

int main()
    {
        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            cout << i << endl;
        }
    
        return 0;
    }

主要的区别在于i这个变量，C++中可以直接放到for循环语句中；C语言中其实也可以这么用，但是似乎有版本限制，且一般也不这么用。这里还需要注意i只在for循环对应的代码块中才有效，在其外是无效的。

其次是结合输入的控制流：

int main()
    {
        int sum = 0;
        int value;
        
        while (cin >> value)
        {
            sum += value;
        }
        cout << "The sum is: " << sum << endl;
        
        return 0;
    }

执行结果：

F:\Codes\cppprimer>Control.exe
    1 2 3
    ^Z
    The sum is: 6

这里的while循环会一直持续，直到按下Ctrl+z再加Enter为止，这表示了输入的结束，然后执行后续的打印结果。这里是while的例子，cin也可以用在if中：

int main()
    {
        int value;
    
        if (cin >> value)
        {
            cout << "The input: " << value << endl;
        }
    
        return 0;
    }

这里只获取第一个输入，然后打印值，结果如下：

F:\Codes\cppprimer>Control.exe
    1
    The input: 1

C语言当也可以通过scanf完成类似的写法

## 类简介 ##

类用来定义自己的数据结构及关联的操作。下面是一个例子：

class Sales_item {
        // these declarations are explained section 7.2.1, p. 270
        // and in chapter 14, pages 557, 558, 561
        friend std::istream& operator>>(std::istream&, Sales_item&);
        friend std::ostream& operator<<(std::ostream&, const Sales_item&);
        friend bool operator<(const Sales_item&, const Sales_item&);
        friend bool operator==(const Sales_item&, const Sales_item&);
    
    public:
        // constructors are explained in section 7.1.4, pages 262 - 265
        // default constructor needed to initialize members of built-in type
        Sales_item() = default;
        Sales_item(const std::string &book): bookNo(book) { }
        Sales_item(std::istream &is) { is >> *this; }
    
    public:
        // operations on Sales_item objects
        // member binary operator: left-hand operand bound to implicit this pointer
        Sales_item& operator+=(const Sales_item&);
        // operations on Sales_item objects
        std::string isbn() const { return bookNo; }
        double avg_price() const;
    
    // private members as before
    private:
        std::string bookNo;      // implicitly initialized to the empty string
        unsigned units_sold = 0; // explicitly initialized
        double revenue = 0.0;
    };

几点说明：

1.  类使用class关键字定义；
2.  >>，<<（这两个在这里指的是输入输出运算符，不是位运算符），<和==这些基本运算符被重载（Override）了，但是因为它们其实不是当前类拥有的接口，所以不能直接放到类里面，需要作friend声明。
3.  public声明类公开的接口，private声明类的私有数据；
4.  第一个public下是构造函数；
5.  第二个public下是普通的公开接口；

这里有几个问题需要解决。

一是为什么需要将==等运算符Override？原因很简单，因为对于Sales\_item这个自定义的数据类型，两个类对象是无法比较的，如下面的代码：

int main()
    {
        Sales_item item1, item2;
        
        if (item1 == item2)
            std::cout << "==" << std::endl;
        else
            std::cout << "!=" << std::endl;
        
        return 0;
    }

编译时直接报错：

F:\Codes\cppprimer\1\add_item.cc: In function 'int main()':
    F:\Codes\cppprimer\1\add_item.cc:37:15: error: no match for 'operator==' (operand types are 'Sales_item' and 'Sales_item')
         if (item1 == item2)

可以看到直接提示没有匹配的operator==。

二是Override的时候为什么还要将operator==设置为友元，这主要就得看它的实现：

inline bool
    operator==(const Sales_item &lhs, const Sales_item &rhs)
    {
        // must be made a friend of Sales_item
        return lhs.units_sold == rhs.units_sold &&
            lhs.revenue == rhs.revenue &&
            lhs.isbn() == rhs.isbn();
    }

从代码可以看到，只有当Sales\_item中的units\_sold、revenue和isbn()函数的返回值都相等，才表示两个Sales\_item对象相等。但是问题在于units\_sold和revenue是私有变量，operator==是不能直接访问的。为了访问能够成功，在定义Sales\_item的时候就需要显式地声明operator==为友元。这也是为什么operator!=不需要声明为友元的缘故，如下所示：

inline bool
    operator!=(const Sales_item &lhs, const Sales_item &rhs)
    {
        return !(lhs == rhs); // != defined in terms of operator==
    }

在operator!=的实现中不需要访问Sales\_item的私有数据，也就不需要声明为友元了。

三是为什么operator+=却被定义成了Sales\_item的公共接口，还有一个operator+放在了Sales\_item定义之外：

// nonmember binary operator: must declare a parameter for each operand
    // assumes that both objects refer to the same ISBN
    Sales_item
    operator+(const Sales_item& lhs, const Sales_item& rhs)
    {
        Sales_item ret(lhs);  // copy (|lhs|) into a local object that we'll return
        ret += rhs;           // add in the contents of (|rhs|)
        return ret;           // return (|ret|) by value
    }

关于这个问题，目前没有找到答案。似乎可以是成员变量、也可以不是成员变量。

此外还有很多的知识点，比如构造函数、引用等，后面深入的时候再说明。