信奥崔老师：C++ 程序设计入门

jikiecui2025-10-09 10:14

C++ 程序设计入门

欢迎来到C++程序设计入门课程。本章将引导你了解构成C++程序的最基本元素，以及一个程序从代码到可执行文件的完整生命周期。这是你踏入信息学竞赛世界的第一步，掌握这些基础概念至关重要。

1. 程序基本概念

● [1] 标识符、关键字、常量、变量、字符串、表达式的概念

这部分内容是C++语言的"词汇"和"短语"。理解它们，就像学习一门新语言的单词和基本语法。

1. 标识符 (Identifier)
1.1 概念介绍

在程序中，我们需要给各种实体（如变量、函数、类等）命名，以便在代码中引用它们。这种用于命名的有效字符序列就是标识符。简单来说，标识符就是程序员自己起的名字。

1.2 创建步骤
  1. 确定命名对象：想好你要为哪个变量、函数或其他实体命名。
  2. 遵循命名规则：
    • 只能由字母（A-Z, a-z）、数字（0-9）和下划线（_） 组成。
    • 第一个字符必须是字母或下划线，不能是数字。
    • 区分大小写 ，例如 myVar 和 myvar 是两个不同的标识符。
    • 不能是C++的关键字 （如 int, if, for 等）。
  4. 选择有意义的名称 ：尽量使用能描述其用途的词语，例如用 student_age 而不是 a 来表示学生的年龄。
1.3 算法可视化SVG图示
** **
1.4 核心特性
  • 唯一性：在同一作用域内，每个标识符必须是唯一的。
  • 描述性：好的标识符能让代码自解释，提高可读性。
  • 区分大小写 ：score 和 Score 是两个不同的标识符。
1.5 C++代码基础实现
c 复制代码 
#include <iostream>

int main() {
    // 合法的标识符示例
    int studentAge = 20;       // 变量名
    double _score = 95.5;      // 变量名
    int count1 = 100;          // 变量名
    
    // 下面的代码会产生编译错误，因为标识符不合法
    // int 2way = 0;           // 错误：不能以数字开头
    // int class = 5;          // 错误：'class' 是关键字
    
    std::cout << "Student Age: " << studentAge << std::endl;
    return 0;
}
1.6 优化策略（命名规范）
  • 驼峰命名法 (CamelCase) ：第一个单词首字母小写，之后每个单词首字母大写。如 myVariableName。
  • 帕斯卡命名法 (PascalCase) ：所有单词首字母都大写。常用于类名。如 MyClassName。
  • 下划线命名法 (snake_case) ：单词之间用下划线分隔。如 my_variable_name。
  • 在竞赛中，为了速度，有时会使用简短的命名（如 i, j, n, k），但对于复杂问题，推荐使用有意义的命名。
1.7 优缺点
  • 优点：
    • 提高了代码的可读性和可维护性。
    • 允许程序员抽象和组织代码。
  • 缺点：
    • 命名不当会严重降低代码可读性，甚至误导读者。
    • 过长的命名会增加代码量。
1.8 应用场景
  • 定义变量名、常量名。
  • 定义函数名、类名、结构体名。
  • 定义命名空间。
1.9 扩展
  • 作用域 (Scope)：标识符的有效范围。可以是全局的（整个程序），也可以是局部的（某个函数或代码块内）。
  • 保留标识符：以下划线开头后接大写字母，或包含双下划线的标识符，通常被编译器和标准库保留，应避免使用。
1.10 课后配套练习

  1. 题目 ：判断下列哪些是合法的C++标识符：a, _a, a_1, 1_a, for, A, a-b, a b。

    • 答案 ：合法的有 a, _a, a_1, A。

  3. 题目：定义一个整型变量来存储苹果的数量，并给它赋一个初始值10。

    • C++代码实现：

      ini 复制代码 
      int appleCount = 10;

  5. 题目：用驼峰命名法定义一个变量，表示一个学生的平均分。

    • C++代码实现：

      arduino 复制代码 
      double studentAverageScore;

  7. 题目：用下划线命名法定义一个常量，表示圆周率。

    • C++代码实现：

      ini 复制代码 
      const double PI_VALUE = 3.14159;

  9. 题目：下面的代码有什么错误？请修正它。

    ini 复制代码 
    int my age = 15;

    • 答案 ：标识符 my age 包含空格，是非法的。应改为 my_age 或 myAge。

      ini 复制代码 
      int myAge = 15; // 或者 int my_age = 15;
2. 关键字 (Keyword)
2.1 概念介绍

关键字 是C++语言预先定义好的、具有特殊含义的单词。这些词被C++编译器"保留"了，不能用作标识符。例如 int 用来表示整数类型，if 用来表示条件判断。

2.2 逻辑步骤
  1. 学习和记忆 ：熟悉常用的C++关键字（如 int, double, if, else, for, while, return, class 等）。
  2. 识别：在编写代码时，现代的IDE（集成开发环境）通常会用不同的颜色高亮显示关键字。
  3. 规避：在为变量、函数等命名时，确保不使用任何关键字。
2.3 算法可视化SVG图示
** **
2.4 核心特性
  • 预定义：由C++语言标准定义。
  • 有特殊意义：每个关键字都有其特定的语法功能。
  • 全部小写：C++的关键字都是小写的。
  • 保留：不能用作标识符。
2.5 C++代码基础实现
c 复制代码 
#include <iostream>

int main() {
    // 'int' 是关键字，用于声明一个整型变量
    int number = 10;
    
    // 'if' 和 'else' 是关键字，用于条件控制
    if (number > 5) {
        std::cout << "Number is greater than 5." << std::endl;
    } else {
        std::cout << "Number is not greater than 5." << std::endl;
    }
    
    // 'for' 是关键字，用于循环
    for (int i = 0; i < 3; ++i) {
        std::cout << "Loop iteration: " << i << std::endl;
    }
    
    // 'return' 是关键字，用于从函数返回值
    return 0;
}
2.6 优化策略/最佳实践
  • 利用IDE：好的代码编辑器会自动高亮关键字，帮助你识别它们。
  • 不尝试"绕过" ：不要试图使用类似关键字的标识符（如 _int），这会降低代码可读性。
  • 查阅资料：如果不确定一个词是否是关键字，可以查阅C++关键字列表。
2.7 优缺点
  • 优点：
    • 提供了语言的结构和语法骨架。
    • 使编译器能够理解代码的意图。
  • 缺点：
    • 限制了可用的标识符名称。
2.8 应用场景
  • 数据类型定义 ：int, double, char, bool, struct, class。
  • 流程控制 ：if, else, for, while, do, switch, case, break, continue。
  • 函数相关 ：void, return, inline。
  • 访问控制 ：public, private, protected。
2.9 扩展
  • C++11及以后的新关键字 ：现代C++引入了更多关键字，如 auto, nullptr, decltype, constexpr 等，它们提供了更强大的功能。
  • 上下文关键字 ：如 override 和 final，它们只在特定的上下文中才被视为关键字。
2.10 课后配套练习

  1. 题目：列出你所知道的至少5个C++关键字。

    • 答案 ：int, double, if, for, while, return, void等。

  3. 题目 ：为什么 int char = 'a'; 这行代码是错误的？

    • 答案 ：因为 char 是一个关键字，不能用作标识符（变量名）。

  5. 题目 ：用 for 关键字编写一个从1打印到5的循环。

    • C++代码实现：

      c 复制代码 
      #include <iostream>
int main() {
    for (int i = 1; i <= 5; ++i) {
        std::cout << i << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

  7. 题目 ：main 是不是关键字？

    • 答案 ：不是。main 是一个特殊的函数名，作为程序的入口，但它不是语言的保留关键字。你可以定义一个名为 main 的变量（虽然极不推荐）。

  9. 题目 ：使用 if 和 else 关键字，判断一个数是奇数还是偶数。

    • C++代码实现：

      c 复制代码 
      #include <iostream>
int main() {
    int num = 10;
    if (num % 2 == 0) {
        std::cout << num << " is even." << std::endl;
    } else {
        std::cout << num << " is odd." << std::endl;
    }
    return 0;
}
3. 常量 (Constant) 与 变量 (Variable)
3.1 概念介绍
  • 变量 (Variable) ：是程序中用于存储数据的一块内存空间，其存储的值在程序运行过程中可以改变 。变量有三个要素：类型 、名称 （标识符）和值。
  • 常量 (Constant) ：也是用于存储数据的内存空间，但其值在定义后就不能被修改。常量用于表示固定的值，如圆周率π、一年的天数等。
3.2 算法步骤（定义和使用）

定义变量：

  1. 指定类型 ：确定要存储的数据类型（如 int 表示整数，double 表示小数）。
  2. 指定名称：为变量起一个合法的标识符。
  3. （可选）初始化：在定义时赋一个初始值。
    • 类型 变量名; (仅声明)
    • 类型 变量名 = 初始值; (声明并初始化)

定义常量：

  1. 使用 const 关键字 ：在变量定义前加上 const。
  2. 必须初始化：常量在定义时必须被赋予一个初始值。
    • const 类型 常量名 = 值;
**3.3 算法可视化SVG图示 **
****
  • 图示说明 ：左侧的变量 score 像一个普通的盒子，里面的值可以从90更新为100。右侧的常量 PI 像一个被锁定的盒子，它的值3.14不能被改变。
2.4 核心特性
  • 变量：
    • 可变性：值可以在运行时被程序修改。
    • 必须先定义后使用：编译器需要知道变量的类型和名称。
  • 常量：
    • 不可变性：一旦初始化，其值就不能再更改。
    • 安全性：防止意外修改重要数据。
    • 可读性 ：使用有意义的常量名（如 MAX_USERS）比直接使用数字（如 100）更易于理解。
2.5 C++代码基础实现
c 复制代码 
#include <iostream>

// 使用 #define 定义常量（C风格，不推荐在C++中常用）
#define DAYS_IN_WEEK 7

int main() {
    // ---- 变量 ----
    int score = 90; // 定义并初始化一个整型变量
    std::cout << "Initial score: " << score << std::endl;
    
    score = 95; // 修改变量的值
    std::cout << "Updated score: " << score << std::endl;
    
    // ---- 常量 ----
    // 使用 const 关键字定义常量（推荐方式）
    const double PI = 3.14159; 
    std::cout << "Value of PI: " << PI << std::endl;
    
    // 下面的代码会产生编译错误，因为常量的值不能被修改
    // PI = 3.14; 
    
    std::cout << "Days in a week: " << DAYS_IN_WEEK << std::endl;

    return 0;
}
2.6 优化策略
  • 就近声明：在第一次使用变量之前再声明它，可以缩小其作用域。
  • 总是初始化：声明变量时立即给它一个初始值，避免使用未定义的"垃圾值"。
  • 优先使用 const ：如果一个值不应该被改变，就把它声明为 const。这能让编译器帮你检查错误，也使代码意图更清晰。
  • 常量命名 ：通常使用全大写加下划线的方式命名常量，如 MAX_SIZE，以示区分。
2.7 优缺点
  • 变量：
    • 优点：灵活，是程序动态性的基础。
    • 缺点：容易被意外修改，导致程序错误（bug）。
  • 常量：
    • 优点：增强了程序的健壮性和可读性，便于维护（只需修改一处定义）。
    • 缺点：缺乏灵活性。
2.8 应用场景
  • 变量：
    • 存储用户输入。
    • 循环计数器。
    • 保存计算的中间结果或最终结果。
  • 常量：
    • 数学或物理常数（π，e，重力加速度 g）。
    • 程序配置（数组最大大小，窗口宽度，最大尝试次数）。
    • 固定的状态值。
2.9 扩展
  • constexpr：C++11引入的关键字，用于定义"编译时常量"。编译器在编译程序时就能确定其值，可以用于更高级的优化。
  • 枚举 (enum)：一种创建一组相关命名常量的方式，例如表示星期几或颜色。
2.10 课后配套练习

  1. 题目 ：声明一个名为 height 的双精度浮点型变量，并初始化为1.75。

    • C++代码实现：

      ini 复制代码 
      double height = 1.75;

  3. 题目 ：定义一个名为 SECONDS_PER_MINUTE 的整型常量，值为60。

    • C++代码实现：

      ini 复制代码 
      const int SECONDS_PER_MINUTE = 60;

  5. 题目：尝试修改上题中定义的常量的值，看看编译器会报什么错。

    • C++代码实现：

      ini 复制代码 
      const int SECONDS_PER_MINUTE = 60;
SECONDS_PER_MINUTE = 61; // 这行会报错

    • 可能的错误信息 ：error: assignment of read-only variable 'SECONDS_PER_MINUTE'

  7. 题目 ：交换两个整型变量 a 和 b 的值。

    • C++代码实现：

      c 复制代码 
      #include <iostream>
int main() {
    int a = 5, b = 10;
    std::cout << "Before swap: a = " << a << ", b = " << b << std::endl;
    int temp = a; // 使用一个临时变量
    a = b;
    b = temp;
    std::cout << "After swap: a = " << a << ", b = " << b << std::endl;
    return 0;
}

  9. 题目：一个程序需要一个数组来存储最多100个学生的分数。你应该用变量还是常量来定义这个大小？为什么？请写出定义。

    • 答案：应该用常量。因为数组大小在编译时需要确定，并且这个"100"是一个固定的限制，不应在程序运行时被修改。使用常量使得代码更清晰且易于维护。

    • C++代码实现：

      ini 复制代码 
      const int MAX_STUDENTS = 100;
double scores[MAX_STUDENTS];
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