《C++ 程序设计》第 2 章：C++ 语言简单程序设计

// 包含输入输出流库，用于cout和cin
#include <iostream>

// 使用标准命名空间，避免每次都写std::
using namespace std;

// 程序入口函数，每个C++程序必须有且仅有一个main函数
int main() {
    // 定义两个整型变量a和b
    int a = 10;
    int b = 20;
    
    // 计算两数之和
    int sum = a + b;
    
    // 输出结果，endl表示换行并刷新缓冲区
    cout << "两数之和为：" << sum << endl;
    
    // main函数返回0表示程序正常结束
    return 0;
}

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    // 布尔类型
    bool isTrue = true;
    // 字符类型（存储ASCII码）
    char ch = 'A';  // 等价于 char ch = 65;
    // 整数类型
    int age = 25;
    // 使用long long代替long存储大整数
    long long population = 7800000000LL;  // LL表示long long类型常量
    
    // 浮点类型
    float pi1 = 3.14f;  // f表示单精度
    double pi2 = 3.1415926535;
    
    // 输出各类型值
    cout << "布尔值：" << isTrue << endl;  // 输出1（true）
    cout << "字符：" << ch << "，对应的ASCII码：" << (int)ch << endl;  // 输出A和65
    cout << "年龄：" << age << endl;
    cout << "世界人口：" << population << endl;
    cout << "单精度π：" << pi1 << endl;
    cout << "双精度π：" << pi2 << endl;
    
    // 输出各整数类型的大小和范围（帮助理解）
    cout << "\n类型大小信息：" << endl;
    cout << "long类型大小：" << sizeof(long) << "字节" << endl;
    cout << "long long类型大小：" << sizeof(long long) << "字节" << endl;
    
    return 0;
}

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    // 定义变量并初始化
    int a = 10;  // 直接初始化
    int b(20);   // 括号初始化（C++风格）
    int c = 30;  // 传统赋值初始化（C++98兼容）
    
    // 先定义后赋值
    int d;
    d = 40;  // 赋值操作
    
    // 变量参与运算
    int sum = a + b + c + d;
    
    cout << "a=" << a << ", b=" << b << ", c=" << c << ", d=" << d << endl;
    cout << "总和：" << sum << endl;
    
    // 修改变量值
    a = 100;
    cout << "修改后a的值：" << a << endl;
    
    return 0;
}

#include <iostream>
using namespace std;

// 1. 使用#define定义符号常量（预处理阶段替换）
#define PI 3.14159
#define MAX_AGE 120

int main() {
    // 2. 使用const定义符号常量（编译阶段检查）
    const int MIN_AGE = 0;
    const double GRAVITY = 9.8;
    
    // 使用符号常量计算圆的面积
    double radius = 5.0;
    double area = PI * radius * radius;  // 等价于3.14159 * 5.0 * 5.0
    
    cout << "半径为" << radius << "的圆面积：" << area << endl;
    cout << "年龄范围：" << MIN_AGE << "~" << MAX_AGE << endl;
    cout << "重力加速度：" << GRAVITY << "m/s²" << endl;
    
    // 错误：符号常量不能被修改
    // PI = 3.14;  // 编译报错
    // MIN_AGE = 1;  // 编译报错
    
    return 0;
}

#include <iostream>
using namespace std;

// constexpr函数：编译期可计算的函数
constexpr int square(int x) {
    return x * x;
}

int main() {
    // constexpr变量：编译期确定值
    constexpr int a = 10;
    constexpr int b = square(5);  // 编译期计算5²=25
    
    // 正确：constexpr可用于数组大小（需要编译期常量）
    int arr[b] = {1, 2, 3, 4, 5};  // b=25，数组大小25
    
    // const变量：运行时常量（此处初始化值是编译期确定的，等价于constexpr）
    const int c = 20;
    // 错误：如果const变量初始化值是运行时确定的，则不能用于数组大小
    // int num;
    // cin >> num;
    // const int d = num;  // d是运行时常量
    // int arr2[d];  // 编译报错（C++不支持变长数组）
    
    cout << "a = " << a << endl;
    cout << "5的平方 = " << b << endl;
    cout << "数组第一个元素：" << arr[0] << endl;
    cout << "c = " << c << endl;
    
    return 0;
}

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    // 算术运算符
    int x = 10, y = 3;
    cout << "x + y = " << x + y << endl;  // 13
    cout << "x - y = " << x - y << endl;  // 7
    cout << "x * y = " << x * y << endl;  // 30
    cout << "x / y = " << x / y << endl;  // 3（整数除法取整）
    cout << "x % y = " << x % y << endl;  // 1（取余）
    
    // 自增自减运算符
    int a = 5;
    cout << "a++ = " << a++ << endl;  // 先输出5，再a=6
    cout << "++a = " << ++a << endl;  // 先a=7，再输出7
    int b = 5;
    cout << "b-- = " << b-- << endl;  // 先输出5，再b=4
    cout << "--b = " << --b << endl;  // 先b=3，再输出3
    
    // 赋值运算符
    int c = 10;
    c += 5;  // 等价于c = c + 5 → c=15
    cout << "c += 5 → c = " << c << endl;
    
    // 比较运算符
    cout << "x > y ? " << (x > y) << endl;  // 1（true）
    cout << "x == y ? " << (x == y) << endl;  // 0（false）
    
    // 逻辑运算符
    bool isAdult = true;
    bool hasID = false;
    cout << "是否成年且有身份证？" << (isAdult && hasID) << endl;  // 0（false）
    cout << "是否成年或有身份证？" << (isAdult || hasID) << endl;  // 1（true）
    cout << "是否未成年？" << !isAdult << endl;  // 0（false）
    
    // 三目运算符：条件 ? 表达式1 : 表达式2
    int score = 85;
    string result = (score >= 60) ? "及格" : "不及格";
    cout << "成绩结果：" << result << endl;  // 及格
    
    // sizeof运算符：计算类型或变量大小（单位：字节）
    cout << "int类型大小：" << sizeof(int) << "字节" << endl;  // 4字节
    cout << "x变量大小：" << sizeof(x) << "字节" << endl;  // 4字节
    
    return 0;
}

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    // 定义变量存储输入数据
    int age;
    string name;
    double height;
    
    // 输出提示信息
    cout << "请输入你的姓名：";
    // 读取字符串（遇到空格或换行停止）
    cin >> name;
    
    cout << "请输入你的年龄：";
    // 读取整数
    cin >> age;
    
    cout << "请输入你的身高（米）：";
    // 读取浮点数
    cin >> height;
    
    // 输出用户信息
    cout << endl << "===== 个人信息 =====" << endl;
    cout << "姓名：" << name << endl;
    cout << "年龄：" << age << "岁" << endl;
    cout << "身高：" << height << "米" << endl;
    
    return 0;
}

#include <iostream>
#include <iomanip>  // 包含格式控制函数
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    // 输出宽度和对齐
    cout << "===== 宽度和对齐示例 =====" << endl;
    cout << left << setw(10) << "姓名" << setw(5) << "年龄" << setw(8) << "身高" << endl;
    cout << left << setw(10) << "张三" << setw(5) << 20 << setw(8) << 1.75 << endl;
    cout << left << setw(10) << "李四" << setw(5) << 22 << setw(8) << 1.82 << endl;
    
    // 浮点数精度控制
    cout << endl << "===== 浮点数精度示例 =====" << endl;
    double pi = 3.141592653589793;
    cout << "默认精度：" << pi << endl;  // 默认6位有效数字
    cout << "8位有效数字：" << setprecision(8) << pi << endl;
    cout << "2位小数：" << fixed << setprecision(2) << pi << endl;  // fixed固定小数位数
    
    // 整数进制输出
    cout << endl << "===== 整数进制示例 =====" << endl;
    int num = 255;
    cout << "十进制：" << dec << num << endl;  // 255
    cout << "八进制：" << oct << num << endl;  // 377（前缀0可手动添加）
    cout << "十六进制（小写）：" << hex << num << endl;  // ff
    cout << "十六进制（大写）：" << uppercase << num << endl;  // FF
    
    // 填充字符
    cout << endl << "===== 填充字符示例 =====" << endl;
    cout << right << setw(10) << setfill('*') << 123 << endl;  // *******123（宽度10，右对齐，*填充）
    
    return 0;
}

// 单分支
if (条件表达式) {
    // 条件为true时执行
}

// 双分支
if (条件表达式) {
    // 条件为true时执行
} else {
    // 条件为false时执行
}

// 多分支
if (条件1) {
    // 条件1为true时执行
} else if (条件2) {
    // 条件2为true时执行
} else {
    // 所有条件都为false时执行
}

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    // 输入成绩
    int score;
    cout << "请输入你的成绩（0-100）：";
    cin >> score;
    
    // 验证成绩合法性
    if (score < 0 || score > 100) {
        cout << "成绩输入错误！请输入0-100之间的数。" << endl;
        return 1;  // 非0表示程序异常结束
    }
    
    // 判断成绩等级
    char level;
    if (score >= 90) {
        level = 'A';
    } else if (score >= 80) {  // 隐含条件：score < 90
        level = 'B';
    } else if (score >= 60) {  // 隐含条件：score < 80
        level = 'C';
    } else {  // 隐含条件：score < 60
        level = 'D';
    }
    
    // 输出结果
    cout << "你的成绩等级是：" << level << endl;
    
    return 0;
}

switch (表达式) {
    case 常量1:
        // 语句1
        break;  // 跳出switch
    case 常量2:
        // 语句2
        break;
    ...
    default:
        // 所有case都不匹配时执行
        break;
}

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    double num1, num2;
    char op;
    
    // 输入运算数和运算符
    cout << "请输入表达式（格式：数字 运算符 数字）：";
    cin >> num1 >> op >> num2;
    
    // 根据运算符选择运算
    switch (op) {
        case '+':
            cout << num1 << " + " << num2 << " = " << num1 + num2 << endl;
            break;
        case '-':
            cout << num1 << " - " << num2 << " = " << num1 - num2 << endl;
            break;
        case '*':
            cout << num1 << " * " << num2 << " = " << num1 * num2 << endl;
            break;
        case '/':
            // 判断除数是否为0
            if (num2 == 0) {
                cout << "错误：除数不能为0！" << endl;
            } else {
                cout << num1 << " / " << num2 << " = " << num1 / num2 << endl;
            }
            break;
        default:
            cout << "错误：不支持的运算符！" << endl;
            break;
    }
    
    return 0;
}

while (条件表达式) {
    // 循环体
}

do {
    // 循环体
} while (条件表达式);

for (初始化; 条件表达式; 更新表达式) {
    // 循环体
}

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    // 1. while循环：计算1-10的和
    int sum1 = 0;
    int i = 1;
    while (i <= 10) {
        sum1 += i;  // 等价于sum1 = sum1 + i
        i++;        // 变量自增
    }
    cout << "while循环计算1-10的和：" << sum1 << endl;  // 55
    
    // 2. do-while循环：输入密码直到正确
    string password;
    const string correctPwd = "123456";
    do {
        cout << "请输入密码：";
        cin >> password;
        if (password != correctPwd) {
            cout << "密码错误，请重新输入！" << endl;
        }
    } while (password != correctPwd);
    cout << "密码正确，登录成功！" << endl;
    
    // 3. for循环：打印1-10的偶数
    cout << "1-10的偶数：";
    for (int j = 1; j <= 10; j++) {
        if (j % 2 == 0) {  // 判断是否为偶数
            cout << j << " ";
        }
    }
    cout << endl;
    
    // 4. for循环：打印5*5乘法表
    cout << endl << "5*5乘法表：" << endl;
    for (int row = 1; row <= 5; row++) {  // 行循环
        for (int col = 1; col <= row; col++) {  // 列循环（列数≤行数）
            cout << col << "*" << row << "=" << col*row << "\t";
        }
        cout << endl;  // 每行结束换行
    }
    
    return 0;
}

#include <iostream>
#include <cmath>  // 用于sqrt函数
using namespace std;

// 判断一个数是否为素数（只能被1和自身整除的大于1的整数）
bool isPrime(int num) {
    if (num <= 1) {
        return false;  // 1不是素数
    }
    // 优化：只需判断到sqrt(num)
    for (int i = 2; i <= sqrt(num); i++) {
        if (num % i == 0) {  // 能被i整除，不是素数
            return false;
        }
    }
    return true;  // 是素数
}

int main() {
    int n;
    cout << "请输入一个正整数n：";
    cin >> n;
    
    // 输出1-n之间的所有素数
    cout << "1-" << n << "之间的素数有：";
    for (int i = 2; i <= n; i++) {
        if (isPrime(i)) {  // 嵌套选择结构（if）
            cout << i << " ";
        }
    }
    cout << endl;
    
    return 0;
}

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    // break示例：找到100以内第一个能被13和7同时整除的数
    int num;
    for (num = 1; num <= 100; num++) {
        if (num % 13 == 0 && num % 7 == 0) {
            break;  // 找到后跳出循环
        }
    }
    cout << "100以内第一个能被13和7同时整除的数：" << num << endl;  // 91
    
    // continue示例：输出1-10中的奇数
    cout << "1-10中的奇数：";
    for (int i = 1; i <= 10; i++) {
        if (i % 2 == 0) {
            continue;  // 是偶数则跳过本次循环剩余部分
        }
        cout << i << " ";
    }
    cout << endl;  // 输出1 3 5 7 9
    
    // goto示例：模拟游戏重试功能
    retry:  // 标签
    cout << endl << "游戏开始！请选择：1-继续，0-退出：";
    int choice;
    cin >> choice;
    if (choice == 1) {
        cout << "游戏进行中...游戏失败！" << endl;
        goto retry;  // 跳转到retry标签，重新开始
    } else {
        cout << "游戏结束！" << endl;
    }
    
    return 0;
}

#include <iostream>
#include <vector>  // 标准容器vector
using namespace std;

// 1. typedef定义类型别名
typedef int Age;  // Age是int的别名
typedef vector<int> IntVector;  // IntVector是vector<int>的别名

// 2. using定义类型别名（更直观，推荐）
using Score = double;  // Score是double的别名
using StringVector = vector<string>;  // StringVector是vector<string>的别名

int main() {
    // 使用类型别名定义变量
    Age userAge = 25;  // 等价于int userAge = 25;
    Score mathScore = 95.5;  // 等价于double mathScore = 95.5;
    
    // 使用容器类型别名
    IntVector numbers = {1, 2, 3, 4, 5};  // 等价于vector<int> numbers = ...
    StringVector names = {"Alice", "Bob", "Charlie"};  // 等价于vector<string> names = ...
    
    cout << "年龄：" << userAge << endl;
    cout << "数学成绩：" << mathScore << endl;
    
    cout << "数字列表：";
    for (int num : numbers) {  // 范围for循环
        cout << num << " ";
    }
    cout << endl;
    
    cout << "姓名列表：";
    for (const string& name : names) {
        cout << name << " ";
    }
    cout << endl;
    
    return 0;
}

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

// C++98不支持auto返回类型，需显式指定
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main() {
    // 用具体类型替代auto
    int a = 10;
    double b = 3.14;
    char c = 'A';
    const char* d = "hello";
    
    cout << "a的类型是int，值：" << a << endl;
    cout << "b的类型是double，值：" << b << endl;
    cout << "c的类型是char，值：" << c << endl;
    cout << "d的类型是const char*，值：" << d << endl;
    
    // C++98初始化vector的方式
    vector<int> nums;
    nums.push_back(1);
    nums.push_back(2);
    nums.push_back(3);
    nums.push_back(4);
    nums.push_back(5);
    
    // 用迭代器类型替代auto
    vector<int>::iterator it = nums.begin();
    cout << "vector第一个元素：" << *it << endl;
    
    // 用具体类型替代decltype
    int e;
    e = 30;
    
    int f;  // x+y是int类型
    f = a + b;
    
    cout << "e = " << e << endl;
    cout << "f = " << f << endl;
    cout << "add(5, 3) = " << add(5, 3) << endl;
    
    return 0;
}

#include <iostream>
using namespace std;

// 全局变量（存储在全局区）
int globalVar = 100;

int main() {
    // 局部变量（存储在栈区）
    int localVar = 200;
    double doubleVar = 3.14159;
    
    // 输出变量值和地址（&运算符获取地址）
    cout << "全局变量globalVar：" << endl;
    cout << "  值：" << globalVar << endl;
    cout << "  地址：" << &globalVar << endl;  // 地址格式如0x404000
    
    cout << "\n局部变量localVar：" << endl;
    cout << "  值：" << localVar << endl;
    cout << "  地址：" << &localVar << endl;
    
    cout << "\n变量doubleVar：" << endl;
    cout << "  值：" << doubleVar << endl;
    cout << "  地址：" << &doubleVar << endl;
    cout << "  大小：" << sizeof(doubleVar) << "字节" << endl;  // 8字节
    
    // 通过指针访问变量（指针存储变量地址）
    int* p = &localVar;  // p是指向int的指针，存储localVar的地址
    cout << "\n通过指针访问localVar：" << *p << endl;  // *p获取指针指向的值
    *p = 300;  // 通过指针修改变量值
    cout << "修改后localVar的值：" << localVar << endl;  // 300
    
    return 0;
}

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    // 1. 运算符优先级示例
    int a = 10 + 20 * 3;  // 先算乘法20*3=60，再加10→70
    int b = (10 + 20) * 3;  // 先算括号内→30*3=90
    cout << "a = 10 + 20 * 3 = " << a << endl;
    cout << "b = (10 + 20) * 3 = " << b << endl;
    
    // 2. 结合性示例（赋值运算符右结合）
    int x, y, z;
    x = y = z = 5;  // 等价于x = (y = (z = 5))
    cout << "\nx = " << x << ", y = " << y << ", z = " << z << endl;  // 都为5
    
    // 3. 未定义行为：不要在一个表达式中多次修改同一变量
    int i = 5;
    // 以下代码行为未定义，不同编译器可能有不同结果
    // int j = i++ + ++i;  // 危险！不要这样写
    // cout << "j = " << j << endl;
    
    // 4. 短路求值：逻辑运算符的优化
    int k = 0;
    // 逻辑与：第一个条件为false，第二个条件不执行
    if (k != 0 && (10 / k > 1)) {  // k=0，第一个条件false，避免除0错误
        cout << "条件成立" << endl;
    } else {
        cout << "条件不成立（逻辑与短路）" << endl;
    }
    
    // 逻辑或：第一个条件为true，第二个条件不执行
    if (k == 0 || (10 / k > 1)) {  // 第一个条件true，避免除0错误
        cout << "条件成立（逻辑或短路）" << endl;
    } else {
        cout << "条件不成立" << endl;
    }
    
    return 0;
}