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C++ 基础入门笔记：变量、分支、循环与数组

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C++ 基础入门笔记：变量、分支、循环与数组

这里收录 C++ 语言基础相关的笔记。C++ 是一门既贴近硬件、又支持高级抽象的编程语言。它既能像 C 一样直接操作内存、写出极快的代码，又能用类、模板、标准库写出结构清晰的程序。操作系统底层、游戏引擎、高频交易系统、算法竞赛（比如 NOIP、ICPC）大量使用 C++。对初学者来说，先打牢语法基础，再刷算法题，是最稳的路线。

学习建议：先打牢语法基础，再刷算法题。每学一个知识点，立刻写几行小程序验证，比只看不写记得牢得多。

一、准备开发环境

写 C++ 需要先有个能把代码编译成可执行程序的环境。常见选择有三类：

  1. 本地编译器 + 编辑器：Windows 上装 MinGW-w64（提供 g++ 命令），再配一个编辑器如 VS Code；或者直接用 Dev-C++、Code::Blocks 这种“编译器 + 编辑器”打包好的集成环境，装完就能写。
  2. 现代 IDE：CLion（JetBrains 出品，智能提示强，学生可免费）、Visual Studio（Windows 上功能最全，体积大但最省心）。
  3. 在线编译器：不想装环境时，可以用各大 OJ（在线评测）系统自带的编辑框，或者浏览器里的在线 C++ 编译器，写一段点一下“运行”就能看结果，适合随手试小例子。

不管用哪种，核心都是同一件事：把你写的 .cpp 源文件交给编译器，编译器把它翻译成机器能直接执行的程序。命令行里常用的编译命令是 g++ main.cpp -o main，意思是把 main.cpp 编译成名为 main 的可执行文件，然后 ./main 运行它。

二、第一个程序

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    cout << "Hello, World!" << endl;
    return 0;
}

逐行看：

  • #include <iostream> 引入标准输入输出库，cout、cin 都来自这里。#include 是预处理指令，编译前会把对应库的内容“粘贴”进来。
  • using namespace std; 让我们可以直接写 cout 而不是 std::cout，初学阶段图省事可以写上；大型项目里更推荐写 std::cout 避免名字冲突。
  • int main() 是程序入口，每个 C++ 程序都必须有且只有一个 main 函数，操作系统从这里开始执行。
  • cout << "Hello, World!" << endl; 把字符串输出到屏幕，<< 是输出运算符，endl 表示换行并刷新输出。
  • return 0; 告诉系统程序正常结束（返回 0 代表成功，非 0 一般代表出错）。

编译运行后，屏幕上会打印出 Hello, World!。如果编译报错，先检查引号、分号是不是中文的，这是新手最容易踩的坑。

三、变量与数据类型

变量就是一块用来存数据的内存，给它起个名字，后面就能反复用。C++ 是强类型语言，声明变量时必须指定类型，编译器据此知道要分配多少内存、怎么解释里面的比特。

类型 含义 大致范围 / 说明
int 整数 约 -21 亿 ~ 21 亿，够日常用
long long 长整数 约 ±9×10¹⁸，数很大时用它
double 双精度小数 带小数点的数，如 3.14
float 单精度小数 精度比 double 低，占空间小
char 单个字符 一个字母或符号，如 'A'
bool 布尔 只有 true / false
string 字符串 一串字符，如 "你好"（需 #include <string>）

声明并初始化：

int age = 17;
double pi = 3.14159;
char ch = 'X';
bool isOpen = true;
string name = "小明";

变量命名规则：只能由字母、数字、下划线组成，不能以数字开头，不能用关键字（如 int、if、while）。建议见名知意，比如用 studentCount 而不是 a1——好的命名能让一个月后的你依然看懂代码。

类型转换：不同类型混算时，C++ 会做隐式转换（如 int 和 double 相加，int 会先变成 double）。也可以用显式转换：double x = (double)a / b;，强制先把 a 转成 double，避免整数相除丢小数。

字符串常用操作：string s = "abc"; s.size() 求长度，s + "d" 拼接，s.substr(0,2) 取子串，s.find("b") 查找位置。处理文本时 string 比 C 风格的 char 数组方便太多。

四、常量 const

有些值在程序里不该被改，用 const 修饰，改了编译器会报错，能减少很多低级 bug：

const double PI = 3.14159;
PI = 3.14;   // 编译错误：常量是只读的

习惯上常量名全大写，一眼就能看出它是只读的。凡是“算出来就不会变”的东西，比如圆周率、数组最大长度，都建议加 const。

五、运算符

  • 算术：+ - * / %（% 是取模，即求余数，只对整数有意义，如 7 % 3 得 1；负数取模结果在不同语言里规则不同，C++ 里 -7 % 3 得 -1）。
  • 关系：> < >= <= == !=，结果是 bool。注意判断相等是两个等号 ==，一个等号 = 是赋值，写成 if (a = 5) 是常见错误（它会把 5 赋给 a 再判断真假）。
  • 逻辑：&&（与）、||（或）、!（非）。逻辑运算有“短路”特性：a && b 若 a 为假就不再算 b；a || b 若 a 为真就不再算 b，这能在 b 可能出错时保护程序。
  • 赋值：=，以及复合赋值 += -= *= /=，如 x += 3 等价于 x = x + 3。
  • 自增自减：i++ 先用后加，++i 先加后用，单独写时效果一样；但在复杂表达式里顺序不同结果不同，建议单独成行避免混淆。
  • 三元：条件 ? 真值 : 假值，如 int m = a > b ? a : b; 取两者较大值，相当于精简版的 if-else。

运算符有优先级，不确定时多用括号，既清晰又不容易错。

六、输入 cin

用 cin 从键盘读入：

int x;
cout << "请输入一个整数：";
cin >> x;
cout << "你输入的是 " << x << endl;

>> 是输入运算符，可以连着读多个：cin >> a >> b >> c;。读字符串时 cin >> s 遇到空格就停，想读一整行用 getline(cin, s)。

七、条件判断

int score;
cin >> score;
if (score >= 90) {
    cout << "优秀";
} else if (score >= 60) {
    cout << "及格";
} else {
    cout << "不及格";
}

注意 else if 会按顺序判断，一旦满足就跳过后面。多分支还可以用 switch，适合对一个变量的多个固定值分别处理：

int day = 1;
switch (day) {
    case 1: cout << "周一"; break;
    case 2: cout << "周二"; break;
    default: cout << "其他";
}

别忘了每个 case 末尾的 break，否则会“穿透”执行到下一个分支——有时候故意利用穿透，但新手最好每个都写 break。

八、循环

for 循环——已知次数时用：

for (int i = 1; i <= 10; i++) {
    cout << i << " ";
}

while 循环——条件满足就一直做：

int i = 1;
while (i <= 10) {
    cout << i << " ";
    i++;
}

do-while——至少执行一次，再判断：

int x;
do {
    cin >> x;
} while (x < 0);   // 直到输入非负数才停

嵌套循环常用于遍历二维结构，也常用来打印规律图形，比如九九乘法表：

for (int i = 1; i <= 9; i++) {
    for (int j = 1; j <= i; j++)
        cout << j << "*" << i << "=" << i*j << " ";
    cout << endl;
}

break 立刻跳出当前循环，continue 跳过本次剩余、进入下一轮。

九、数组

数组是一组同类型元素的连续存放：

int a[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
cout << a[0];   // 10，下标从 0 开始
for (int i = 0; i < 5; i++) cout << a[i] << " ";

二维数组像表格：

int g[3][4];           // 3 行 4 列
g[0][0] = 1;

遍历二维：for (int i=0;i<3;i++) for (int j=0;j<4;j++) ...。

数组常见算法：逆序（首尾交换）、找最值、冒泡排序（相邻两两比较交换）。字符串在 C++ 里既可以用 string，也可以用 char 数组（以 \0 结尾），初学先用 string 更省心。

数组大小用常量定义更安全：const int N = 1000; int a[N];。注意数组下标越界不会报错，但会读到乱七八糟的内存，是隐蔽 bug 来源。

十、函数

把一段功能封装成函数，避免重复：

int add(int x, int y) {
    return x + y;
}
int main() {
    cout << add(3, 5);   // 8
}
  • 函数先声明/定义再被调用（或把定义写在 main 之前）。大型项目常把声明放头文件、定义放 .cpp。
  • 参数默认是传值：函数里改的是副本，不影响外面。想要改外面的值，要传指针或引用（见指针篇）。
  • 默认参数：void f(int x, int y = 10) 调用 f(3) 时 y 取 10。
  • 函数重载：同名函数参数类型/个数不同可以共存，如 add(int,int) 和 add(double,double)。
  • 递归：函数自己调用自己，适合分治问题，如阶乘 n! = n * (n-1)!、斐波那契。但递归要有明确的终止条件，否则会无限调用直到栈溢出。

十一、作用域与生命周期

  • 作用域：变量在哪段代码里可见。在 {} 里定义的变量，只在这个块里有效，出了块就访问不到。
  • 局部变量：函数内定义，函数结束就销毁。
  • 全局变量：函数外定义，整个程序都能用，但过多全局变量会让程序难以维护，尽量克制。

理解作用域能帮你避免“为什么这个变量读不到”的困惑。

十二、头文件与预处理

#include 把库或别的文件内容包含进来。自己写多个文件时，通常 .h 里放声明、.cpp 里放定义，用 #include "my.h" 引入。标准库用尖括号 <>，自己写的用引号 ""。预处理阶段还会做宏替换（#define），但现代 C++ 更推荐用 const 和 inline 代替宏。

十三、常见错误与调试

  1. 中文标点：把 ; 写成 ；、引号用了中文，编译直接报错。
  2. 少分号：每条语句末尾要有 ;，但 if/for 后面的圆括号后不用分号。
  3. 数组越界：下标超出范围，结果不可预测，是隐蔽 bug 来源。
  4. 除零：整数除以 0 会运行时崩溃；cin 读入时没判断也可能导致后续计算异常。
  5. 变量未初始化就使用：里面是随机垃圾值，每次运行结果可能都不一样。
  6. == 写成 =：把赋值当成判断，逻辑 silently 出错。

调试技巧：在关键位置用 cout 打印变量值，看程序跑到哪、值对不对；学会看编译器报错的第几行，那通常就是你写错的地方附近；复杂逻辑可以画个表，把每一步的变量值填进去，顺着推。

十四、练习建议

  1. 写一个程序读入两个整数，输出它们的和、差、积、商（注意商可能为小数）。
  2. 判断一个年份是不是闰年（能被 4 整除但不能被 100 整除，或能被 400 整除）。
  3. 用循环打印 1 到 100 里所有能被 3 整除的数。
  4. 读入 10 个数，找出最大值和最小值。
  5. 写一个函数 isPrime(n) 判断 n 是不是质数（只需检查到 √n）。
  6. 用双层循环打印一个 5 行 5 列的星号方阵。
  7. 写程序把输入的字符串逆序输出。
  8. 用递归实现斐波那契第 n 项，并想想当 n 很大时为什么会很慢（提示：重复计算）。

每道题先自己想思路，再写代码，跑不通就打印中间变量，比直接看答案收获大得多。

十五、补充：几个实用的小算法雏形

学会了基础语法，就可以写一些“小算法”练手，顺便体会“把问题拆小”的思路。

最大公约数（GCD）：用辗转相除法，不断用较大的数对较小的数取余，直到余数为 0，最后的除数就是最大公约数。比如求 12 和 18：18 % 12 = 6，12 % 6 = 0，所以最大公约数是 6。

判断素数：只需检查 2 到 √n 之间有没有能整除 n 的数，不用傻傻试到 n-1，这样速度快很多，n 很大时差距明显。

交换两个数：除了用临时变量，还可以用异或技巧（不借助第三变量，但可读性差，实际项目里还是用临时变量更清楚）。理解它有助于搞懂位运算。

输入加速（竞赛常用）：当数据量很大时，cin 默认为了兼容 C 的 scanf 会慢一些，可以在程序开头加 ios::sync_with_stdio(false); cin.tie(0); 让输入快很多，这几乎是所有算法题模板的第一行。注意开启后就不要混用 cin 和 scanf 了。

这些小例子都在训练同一种能力：把模糊的“怎么做”转换成精确的“每一步做什么”。算法题本质上就是这种能力的进阶版，语法熟了，再去刷题就不会被基础卡住。

补充：推荐的学习路径

建议顺序是：先把本篇基础全部亲手敲一遍 → 再学指针篇把地址概念吃透 → 然后刷数组和字符串的基础题练手感 → 最后才上动态规划。每学完一篇，合上文档，自己能默写出核心语法和一段能跑的示例，才算真懂，而不是“看的时候以为会了”。遇到报错不要慌，编译器报错信息虽然啰嗦，却是最好的老师，逐行看它说第几行有问题，比盲目修改快得多。基础阶段宁可慢一点、把每一个点敲熟，也别贪多求快，后面学算法时语法才不会拖后腿。

小结

C++ 基础看起来琐碎，但其实就几块：变量与类型、运算符、输入输出、条件与循环、数组、函数，再加上作用域和头文件的概念。把它们一个个写熟，后面学指针、学算法都会顺很多。记住一句话：看懂不等于会写，会写不等于写对——多动手编译运行，让编译器帮你查错，是入门最快的路。基础扎得牢，上算法题才不至于被语法拖后腿。

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