C++ (一) 基础语法

基础语法：C++的开胃小菜

欢迎来到C++的世界，这里是编程的盛宴，也是逻辑的迷宫。别担心，我们不会一开始就让你啃硬骨头，而是从基础语法开始，让你慢慢品尝编程的美味。准备好了吗？让我们开始这场编程之旅！

1. 变量和数据类型：存储信息的盒子

在C++中，变量就像是存储信息的盒子。每个盒子都有标签，这个标签就是变量名，而盒子里装的东西就是数据。C++提供了多种类型的盒子，以适应不同类型的数据。

1.1 数据类型：选择合适的盒子

整型（int）：用来存储整数，比如年龄、分数等。
浮点型（float和double）：用来存储小数，比如价格、温度等。float占用的空间比double小，但精度也较低。
字符型（char）：用来存储单个字符，比如字母或符号。
布尔型（bool）：只有两个值，true和false，用来表示真或假。

1.2 变量声明：给盒子贴标签

在C++中，你需要先声明变量，告诉编译器你打算存储什么类型的东西。比如：

int age; // 声明一个整型变量age
float price; // 声明一个浮点型变量price
char letter; // 声明一个字符型变量letter
bool isRaining; // 声明一个布尔型变量isRaining

1.3 变量初始化：往盒子里放东西

声明变量后，你可以立即给它赋值，这个过程叫做初始化。比如：

int age = 25; // 给age盒子里放一个整数25
float price = 19.99; // 给price盒子里放一个小数19.99
char letter = 'A'; // 给letter盒子里放一个字符'A'
bool isRaining = true; // 给isRaining盒子里放一个布尔值true

1.4 有趣的实例：猜数字游戏

让我们来写一个简单的猜数字游戏。程序会随机生成一个1到100之间的数字，然后让用户猜这个数字是多少。

#include <iostream>
#include <cstdlib> // 包含随机数生成函数
#include <ctime> // 包含时间函数

int main() {
    int secretNumber = rand() % 100 + 1; // 生成一个1到100的随机数
    int guess = 0;
    std::cout << "猜一个1到100之间的数字：";

    while (guess != secretNumber) {
        std::cin >> guess; // 用户输入猜测的数字
        if (guess < secretNumber) {
            std::cout << "太小了，再试试！" << std::endl;
        } else if (guess > secretNumber) {
            std::cout << "太大了，再试试！" << std::endl;
        }
    }

    std::cout << "恭喜你，猜对了！" << std::endl;
    return 0;
}

这个小游戏展示了如何使用整型变量和基本的控制结构。

2. 运算符和表达式：编程的数学课

在C++中，运算符是执行操作的符号，表达式则是由变量、常量和运算符组成的组合。

2.1 算术运算符：基本的数学运算

加法（+）：比如 3 + 4 结果是7。
减法（-）：比如 7 - 4 结果是3。
乘法（*）：比如 3 * 4 结果是12。
除法（/）：比如 12 / 4 结果是3。
模运算（%）：求余数，比如 7 % 3 结果是1。

2.2 赋值运算符：给盒子换东西

简单赋值（=）：将右边的值赋给左边的变量。
复合赋值（+=，-=，*=，/=）：将左边的变量和右边的值进行运算，并将结果赋给左边的变量。

2.3 比较运算符：判断真假

等于（==）：比较两个值是否相等。
不等于（!=）：比较两个值是否不相等。
大于（>）：比较左边的值是否大于右边的值。
小于（<）：比较左边的值是否小于右边的值。
大于等于（>=）：比较左边的值是否大于等于右边的值。
小于等于（<=）：比较左边的值是否小于等于右边的值。

2.4 逻辑运算符：逻辑判断

逻辑与（&&）：两个条件都为真时，结果为真。
逻辑或（||）：两个条件中至少一个为真时，结果为真。
逻辑非（!）：反转条件的真假。

2.5 有趣的实例：计算器程序

让我们来写一个简单的计算器程序，它可以进行加、减、乘、除四种运算。

#include <iostream>

int main() {
    int num1, num2;
    char operation;
    std::cout << "输入第一个数字：";
    std::cin >> num1;
    std::cout << "输入操作符（+，-，*，/）：";
    std::cin >> operation;
    std::cout << "输入第二个数字：";
    std::cin >> num2;

    switch (operation) {
        case '+':
            std::cout << "结果是：" << num1 + num2 << std::endl;
            break;
        case '-':
            std::cout << "结果是：" << num1 - num2 << std::endl;
            break;
        case '*':
            std::cout << "结果是：" << num1 * num2 << std::endl;
            break;
        case '/':
            if (num2 != 0) {
                std::cout << "结果是：" << num1 / num2 << std::endl;
            } else {
                std::cout << "除数不能为0！" << std::endl;
            }
            break;
        default:
            std::cout << "无效的操作符！" << std::endl;
    }

    return 0;
}

这个程序展示了如何使用运算符和控制结构来实现一个简单的功能。

3. 控制结构：程序的决策者

控制结构决定了程序的执行流程，就像交通信号灯一样，指导程序何时停止、何时继续。

3.1 if语句：简单的决策

if语句用于在满足某个条件时执行一段代码。基本格式如下：

if (条件) {
    // 如果条件为真，执行这里的代码
}

3.2 if-else语句：二选一的决策

if-else语句用于在满足某个条件时执行一段代码，如果不满足则执行另一段代码。基本格式如下：

if (条件) {
    // 如果条件为真，执行这里的代码
} else {
    // 如果条件为假，执行这里的代码
}

3.3 switch语句：多选一的决策

switch语句用于在多个条件中选择一个执行。基本格式如下：

switch (表达式) {
    case 值1:
        // 如果表达式的值等于值1，执行这里的代码
        break;
    case 值2:
        // 如果表达式的值等于值2，执行这里的代码
        break;
    // ...
    default:
        // 如果表达式的值不匹配任何case，执行这里的代码
}

3.4 循环结构：重复执行的代码

循环结构用于重复执行一段代码，直到满足某个条件。

for循环：在已知循环次数的情况下使用。基本格式如下：

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

while循环：在循环次数未知，但有一个结束条件的情况下使用。基本格式如下：

while (条件表达式) {
    // 循环体
}

do-while循环：类似于while循环，但至少执行一次循环体。基本格式如下：

do {
    // 循环体
} while (条件表达式);

3.5 有趣的实例：FizzBuzz问题

FizzBuzz是一个经典的编程问题，要求从1打印到100，但遇到3的倍数打印"Fizz"，5的倍数打印"Buzz"，既是3的倍数又是5的倍数的打印"FizzBuzz"。

#include <iostream>

int main() {
    for (int i = 1; i <= 100; i++) {
        if (i % 3 == 0 && i % 5 == 0) {
            std::cout << "FizzBuzz ";
        } else if (i % 3 == 0) {
            std::cout << "Fizz ";
        } else if (i % 5 == 0) {
            std::cout << "Buzz ";
        } else {
            std::cout << i << " ";
        }
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

这个程序展示了如何使用循环和条件判断来解决一个有趣的问题。

4. 数组和字符串：存储多个数据

数组和字符串是存储多个数据的容器。数组可以存储相同类型的多个数据，而字符串是字符数组的特例。

4.1 数组：存储多个相同类型的数据

数组的声明格式如下：

类型 数组名[大小];

比如，声明一个整型数组：

int numbers[5]; // 声明一个可以存储5个整数的数组

你可以使用索引来访问和修改数组中的元素，索引从0开始：

numbers[0] = 10; // 将第一个元素设置为10
numbers[1] = 20; // 将第二个元素设置为20
// ...

4.2 字符串：字符的数组

在C++中，字符串通常使用std::string类来表示。你可以使用std::string的成员函数来操作字符串。

#include <string>

int main() {
    std::string name = "Kimi"; // 声明一个字符串变量并初始化
    std::cout << "Hello, " << name << "!" << std::endl; // 输出Hello, Kimi!
    return 0;
}

4.3 有趣的实例：找出数组中的最大值

让我们来写一个程序，找出一个整数数组中的最大值。

#include <iostream>

int main() {
    int numbers[] = {3, 5, 1, 8, 2, 9, 4};
    int max = numbers[0]; // 假设第一个元素是最大的

    for (int i = 1; i < sizeof(numbers) / sizeof(numbers[0]); i++) {
        if (numbers[i] > max) {
            max = numbers[i]; // 发现更大的值，更新max
        }
    }

    std::cout << "数组中的最大值是：" << max << std::endl;
    return 0;
}