【C++学习笔记】四、C++中的程序结构、输入输出以及语句（选择、循环结构）

1.C++程序结构

c++的每个程序单元由三部分组成：

（1）预处理指令：#include 和#define

（2）全局声明：在函数外部对数据类型、函数以及变量的声明。它的有效范围是从声明开始到本程序单位结束。

（3）函数：包含函数首部和函数体，函数体中包含声明语句和执行语句。

2. C++中的语句

（1）声明语句，如：int a,b

（2）执行语句:

a.控制语句：if（）...else... ; for(); while(); do...while() ; continue; break ; switch; goto; return;

b. 函数和流对象调用语句：函数调用+分号，如：sort(x,y,x); cout<<x<<endl;(流调用语句)

c. 表达式语句：表达式+分号；如：i= i+1;

（3）空语句：

单分号：；也是个语句，表示什么都不做

（4）复合语句

{}括起来的若干个语句

3. C++ 关键字

下表列出了 C++ 中的保留字。这些保留字不能作为常量名、变量名或其他标识符名称。

asm	else	new	this
auto	enum	operator	throw
bool	explicit	private	true
break	export	protected	try
case	extern	public	typedef
catch	false	register	typeid
char	float	reinterpret_cast	typename
class	for	return	union
const	friend	short	unsigned
const_cast	goto	signed	using
continue	if	sizeof	virtual
default	inline	static	void
delete	int	static_cast	volatile
do	long	struct	wchar_t
double	mutable	switch	while
dynamic_cast	namespace	template

4. C++ 基本的输入输出

参考自：http://www.runoob.com/cplusplus/cpp-basic-input-output.html

C++ 标准库提供了一组丰富的输入/输出功能，我们将在后续的章节进行介绍。本章将讨论 C++ 编程中最基本和最常见的 I/O 操作。

C++ 的 I/O 发生在流中，流是字节序列。如果字节流是从设备（如键盘、磁盘驱动器、网络连接等）流向内存，这叫做输入操作。如果字节流是从内存流向设备（如显示屏、打印机、磁盘驱动器、网络连接等），这叫做输出操作。

I/O 库头文件

下列的头文件在 C++ 编程中很重要。

头文件	函数和描述
<iostream>	该文件定义了 cin、cout、cerr 和 clog 对象，分别对应于标准输入流、标准输出流、非缓冲标准错误流和缓冲标准错误流。
<iomanip>	该文件通过所谓的参数化的流操纵器（比如 setw 和 setprecision），来声明对执行标准化 I/O 有用的服务。
<fstream>	该文件为用户控制的文件处理声明服务。我们将在文件和流的相关章节讨论它的细节。

标准输出流（cout）

预定义的对象 cout 是 iostream 类的一个实例。cout 对象"连接"到标准输出设备，通常是显示屏。cout 是与流插入运算符 << 结合使用的

C++ 编译器根据要输出变量的数据类型，选择合适的流插入运算符来显示值。<< 运算符被重载来输出内置类型（整型、浮点型、double 型、字符串和指针）的数据项。

流插入运算符 << 在一个语句中可以多次使用，如上面实例中所示，endl 用于在行末添加一个换行符。

标准输入流（cin）

预定义的对象 cin 是 iostream 类的一个实例。cin 对象附属到标准输入设备，通常是键盘。cin 是与流提取运算符 >> 结合使用的。

C++ 编译器根据要输入值的数据类型，选择合适的流提取运算符来提取值，并把它存储在给定的变量中。

流提取运算符 >> 在一个语句中可以多次使用，如果要求输入多个数据，可以使用如下语句：

cin >> name >> age;

这相当于下面两个语句：

cin >> name;
cin >> age;

标准错误流（cerr）

预定义的对象 cerr 是 iostream 类的一个实例。cerr 对象附属到标准错误设备，通常也是显示屏，但是 cerr 对象是非缓冲的，且每个流插入到 cerr 都会立即输出。

标准日志流（clog）

预定义的对象 clog 是 iostream 类的一个实例。clog 对象附属到标准错误设备，通常也是显示屏，但是 clog 对象是缓冲的。这意味着每个流插入到 clog 都会先存储在缓冲在，直到缓冲填满或者缓冲区刷新时才会输出。

关于getchar()和putchar:

参考自：https://blog.csdn.net/qcq8208/article/details/54914149

putchar函数(字符输出函数)
putchar函数的作用是向终端输出一个字符。例如：
putchar(c);
它输出字符变量c的值。

【例3.2】输出单个字符。

复制纯文本新窗口

#include <iostream> //或者包含头文件stdio.h：#include <stdio.h>
using namespace std;
int main( )
{
char a,b,c;
a=’B';b=’O';c=’Y';
putchar(a);putchar(b);putchar(c);putchar(‘\n’);
putchar(66);putchar(79);putchar(89);putchar(10);
return 0;
}
#include <iostream>  //或者包含头文件stdio.h：#include <stdio.h>
using namespace std;
int main( )
{
  char a,b,c;
  a='B';b='O';c='Y';
  putchar(a);putchar(b);putchar(c);putchar('\n');
  putchar(66);putchar(79);putchar(89);putchar(10);
  return 0;
}

运行结果为
BOY
BOY

可以看到：用putchar可以输出转义字符，putchar(‘\n’)的作用是输出一个换行符，使输出的当前位置移到下一行的开头。putchar(66)的作用是将66作为ASCII码转换为字符输出，66是字母’B’的ASCII码，因此putchar(66)输出字母’B’。其余类似。putchar(10)中的10是换行符的ASCII码，putchar(10)输出一个换行符，作用与putchar(‘\n’) 相同。

也可以输出其他转义字符，如
putchar(‘\101′);  (输出字符’A’，八进制的101是’A’的ASCII码)
putchar(‘\”);  (输出单引号字符’)
putchar(‘\015′);  (输出回车，不换行，使输出的当前位置移到本行开头)

getchar函数(字符输入函数)
此函数的作用是从终端(或系统隐含指定的输入设备)输入一个字符。getchar函数没有参数，其一般形式为getchar( )函数的值就是从输入设备得到的字符。

【例3.3】输入单个字符。

复制纯文本新窗口

#include <iostream>
using namespace std;
int main( )
{
char c;
c=getchar( ); putchar(c+32); putchar(‘\n’);
return 0;
}
#include <iostream>
using namespace std;
int main( )
{
  char c;
  c=getchar( ); putchar(c+32); putchar('\n');
  return 0;
}

在运行时，如果从键盘输入大写字母’A’并按回车键，就会在屏幕上输出小写字母’a’。

请注意，getchar( )只能接收一个字符。getchar函数得到的字符可以赋给一个字符变量或整型变量，也可以不赋给任何变量，作为表达式的一部分。例如，例3.3第5行可以用下面一行代替：
putchar(getchar()+32);putchar(‘\n’);
因为getchar( )读入的值为’A’，’A’+32是小写字母’a’的ASCII码，因此putchar函数输出’a’。此时不必定义变量c。

也可用cout输出getchar函数得到字符的ASCII的值：
cout<<getchar( );
这时输出的是整数97，因为用getchar( )读入的实际上是字符的ASCII码，现在并未把它赋给一个字符变量，cout就按整数形式输出。如果改成
cout<<(c=getchar( ));  //设c已定义为字符变量
则输出为字母’a’，因为要求输出字符变量c的值。

可以看到用putchar和getchar函数输出和输入字符十分灵活方便，由于它们是函数所以可以出现在表达式中，例如
cout<<(c=getchar( )+32);
 

关于printf()和scanf()

参考自：https://blog.csdn.net/lx520aa/article/details/76642332

在C语言中是用printf函数进行输出，用scanf函数进行输入的。C++保留了C语言的这一用法，在此只作很简单的介绍。

scanf函数一般格式是：

scanf(格式控制, 输出表列)

printf函数的一般格式是
printf(格式控制,输出表列)

【例3.4】用scanf和printf函数进行输入和输出。 

#include <iostream>
using namespace std;
int main( )
{
  int a; float b; char c;
  scanf("%d %c %f",&a,&c,&b);  //注意在变量名前要加地址运算符&
  printf("a=%d,b=%f,c=%c\n",a,b,c);
  return 0;
}

运行情况如下:
12 A 67.98↙(本行为输入，输入的3个数据间以空格相间)
a=12，b=67.980003，c=A(本行为输出)

输入的整数12送给整型变量a，字符’A’送给字符变量c，67.98送给单精度变量b。

5. C++ 变量作用域

作用域是程序的一个区域，一般来说有三个地方可以定义变量：

• 在函数或一个代码块内部声明的变量，称为局部变量。

• 在函数参数的定义中声明的变量，称为形式参数。

• 在所有函数外部声明的变量，称为全局变量。

我们将在后续的章节中学习什么是函数和参数。本章我们先来讲解什么是局部变量和全局变量。

局部变量

在函数或一个代码块内部声明的变量，称为局部变量。它们只能被函数内部或者代码块内部的语句使用。下面的实例使用了局部变量：

#include <iostream>
using namespace std;
 
int main ()
{
  // 局部变量声明
  int a, b;
  int c;
 
  // 实际初始化
  a = 10;
  b = 20;
  c = a + b;
 
  cout << c;
 
  return 0;
}

全局变量

在所有函数外部定义的变量（通常是在程序的头部），称为全局变量。全局变量的值在程序的整个生命周期内都是有效的。

全局变量可以被任何函数访问。也就是说，全局变量一旦声明，在整个程序中都是可用的。下面的实例使用了全局变量和局部变量：

#include <iostream>
using namespace std;
 
// 全局变量声明
int g;
 
int main ()
{
  // 局部变量声明
  int a, b;
 
  // 实际初始化
  a = 10;
  b = 20;
  g = a + b;
 
  cout << g;
 
  return 0;
}

6. 选择与判断（if、switch）

参考自：http://www.runoob.com/cplusplus/cpp-decision.html

（1）if语句

一个 if 语句 由一个布尔表达式后跟一个或多个语句组成。

C++ 中 if 语句的语法：

if(boolean_expression)
{
   // 如果布尔表达式为真将执行的语句
}

如果布尔表达式为 true，则 if 语句内的代码块将被执行。如果布尔表达式为 false，则 if 语句结束后的第一组代码（闭括号后）将被执行。

C 语言把任何非零和非空的值假定为 true，把零或 null 假定为 false。

（2）if...else语句

C++ 中 if...else 语句的语法：

if(boolean_expression)
{
   // 如果布尔表达式为真将执行的语句
}
else
{
   // 如果布尔表达式为假将执行的语句
}

如果布尔表达式为 true，则执行 if 块内的代码。如果布尔表达式为 false，则执行 else 块内的代码。

（3）if...else if...else语句

一个 if 语句后可跟一个可选的 else if...else 语句，这可用于测试多种条件。

当使用 if...else if...else 语句时，以下几点需要注意：

• 一个 if 后可跟零个或一个 else，else 必须在所有 else if 之后。
• 一个 if 后可跟零个或多个 else if，else if 必须在 else 之前。
• 一旦某个 else if 匹配成功，其他的 else if 或 else 将不会被测试。

C++ 中的 if...else if...else 语句的语法：

if(boolean_expression 1)
{
   // 当布尔表达式 1 为真时执行
}
else if( boolean_expression 2)
{
   // 当布尔表达式 2 为真时执行
}
else if( boolean_expression 3)
{
   // 当布尔表达式 3 为真时执行
}
else 
{
   // 当上面条件都不为真时执行
}

（4）if嵌套

在 C++ 中，嵌套 if-else 语句是合法的，这意味着您可以在一个 if 或 else if 语句内使用另一个 if 或 else if 语句。

C++ 中 嵌套 if 语句的语法：

if( boolean_expression 1)
{
   // 当布尔表达式 1 为真时执行
   if(boolean_expression 2)
   {
      // 当布尔表达式 2 为真时执行
   }
}

（5）switch()语句

一个 switch 语句允许测试一个变量等于多个值时的情况。每个值称为一个 case，且被测试的变量会对每个 switch case 进行检查。

C++ 中 switch 语句的语法：

switch(expression){
    case constant-expression  :
       statement(s);
       break; // 可选的
    case constant-expression  :
       statement(s);
       break; // 可选的
  
    // 您可以有任意数量的 case 语句
    default : // 可选的
       statement(s);
}

switch 语句必须遵循下面的规则：

• switch 语句中的 expression 必须是一个整型或枚举类型，或者是一个 class 类型，其中 class 有一个单一的转换函数将其转换为整型或枚举类型。
• 在一个 switch 中可以有任意数量的 case 语句。每个 case 后跟一个要比较的值和一个冒号。
• case 的 constant-expression 必须与 switch 中的变量具有相同的数据类型，且必须是一个常量或字面量。
• 当被测试的变量等于 case 中的常量时，case 后跟的语句将被执行，直到遇到 break 语句为止。
• 当遇到 break 语句时，switch 终止，控制流将跳转到 switch 语句后的下一行。
• 不是每一个 case 都需要包含 break。如果 case 语句不包含 break，控制流将会 继续 后续的 case，直到遇到 break 为止。
• 一个 switch 语句可以有一个可选的 default case，出现在 switch 的结尾。default case 可用于在上面所有 case 都不为真时执行一个任务。default case 中的 break 语句不是必需的。

（7）条件运算符

? : 运算符可以用来替代 if...else 语句。它的一般形式如下：

Exp1 ? Exp2 : Exp3;

其中，Exp1、Exp2 和 Exp3 是表达式。请注意，冒号的使用和位置。

? 表达式的值是由 Exp1 决定的。如果 Exp1 为真，则计算 Exp2 的值，结果即为整个 ? 表达式的值。如果 Exp1 为假，则计算 Exp3 的值，结果即为整个 ? 表达式的值。

7.循环结构

参考自：http://www.runoob.com/cplusplus/cpp-loops.html

有的时候，可能需要多次执行同一块代码。一般情况下，语句是顺序执行的：函数中的第一个语句先执行，接着是第二个语句，依此类推。

编程语言提供了允许更为复杂的执行路径的多种控制结构。

循环语句允许我们多次执行一个语句或语句组，下面是大多数编程语言中循环语句的一般形式：

（1）while循环

只要给定的条件为真，while 循环语句会重复执行一个目标语句。

C++ 中 while 循环的语法：

while(condition)
{
   statement(s);
}

在这里，statement(s) 可以是一个单独的语句，也可以是几个语句组成的代码块。condition 可以是任意的表达式，当为任意非零值时都为真。当条件为真时执行循环。

当条件为假时，程序流将继续执行紧接着循环的下一条语句。

（2）do-while循环

不像 for 和 while 循环，它们是在循环头部测试循环条件。do...while 循环是在循环的尾部检查它的条件。

do...while 循环与 while 循环类似，但是 do...while 循环会确保至少执行一次循环。

C++ 中 do...while 循环的语法：

do
{
   statement(s);

}while( condition );

请注意，条件表达式出现在循环的尾部，所以循环中的 statement(s) 会在条件被测试之前至少执行一次。

如果条件为真，控制流会跳转回上面的 do，然后重新执行循环中的 statement(s)。这个过程会不断重复，直到给定条件变为假为止。

（3）for循环

for 循环允许您编写一个执行特定次数的循环的重复控制结构。

C++ 中 for 循环的语法：

for ( init; condition; increment )
{
   statement(s);
}

下面是 for 循环的控制流：

1. init 会首先被执行，且只会执行一次。这一步允许您声明并初始化任何循环控制变量。您也可以不在这里写任何语句，只要有一个分号出现即可。
2. 接下来，会判断 condition。如果为真，则执行循环主体。如果为假，则不执行循环主体，且控制流会跳转到紧接着 for 循环的下一条语句。
3. 在执行完 for 循环主体后，控制流会跳回上面的 increment 语句。该语句允许您更新循环控制变量。该语句可以留空，只要在条件后有一个分号出现即可。
4. 条件再次被判断。如果为真，则执行循环，这个过程会不断重复（循环主体，然后增加步值，再然后重新判断条件）。在条件变为假时，for 循环终止。

（4）循环的嵌套

一个循环内可以嵌套另一个循环。C++ 允许至少 256 个嵌套层次。

C++ 中 嵌套 for 循环 语句的语法：

for ( init; condition; increment )
{
   for ( init; condition; increment )
   {
      statement(s);
   }
   statement(s); // 可以放置更多的语句
}

C++ 中 嵌套 while 循环 语句的语法：

while(condition)
{
   while(condition)
   {
      statement(s);
   }
   statement(s); // 可以放置更多的语句
}

C++ 中 嵌套 do...while 循环 语句的语法：

do
{
   statement(s); // 可以放置更多的语句
   do
   {
      statement(s);
   }while( condition );
 
}while( condition );

关于嵌套循环有一点值得注意，可以在任何类型的循环内嵌套其他任何类型的循环。比如，一个 for 循环可以嵌套在一个 while 循环内，反之亦然。

8. 循环控制语句

参考自：http://www.runoob.com/cplusplus/cpp-loops.html

（1）break语句

C++ 中 break 语句有以下两种用法：

1. 当 break 语句出现在一个循环内时，循环会立即终止，且程序流将继续执行紧接着循环的下一条语句。
2. 它可用于终止 switch 语句中的一个 case。

如果使用的是嵌套循环（即一个循环内嵌套另一个循环），break 语句会停止执行最内层的循环，然后开始执行该块之后的下一行代码。

流程图

（2）continue语句

C++ 中的 continue 语句有点像 break 语句。但它不是强迫终止，continue 会跳过当前循环中的代码，强迫开始下一次循环。

对于 for 循环，continue 语句会导致执行条件测试和循环增量部分。对于 while 和 do...while 循环，continue 语句会导致程序控制回到条件测试上。

流程图

（3）goto语句

goto 语句允许把控制无条件转移到同一函数内的被标记的语句。

注意：在任何编程语言中，都不建议使用 goto 语句。因为它使得程序的控制流难以跟踪，使程序难以理解和难以修改。任何使用 goto 语句的程序可以改写成不需要使用 goto 语句的写法。

C++ 中 goto 语句的语法：

goto label;
..
.
label: statement;

在这里，label 是识别被标记语句的标识符，可以是任何除 C++ 关键字以外的纯文本。标记语句可以是任何语句，放置在标识符和冒号（:）后边。

流程图