语法基础

本文介绍 C++ 的语法基础。即不 include 任何库的情况下需要掌握的内容。

程序基本结构¶

// 导入必要的库
#include <iostream>

// 引入标准库的命名空间
using namespace std;

// 主函数
int main() {
    // 函数逻辑
    cout << "Hello, C++!" << endl;

    // 必要返回值
    return 0;
}

基本数据类型与常量¶

int a = 10;        // 整型
double pi = 3.14;  // 浮点型
char c = 'A';      // 字符型
bool flag = true;  // 布尔型

const int MAX = 100;         // 常量
typedef unsigned int uint1;  // 类型别名
using uint2 = unsigned int;  // 类型别名

运算符¶

int a = 5, b = 2;
cout << a + b << endl;    // 算术运算: 7
cout << (a > b) << endl;  // 关系运算: 1
cout << (a && b) << endl; // 逻辑运算: 1
cout << (a << 1) << endl; // 位运算: 10
int c = (a > b ? a : b);  // 条件运算符

完整的 C++ 运算符如下图所示：

完整的运算符优先级如下图所示：

流程控制¶

分支选择逻辑：

int x = 3;

// if-else
if (x > 5) cout << "大于5";
else cout << "不大于5";

// switch
switch(x) {
    case 1: cout << "one"; break;
    case 3: cout << "three"; break;
    default: cout << "other"; 
}

循环逻辑：

// for
for (int i = 0; i < 3; i++) {
    cout << i << " ";
}

// while
int j = 0;
while (j < 3) {
    cout << j++ << " ";
}

函数与作用域¶

// 默认参数
int add(int x, int y=10);

int main() {
    cout << add(5) << endl;    // 5+10=15
    cout << add(3, 7) << endl; // 10
}

int add(int x, int y) {
    return x + y;
}

注：缺省参数只能定义在函数的声明语句中。否则会报「重定义缺省参数」的错。

原因在于，编译器在编译时只会查找「函数声明」来获取该函数的签名信息，包括参数类型和返回类型，并不关心函数体的内容。假如只在「函数定义」中定义了缺省参数，编译器在编译函数调用时就找不到对应的函数了：

数组与指针¶

数组。存放数的线性序列：

int arr[3] = {1,2,3};
cout << arr[1] << endl;  // 2

指针。指向元素的内存地址，用 32/64 位的非负整数表示：

int *p = arr;
cout << *(p+2) << endl;  // 3
delete p;  // 手动释放

数组指针。存数组的指针：

int arr[] = {1, 2, 3};
int* parr = arr;  // parr 即指向 arr 数组首元素的指针

指针数组。存指针的数组：

写法一：

int arr[] = {1, 2, 3};

// 动态申请的指针数组
int** pp = new int* [3];  // pp 是一个指针，指向指针数组的首地址

// 将 arr 数组中元素的地址赋给 pp 数组中的指针
for (int i = 0; i < 3; i++) {
    pp[i] = &arr[i];
}

写法二：

int arr[] = {1, 2, 3};

// 非动态申请的指针数组
int* p[3]; // p 是一个包含 3 个指针的指针数组

// 将 arr 数组中元素的地址赋给 pp 数组中的指针
for (int i = 0; i < 3; i++) {
    p[i] = &arr[i];
}

pp 和 p 是等价的。

字符串（C 风格）¶

char str[] = "Hello";
cout << str << endl;    // Hello
cout << str[1] << endl; // e

数据捆绑¶

太长不看：

类型	存储方式	特点	典型应用场景
结构体 `struct`	每个成员独立存储	可包含不同类型的多个成员	学生信息、订单信息等实体
枚举 `enum`	具名常量	定义有限状态集	状态机、模式选择
联合体 `union`	成员共享存储	内存复用，只能存一个成员	节省内存、底层数据表示

结构体 struct：

struct Student {
    int id;
    char name[20];
    double score;
};

int main() {
    Student s = {1, "Tom", 95.5};
    cout << s.id << " " << s.name << " " << s.score << endl;
    return 0;
}

特点：

可以包含不同类型的成员；
C++ 中 struct 成员默认是 public，而 class 默认是 private。

应用场景：

表示一个实体对象，如学生、商品等。

枚举 enum：

enum Color {
    // 默认从0开始，允许指定值
    RED, GREEN=5, BLUE
};

int main() {
    Color c = BLUE; 
    cout << c << endl;  // 6
    return 0;
}

特点：

枚举类型是一组具名的整数常量。

应用场景：

定义状态、模式、颜色等固定集合。

联合体 union：

union Data {
    int i;
    float f;
    char c;
};

int main() {
    Data d;
    d.i = 10;
    cout << d.i << endl;  // 10

    d.f = 3.14;
    cout << d.f << endl;  // 3.14
    cout << d.i << endl;  // 数据被覆盖，输出未定义的内容
}

特点：

所有成员共用同一块内存空间（大小取决于最大成员）；
任意时刻只能正确保存一个成员的值；
占用内存小，效率高，但需要开发者明确知道当前有效成员。

应用场景：

变体数据结构：当需要表示“同一数据的不同表现形式”时使用。例如广义表中，下一个指针只可能指向「下一个结点」和「子表」中的一种。

类与对象¶

最基本的类：

class Person {
private:
    int age;
public:
    Person(int a): age(a) {}  // 构造函数
    ~Person() {}              // 析构函数
    void show() { cout << age << endl; }
};

int main() {
    Person p(18);
    p.show();  // 18
}

继承：

class Animal {
public:
    virtual void speak() { cout << "Animal" << endl; }
};

class Dog: public Animal {
public:
    void speak() override { cout << "Dog" << endl; }
};

int main() {
    Animal* a = new Dog();
    a->speak(); // Dog (动态绑定)
}

预处理与宏¶

#define PI 3.14
#define SQUARE(x) ((x)*(x))

int main() {
    cout << PI << endl;  // 3.14
    cout << SQUARE(5) << endl; // 25
}

异常处理¶

try {
    throw 1;
} catch(int e) {
    cout << "捕获异常: " << e << endl;
}

C++11/14/17 新特性¶

// 类型推导
int arr[] = {1, 2, 3};
for (auto x: arr) {
    cout << x << " ";  // 1 2 3
}

// 匿名函数
auto lambda = [](int a, int b){ return a + b; };
cout << lambda(2, 3) << endl;  // 5