臺中一中電研社C++教學講義

張皓凱、沈奕呈Sep 24,2021

tags:tcirc 社課 C++ 台中一中電研社

第一節社課

開始

首先感謝大家來參加我們電研社，沒接觸過c++的人不用擔心，我們會從零基礎教起，而且會盡量用讓大家容易懂的方式教喔，有任何不清楚的地方都可以舉手發問，回家可以練練題目讓自己進步更快喔；
如果是去年已經來過c++班的資深社員可以考慮看看新開的python班，或是解解我們電研開的judge😛

tcirc judge

-https://judge.tcirc.tw/

C++

C++是一種被廣泛使用的電腦程式設計語言。它是一種通用程式設計語言，支援多重程式設計模式，例如：程序化程式設計、資料抽象化、物件導向程式設計、泛型程式設計和設計模式等。

(引用自維基百科)

反正就是通用，很多平台支援，歷久不衰，適合用於畫面呈現需求低作業👍👍

IDE

整合開發環境（Integrated Development Environment，簡稱IDE），是一種輔助程式開發人員開發軟體的應用軟體，在開發工具內部就可以輔助編寫原始碼文字、並編譯打包成為可用的程式。

(引述自維基百科)

簡單來說就是可以幫助你寫程式更方便的一種軟體，常見的有：codeblock, devc++, eclipse, visual stdio…

IDE主要有的功能有：

  1. 將程式碼上色以方便閱讀
  2. 自動排版
  3. 智慧完成程式碼(Intelligent code completion)
  4. 將編譯這個麻煩的動作變成一個按鈕
  5. 預覽圖形介面(GUI)
  6. 除錯(debug)

編譯(compile)(補充)

程式語言一共分成三種，高階語言、組合語言(Assembly Language)及機器語言(Machine Code)，一般常聽到的程式名稱都是高階語言，例如：C++, python, java, javascript, ruby…而高階語言及組合語言是讓人類看的，電腦是無法閱讀的，所以這時候就需要一個翻譯，那就是編譯器。這三種語言的關係圖如下：


(圖源：https://kopu.chat/2017/04/14/arm-intel-cpu/)

C++：







#include<iostream>
using namespace std;
int main(){
  cout<<"hello world"<<'\n';
  return 0;
}

組合語言：











































.LC0:
        .string "hello world"
main:
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        mov     esi, OFFSET FLAT:.LC0
        mov     edi, OFFSET FLAT:_ZSt4cout
        call    std::basic_ostream<char, std::char_traits<char> >& std::operator<< <std::char_traits<char> >(std::basic_ostream<char, std::char_traits<char> >&, char const*)
        mov     esi, 10
        mov     rdi, rax
        call    std::basic_ostream<char, std::char_traits<char> >& std::operator<< <std::char_traits<char> >(std::basic_ostream<char, std::char_traits<char> >&, char)
        mov     eax, 0
        pop     rbp
        ret
__static_initialization_and_destruction_0(int, int):
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        sub     rsp, 16
        mov     DWORD PTR [rbp-4], edi
        mov     DWORD PTR [rbp-8], esi
        cmp     DWORD PTR [rbp-4], 1
        jne     .L5
        cmp     DWORD PTR [rbp-8], 65535
        jne     .L5
        mov     edi, OFFSET FLAT:_ZStL8__ioinit
        call    std::ios_base::Init::Init() [complete object constructor]
        mov     edx, OFFSET FLAT:__dso_handle
        mov     esi, OFFSET FLAT:_ZStL8__ioinit
        mov     edi, OFFSET FLAT:_ZNSt8ios_base4InitD1Ev
        call    __cxa_atexit
.L5:
        nop
        leave
        ret
_GLOBAL__sub_I_main:
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        mov     esi, 65535
        mov     edi, 1
        call    __static_initialization_and_destruction_0(int, int)
        pop     rbp
        ret

機器語言：
會由一堆0和1構成，但因為過於攏長，這裡就不列出了。

以上的內容聽不懂就算了，對於以後寫程式不會有什麼影響。

hello world








#include<iostream>
using namespace std;
int main(){
    //this program will print hello world
    cout<<"hello world"<<'\n';
    return 0;
}

/*OUTPUT---
hello world
------------*/

#include (工具箱🧰)

#include<iostream>

用來引入一些寫好的程式碼("標頭檔")，包含許多函數和物件(工具🔧)，而<iostream>標頭檔包含一些基本物件及函式

namespace (哪來的工具)

using namespace std;

用來區分函式及物件所屬的函式庫，通常我們使用的為標準函式庫(standard library)

main{} (主要工作區)





int main(){
    // your code goes here
    return 0;
}

稱作「主函式」，由作業系統呼叫，並從此函式開始執行程式碼
大部分的程式會寫在這裡，也就是 { 到 } 之間
(在主函式之前可以寫全域變數、函式、前置編譯指令)

cout

cout<<"hello world"<<'\n';

執行程式時可以把想輸出的東西(數字、字元、字串)顯示在使用者的畫面上，cout後面要加上 << 再接上想要輸出的東西
這裡要輸出字串(兩個以上的字或中文字)，得用雙引號(" ")放在字串前後

註解

    //this program will print hello world

這行就是註解，如果要寫的程式有點複雜的時候(要做不只一件事情)，寫註解可以提醒你要做哪些事情、一項一項來看事情有沒有做好(就像寫待辦事項一樣)；

當你以後重新回來看這支程式(或是和其他人合作寫一支程式)的時候，可以比較快理解每行程式碼在做什麼🤔🤔

寫法:

  • 單行註解:先打上 // 再寫上註解
  • 多行註解:用 /* 和 */ 把註解包起來

註解單純只是寫給人理解程式碼用的，裡面的內容是不會被編譯，也不會被執行的。所以裡面要寫什麼都可以(包括程式碼)

分號 ;

請在每行程式碼結束的地方(通常是最後面)加上分號
這很重要
就像寫作文要分段一樣，不在後面加上分號的話系統執行會出錯
(就像作文老師會毫不留情給你0級分😂😂)

題目練習:b003: Hello,TCFSH!

  • 練習cout

各種型態的輸出

cout<<"hello world"<<'\n';
  • 數字與變數
    純數字或「變數」的輸出前後不用加東西
  • 字元
    單一個字(英文、數字、符號)的輸出得用單引號(' ')放在字元前後(中文算字串得用雙引號)
  • 字串
    兩個字以上和中文的輸出得用雙引號(" ")放在前後
  • 跳脫字元
    這個的輸出也是得用單引號(' ')放在前後，下一頁是它的獨立介紹

跳脫字元

跳脫字元是在特定字元前加上一個反斜線(\)，為了讓系統知道某些符號不是用於特殊功能，就只是一個字元而已，或是模擬鍵盤上的其他功能

一些跳脫字元

  • ‘\0’ 空字元，用於字串的結束
  • ‘\n’ New Line，換行符號
  • ‘\r’ Carriage Return，回歸鍵(即 Enter 鍵)
  • ‘\t’ Tab，跳格
  • ‘\b’ Backspace，倒退鍵
  • ‘\a’ Bell，嗶一聲
  • ’ \\ ’ 反斜線 \
  • ’ \’ ’ 單引號 ’
  • ’ \" ’ 雙引號 "

題目練習:b004: 串串的強迫症

  • 練習使用跳脫字元

變數

存放在電腦裡的資料，不能更動的稱為常數，可以更改內容的則稱為變數。類似於數學中的x, y。

宣告

在C++中任何的變數都需要先透過宣告後才能夠使用，相當於數學中要先假設未知數後，才可以使用未知數。而宣告的方法如下：







資料型態 變數名稱;

int a;
float b;
char c;
int d, e;

在宣告時對於同資料型態的變數可以同時宣告多個變數，只需要在各個變數之間加上逗號即可。

  • 變數名稱是自己決定的，可以是任何未被定義的英文及數字字串。已經被定義的字串例如：資料型態名稱(int, float, char)，純數字(2, 56)，函式名稱(sort, upper_bound)
  • 變數名稱建議使用方便辨識及輸入的字串，如：a, temp, num
  • 每行結束務必記得加分號!

賦值

有了變數之後就可以設定變數的值，將一個變數的記憶體覆寫為一個值的過程就稱為賦值。

實際操作上會使用=來賦值，賦值可以在宣告變數後的任何地方進行，並且新的值會覆蓋過原本的值。賦值也可以在宣告時就同時進行。












#include <iostraem>
using namespace std;
int main(){
    int a;
    a = 1;
    int b = 2; 
    a = 3;
    //a=3, b=2
    int c = 3, d = 4;
    // c=3, d=4
}

輸出

如果想要知道一個變數的值可以透過前面教過的cout來輸出。此時只需要在<<後加上變數名稱即可。
注意：此處不需要使用""，加上""後程式會將""內的認定為字串輸出。










#include <iostraem>
using namespace std;
int main(){
    int a=1;
    cout << a << endl;
    a = 3;
    cout << a << endl;
    cout << "a" << endl;
}

/*OUTPUT---
1
3
a
------------*/

資料型態

前面一直提到的資料型態究竟是什麼呢？資料型態就是指變數的種類，以下列舉出一些C++常見的變數：

型態 類型 占用記憶體(bytes) 可存放範圍
int 整數 4 \(-2^{31}\) ~ \(2^{31}-1\)
unsigned int 整數 4 \(0\) ~ \(2^{32}-1\)
short int 整數 2 \(-2^{15}\) ~ \(2^{15}-1\)
float 小數 4 ±\(3.4×10^{-38}\) ~ ±\(3.4×10^{38}\)
有效位數 7位
型態 類型 占用記憶體(bytes) 可存放範圍
double 小數 8 ±\(1.7×10^{-308}\) ~ ±\(1.7×10^{308}\)
有效位數 15位
char 字元 1 \(0\) ~ \(255\) （ASCII碼）
bool 布林 1 true, false
long long 整數 8 \(-2^{63}\) ~ \(2^{63}-1\)
unsigned long long 整數 8 \(0\) ~ \(2^{64}-1\)

字元

字元這一種資料型態在宣告時有兩種方式，第一種是在''內輸入字元，第二種是直接輸入0~255之間的數字(不須'')。而所有字元以及其對應的數字可以參考ASCII碼


(圖源：http://kevin.hwai.edu.tw/~kevin/material/JAVA/Sample2016/ASCII.htm )
(Dec：十進位，Ｈex：十六進位)









#include <iostream>
using namespace std;
int main(){
    char a = 'A';
    char b = 65;
    char c = '65';
    cout << a << " " << b << " " << c;
}

/*OUTPUT---
A A 5
------------*/

變數a與b都是字元的宣告方法，而c因為字元型態本身就只能儲存一個字元，故只有最後面那位會被儲存。

cin

你可能覺得為什麼聽到現在，感覺不像在寫程式的？因為程式的目的是為使用者做事情，所以我們必須從使用者取得資料，此時我們就需要輸入(input)了。在C++，中要取得輸入時可以使用cin，使用方法類似cout。

cin >> 希望此資料存放的位置(即變數); 








#include <iostream>
using namespace std;
int main(){
    int a;
    cin >> a;
    cout << a;
}

/*INPUT---
565
------------*/

/*OUTPUT---
565
------------*/

運算子

有特定運算功能的符號即稱為運算子，以下皆為運算子的舉例。

運算子 說明
+ - * / 加減乘除
% 取餘，a%b = a除以b的餘數
== >< >= <= 比較運算子，回傳值是bool
! 將一個bool值做反向
|| && OR/AND 邏輯運算

設定運算子

前面提到賦值用的=就是屬於設定運算子

算數運算子

常見的算數運算子有+、-、*、/、%，分別代表加、減、乘、除、取餘。

運算式

程式裡總不可能所有的變數都是先設定好或者是輸入的，程式的一大意義就是要幫你計算。這時候當你想要對一個變數進行運算時就需要使用到運算式了。

基本寫法



變數 = 常數或變數 算數運算子 常數或變數;
//將左邊變數設定成右邊運算的結果

這裡的=是賦值得意思，並非數學上兩邊相等的意思。


















#include <iostream>
using namespace std;
int main(){
    int a = 1, b = 2, c;
    c = 4 + 3;
    cout << c << " ";
    c = 5 - b;
    cout << c << " ";
    c = a * 2;
    cout << c << " ";
    c = b / a;
    cout << c << " ";
    c = (b+5)%4;//程式中一樣可以透過括號來進行優先運算
    cout << c << endl;
    c=(a+1)*(b+9); //但任何的運算符號都不能被省略
    //c=(a+1)(b+9)此行是錯誤的
}

/*OUTPUT---
7 3 2 2 3
------------*/

簡寫








#include <iosream>
using namespace std;
int main(){
    int i=1;
    i = i + 5;
    i += 5;
}

從上面這隻程式我們可以發現第五行的地方是運算式的基本寫法，但左右兩邊都出現了i，於是我們就可以把兩邊都消掉i(設定運算子不能這樣用)，於是懶惰的程式設計師就發明了簡寫，如第六行所示。
















int i;
//這兩行是一樣的意思
變數A = 變數A 算數運算子 常數或變數;
變數A 算數運算子= 常數或變數;
i = i + 9;
i += 9;

//這三行是一樣的意思
i += 1;
i++;
++i;
//這三行是一樣的意思
i -= 1;
i--;
--i;

i++與++i的差異(補充)

++i是先做，i++是後做，什麼先做後做的聽起來很抽象，那就直接看範例吧












#include<iostream>
using namespace std;
int main(){
    int i=1;
    cout<<"1:"<<i++<<endl;
    cout<<"2:"<<i<<endl;//i++會先輸出後才進行i=i+1
    i=1;
    cout<<"3:"<<i<<endl;
    cout<<"4:"<<++i<<endl;//而++i則是先進行i=i+1後才輸出
    cout<<"5:"<<i<<endl;
}

/*OUTPUT---
1:1
2:2
3:1
4:2
5:2
------------*/

資料型態之間的轉換

數字

不同的資料型態在計算時會發生一些變換，在撰寫程式時必須特別注意以下規則：

  1. 當整數和浮點數進行運算時，統一轉換為浮點數運算。否則一律以整數運算
  2. 當2個大小不同的整數/浮點數做運算時，較大的型別會被採用。short一律當作int計算
  3. 字元做運算時，統一轉換為整數
  4. 在賦值時，「計算結果」統一轉換為該變數的資料型態(計算時依舊為原計算模式)利用(資料型態)可作強制轉換





















#include<iostream>
using namespace std;
int main(){
    double a = 5000/3; 
    //"5000/3" is calclated in int then assigned to double
    cout << a << '\n';
    double b = 5000.0/3;
    //"5000.0/3" is calculated in double then assigned to double
    cout << b << '\n';
    double c = 2.25;
    int d = c; 
    //double is converted to int before assigning
    cout << d << ' ' << c*d << ' ' << (int)(c*d) << '\n';
    char k = 'A';
    //char is converted to int during compution
    cout << k + 5 << ' ' << k + 'A' << ' ' << '\n';
    short x = 5000;
    cout << x*x << ' '; //short is converted to int during compute
    x = x*x; //int is converted back to short during assignment
    cout << x << '\n';
}

/*OUTPUT---
1666
1666.67
2 4.5 4
70 130
25000000 30784
------------*/

數字及字元

可以利用(int)及(char)對字元及整數進行轉換，轉換結果會依照ASCII碼。若是想要將'0'~'9'之間的字元轉換為0~9的數字，可以透過-'0'來達成。












#include <iostream>
using namespace std;
int main(){
    int a = 65;
    char b = 'a';
    char c = '5';
    int d = c;
    int e = c - '0';
    cout << (char)a << " " << (int)b << endl;
    cout << d << " " << e;
}

/*OUTPUT---
A 97
53 5
------------*/

溢位

既然資料型態有範圍，那如果數字超出了範圍會怎樣？當變數的值超出範圍，我們就稱這個情況為溢位(overflow)。如果我們宣告(int)一個整數i的值為2147483647，值的範圍會落在int的範圍內。但是這時我們使 i+1 便會發生溢位的狀況，這時的i會回到int的最小值-214748348。

題目練習

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