C++0基础教程：从入门到初步掌握

概述

本文详细介绍了C++基础教程，涵盖了从语言简介到开发环境搭建、基础语法入门、流程控制、函数使用、数组与字符串处理以及结构体和面向对象编程的基本概念。通过本教程，读者可以快速掌握C++编程的基本技能。

C++语言简介与开发环境搭建

C++语言的历史与发展

C++是由Bjarne Stroustrup在20世纪80年代早期于贝尔实验室开发的一种通用编程语言。它是在C语言基础上进行设计的，旨在解决C语言中的某些局限性，从而支持面向对象编程和泛型编程。C++是一种静态类型、编译型语言，支持多种编程范式，包括过程化、面向对象和泛型编程。

C++语言的发展经历了多个版本，从最初的C++03标准开始，经过C++11、C++14、C++17和C++20等多个版本的迭代，每一代标准都引入了新的特性来增强语言的表达能力和性能。C++20标准在2020年发布，标志着C++语言的又一次重大更新。

C++开发环境的选择与搭建

为了能够在本地机器上编写、编译和运行C++程序，你需要搭建一个合适的开发环境。以下是一些常用的开发环境和搭建步骤：

1. 选择IDE（集成开发环境）

常见的C++开发环境有Visual Studio Code、CLion、Eclipse等。这里我们选择Visual Studio Code作为开发环境，它不仅支持C++编程，而且具有丰富的插件生态系统，可以扩展其功能以满足各种需求。

2. 安装必要的开发工具

• 安装Visual Studio Code：访问Visual Studio Code官网下载并安装最新版本。
• 安装C++扩展：打开Visual Studio Code，通过左侧活动栏中的扩展图标（四个方块图标），搜索并安装"C++"扩展，它提供了代码高亮、代码提示等功能。
• 配置C++编译器：推荐使用GCC（GNU Compiler Collection）作为编译器。你可以通过包管理器（如在Ubuntu上使用sudo apt-get install g++）或从GCC官网下载并安装GCC。

3. 配置项目

在Visual Studio Code中，你需要配置项目文件以支持C++开发。以下是如何配置项目文件的步骤：

1. 创建一个新的文件夹作为你的项目文件夹。
2. 在项目文件夹中创建一个main.cpp文件。
3. 创建一个.vscode文件夹，然后在.vscode文件夹中创建一个c_cpp_properties.json文件，用于配置编译器路径和其他设置。

配置示例：

{
    "configurations": [
        {
            "name": "Mac",
            "includePath": [
                "${workspaceFolder}/**"
            ],
            "defines": [],
            "macFrameworkPath": [
                "/Library/Frameworks"
            ],
            "compilerPath": "/usr/bin/g++",
            "cStandard": "c11",
            "cppStandard": "c++17",
            "intelliSenseMode": "macosx-gcc-x64"
        }
    ],
    "version": 4
}

4. 编写并运行一个简单的C++程序

在main.cpp文件中输入以下代码：

#include <iostream>

int main() {
    std::cout << "Hello, C++!" << std::endl;
    return 0;
}

在终端中切换到项目文件夹，执行g++ main.cpp -o main命令进行编译，然后执行可执行文件，如./main。

以上步骤完成后，你的C++开发环境就搭建好了，可以开始编写C++程序了。

C++基础语法入门

基本数据类型与变量声明

在C++中，变量用于存储数据。变量必须先声明后使用。数据类型定义了变量可以存储的数据类型。以下是C++中常用的几种基本数据类型：

• 整型：int，用来存储整数。
• 浮点型：float和double，用来存储浮点数。
• 字符型：char，用来存储单个字符。
• 布尔型：bool，用来表示真（true）或假（false）。

以下是一些变量声明和赋值的示例代码：

// 整型变量声明与赋值
int age = 25;
int count = 100;

// 浮点型变量声明与赋值
float price = 19.99;
double pi = 3.14159265359;

// 字符型变量声明与赋值
char grade = 'A';

// 布尔型变量声明与赋值
bool isPassed = true;
bool isEmpty = false;

语法结构：注释、运算符

注释

注释用于在代码中添加说明，帮助理解代码逻辑。C++支持两种注释风格：

• 单行注释：以//开始，直到行尾。
• 多行注释：以/*开始，以*/结束。

示例代码：

// 单行注释
int x = 10; // 说明x被赋值为10

/* 多行注释
    说明可以跨越多行
    通常用来注释代码块
*/
int y = 20;

运算符

C++中的运算符有很多种类，包括算术运算符、赋值运算符、关系运算符、逻辑运算符等。以下是几种常见的运算符及其用法：

• 算术运算符：+、-、*、/、%。
• 赋值运算符：=
• 关系运算符：==、!=、>、<、>=、<=
• 逻辑运算符：&&、||、!

示例代码：

int a = 10, b = 5;
int sum = a + b;  // 算术运算符
int diff = a - b;
int product = a * b;
int quotient = a / b;
int remainder = a % b;

// 比较运算符
bool isEqual = (a == b);
bool isNotEqual = (a != b);
bool isGreater = (a > b);
bool isLess = (a < b);
bool isGreaterEqual = (a >= b);
bool isLessEqual = (a <= b);

// 逻辑运算符
bool andResult = (a > b) && (b < a);
bool orResult = (a > b) || (b < a);
bool notResult = !(a == b);

流程控制

条件语句（if语句、switch语句）

条件语句用于根据不同的条件执行不同的代码块。C++中常用的条件语句有if语句和switch语句。

if语句

if语句用于根据一个条件判断是否执行某个语句块。条件成立时执行条件块，否则执行可选的else块。

示例代码：

int score = 85;

if (score >= 60) {
    std::cout << "成绩及格" << std::endl;
} else {
    std::cout << "成绩不及格" << std::endl;
}

switch语句

switch语句用于根据变量的值执行对应的代码块，通常用于替代一系列嵌套的if语句。每个case标签后面跟一个常量表达式，如果表达式的值与变量匹配，则执行该case后面的代码块，直到遇到break语句为止。

更复杂的switch语句示例：

int month = 3;

switch (month) {
    case 1:
        std::cout << "一月" << std::endl;
        break;
    case 2:
        std::cout << "二月" << std::endl;
        break;
    case 3:
        std::cout << "三月" << std::endl;
        break;
    default:
        std::cout << "其他月份" << std::endl;
}

循环语句（for、while、do-while）

循环语句用于重复执行一段代码，直到满足某个条件为止。

for循环

for循环是一种常用循环结构，适用于已知循环次数的情况。它包括三个部分：初始化、条件判断和迭代。

示例代码：

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    std::cout << "循环次数：" << i << std::endl;
}

while循环

while循环在循环开始时检查条件，如果条件成立则执行循环体，直到条件不再成立。

示例代码：

int i = 0;

while (i < 5) {
    std::cout << "循环次数：" << i << std::endl;
    i++;
}

do-while循环

do-while循环与while循环类似，但先执行一次循环体，然后在每次循环结束时检查条件。这样可以确保循环至少执行一次。

示例代码：

int i = 0;

do {
    std::cout << "循环次数：" << i << std::endl;
    i++;
} while (i < 5);

复杂循环示例：从文件读取数据并处理

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>

int main() {
    std::ifstream file("data.txt");
    std::string line;

    while (std::getline(file, line)) {
        std::cout << line << std::endl;
    }

    file.close();
    return 0;
}

函数的学习与使用

函数定义与调用

函数是程序的基本组成部分，用于实现特定的功能。C++中的函数由两部分组成：函数声明和函数实现。

函数声明包括函数名、参数列表和返回类型：

return_type function_name(param1, param2, ...) {
    // 函数体
    return result;
}

示例代码：

// 函数声明
int add(int a, int b);

int main() {
    int result = add(3, 5);
    std::cout << "结果：" << result << std::endl;
    return 0;
}

// 函数实现
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

参数传递与返回值

函数参数可以是值传递或引用传递。

• 值传递：传递变量的副本。
• 引用传递：传递变量的地址，可以修改原变量的值。

返回值是函数执行完毕后返回给调用者的数据。如果没有返回值，可以将返回类型设置为void。

示例代码：

// 值传递示例
int multiply(int a, int b) {
    return a * b;
}

// 引用传递示例
void increment(int &num) {
    num++;
}

int main() {
    int num = 10;
    increment(num);
    std::cout << "num: " << num << std::endl;

    int result = multiply(3, 4);
    std::cout << "结果：" << result << std::endl;

    return 0;
}

数组与字符串

数组的定义与操作

数组是一种数据结构，用于存储相同类型的元素集合。数组在声明时需要指定元素个数。

示例代码：

// 定义数组
int numbers[5] = {1, 2, 3, 4, 5};

// 访问数组元素
for (int i = 0; i < 5; i++) {
    std::cout << numbers[i] << std::endl;
}

// 修改数组元素
numbers[2] = 10;

// 输出修改后的数组
for (int i = 0; i < 5; i++) {
    std::cout << numbers[i] << std::endl;
}

字符串处理与常用函数

字符串可以看作是字符数组，或者使用std::string类对象来表示。std::string类提供了丰富的字符串操作功能。

示例代码：

#include <string>

int main() {
    std::string str = "Hello, World!";

    // 字符串长度
    std::cout << "长度：" << str.length() << std::endl;

    // 字符串连接
    std::string newStr = str + " Welcome!";
    std::cout << newStr << std::endl;

    // 字符串查找
    int pos = str.find("World");
    if (pos != std::string::npos) {
        std::cout << "找到 \"World\"，位置：" << pos << std::endl;
    } else {
        std::cout << "未找到 \"World\"" << std::endl;
    }

    // 字符串替换
    str.replace(0, 5, "Hi");
    std::cout << "替换后的字符串：" << str << std::endl;

    // 字符串分割
    std::string delimiter = " ";
    size_t pos = 0;
    std::string token;
    while ((pos = str.find(delimiter)) != std::string::npos) {
        token = str.substr(0, pos);
        std::cout << token << std::endl;
        str.erase(0, pos + delimiter.length());
    }

    // 从用户输入获取字符串并进行处理
    std::string userInput;
    std::cout << "请输入一段文字: ";
    std::getline(std::cin, userInput);
    std::cout << "您输入了：" << userInput << std::endl;

    return 0;
}

结构体与简单的面向对象编程

结构体定义与使用

结构体是一种自定义的数据类型，用于组合多个不同类型的变量。结构体变量包含多个成员，可以像访问普通变量一样访问结构体成员。

示例代码：

#include <iostream>

struct Person {
    std::string name;
    int age;
};

int main() {
    Person p1;
    p1.name = "张三";
    p1.age = 25;

    std::cout << "姓名：" << p1.name << std::endl;
    std::cout << "年龄：" << p1.age << std::endl;

    return 0;
}

类与对象的基础概念

类是面向对象编程的基本构造，用于封装数据和方法。类的成员包括属性（变量）和方法（函数）。对象是类的实例。

示例代码：

#include <iostream>

// 定义类
class Person {
public:
    std::string name;
    int age;

    void display() {
        std::cout << "姓名：" << name << std::endl;
        std::cout << "年龄：" << age << std::endl;
    }
};

int main() {
    // 创建对象
    Person p1;
    p1.name = "李四";
    p1.age = 30;

    // 调用成员函数
    p1.display();

    return 0;
}

更复杂的类和对象应用示例（例如包含继承、多态等特性）：

#include <iostream>

// 定义基类
class Animal {
public:
    void speak() {
        std::cout << "动物说话" << std::endl;
    }
};

// 定义派生类
class Dog : public Animal {
public:
    void speak() override {
        std::cout << "狗叫汪汪" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Animal myAnimal;
    Dog myDog;

    myAnimal.speak();
    myDog.speak();

    return 0;
}

总结：

通过本教程，你已经掌握了C++编程的基本语法和结构。接下来可以通过更多的实践项目来巩固所学知识，推荐访问慕课网学习更多C++编程的高级技巧和实战案例。