此专栏为移动机器人知识体系下的编程语言中的$\mathrm{C}$++从入门到深入的专栏，参考书籍：《深入浅出$\mathrm{C}$++》(马晓锐)和《从$\mathrm{C}$到$\mathrm{C}$++精通面向对象编程》(曾凡锋等)。

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2.C++基本数据类型和控制结构

2.1 C++基本数据类型

• 程序是由算法和数据组成的，数据是算法的前提，数据以常量和变量的形式出现，每个常量和变量都有数据类型；

• $\mathrm{C}$++的数据类型主要分为基本数据类型和自定义类型，基本数据类型是$\mathrm{C}$++编译系统内置的，自定义类型是用户以基本类型为基础定义的符合自己要求的类型；

• $\mathrm{C}$++基本数据类型：

  • 整型$(\mathrm{int},\mathrm{short},\mathrm{long})$；
  • 字符型包括单字符型$(\mathrm{char})$和宽字符型$(wchar\_t)$；
  • 实型包括单精度型$(\mathrm{float})$和双精度型$(\mathrm{double})$；

• 非基本数据类型：

  • 逻辑型$(\mathrm{bool})$；
  • 数组$(\mathrm{type}[])$；
  • 指针$(\mathrm{type}\ast )$；
  • 空类型$(\mathrm{void})$；
  • 结构$(\mathrm{struct})$；
  • 联合$(\mathrm{union})$；
  • 枚举$(\mathrm{enum})$；
  • 类$(\mathrm{class})$；

• 整型类型：根据表示范围分为基本整型、短整型、长整型、超长整型，其表示范围根据编译系统和平台而定。

  // 1.基本整型：以int关键字定义；
  int score;
  
  // 2.短整型：用short int或short关键字定义；
  short int age;
  short age;
  
  // 3.长整型：用long int或long关键字定义；
  long int height;
  long height;
  
  // 4.超长整型：用long long int或long long关键字定义；
  long long int studentID;
  long long studentID;
  

  // example2_1.cpp
  /**
   * 作者：罗思维
   * 时间：2023/09/24
   * 描述：确定整型类型在内存中所占的字节数。
   */
  #include <iostream>
  using namespace std;
  
  int main()
  {
      cout << "sizeof(short int) = " << sizeof(short int) << "字节" << endl;
      cout << "sizeof(int) = " << sizeof(int) << "字节" << endl;
      cout << "sizeof(long int) = " << sizeof(long int) << "字节" << endl;
      cout << "sizeof(long long int) = " << sizeof(long long int) << "字节" << endl;
  
      return 0;
  }
  

  // example2_1.cpp程序执行结果(编译系统为：Visual Studio Code编译系统)
  sizeof(short int) = 2字节
  sizeof(int) = 4字节
  sizeof(long int) = 4字节
  sizeof(long long int) = 8字节
  

  • 短整型：$-2^{15}～2^{15}-1$，即$-32768～32767$；
  • 基本整型：$-2^{31}～2^{31}-1$，即$-2147483648～2147483647$；
  • 长整型：$-2^{31}～2^{31}-1$，即$-2147483648～2147483647$；
  • 超长整型：$-2^{63}～2^{63}-1$，即$-9223372036854775808～9223372036854775807$；

• 实型类型：亦称为浮点数，表示形式分为十进制小数形式和指数形式，十进制小数形式由数字和小数点组成，且必须含有小数点，指数形式利用数学上的指数形式表示，形式为数字$+\mathrm{E}$指数，$\mathrm{E}$可以为小写$\mathrm{e}$，实型数据类型变量分为三种，如下：

  // 1.单精度：利用float关键字定义；
  float fNum;
  
  // 2.双精度：利用double关键字定义；
  double dNum;
  
  // 3.长双精度：利用long double定义；
  long double ldNum;
  

  // example2_2.cpp
  /**
   * 作者：罗思维
   * 时间：2023/09/24
   * 描述：确定实型类型在内存中所占的字节数。
   */
  #include <iostream>
  using namespace std;
  
  int main()
  {
      cout << "sizeof(float) = " << sizeof(float) << "字节" << endl;
      cout << "sizeof(double) = " << sizeof(double) << "字节" << endl;
      cout << "sizeof(long double) = " << sizeof(long double) << "字节" << endl;
  
      return 0;
  }
  

  // example2_2.cpp程序结果
  sizeof(float) = 4字节
  sizeof(double) = 8字节
  sizeof(long double) = 16字节
  

  // example2_3.cpp
  /**
   * 作者：罗思维
   * 时间：2023/09/24
   * 描述：实型数据的运算存在一定的误差。
   */
  #include <iostream>
  using namespace std;
  
  int main()
  {
      float fNumber1, fNumber2;
      fNumber1 = 123456789.0;
      fNumber2 = fNumber1 + 10;
  
      cout << "fNumber1 = " << fNumber1 << endl;
      cout << "fNumber2 = " << fNumber2 << endl;
  
      return 0;
  }
  

  // example2_3.cpp程序结果：
  fNumber1 = 1.23457e+08
  fNumber2 = 1.23457e+08
  

• 字符类型

  • 字符在$\mathrm{C}$++中用单引号(‘’)表示，字符类型数据就是存储字符的数据类型，字符类型变量用关键字$\mathrm{char}$定义；

  • 字符类型的变量在内存中占用$1$个字节，即$8$位，在存储时，字符变量存储的是一个$-128～127$的数值，存储的字符是字符的$\mathrm{ASCII}$码；

  • 用"\“表示的字符称为转义字符，用这个符号进行转义的字符一般是控制字符，控制字符不可打印，在程序中无法用一般形式表示，因此必须用”\"开头的字符序列表示；

  • 常用的转义字符及其含义：

    $字符形式$	$含义$	$\mathrm{ASCII}$码
    \$\mathrm{n}$	$换行，当前位置移动到下一行开头$	$10$
    \$\mathrm{t}$	$水平制表符，当前位置移动到下一个\mathrm{Tab}位置$	$9$
    \$\mathrm{b}$	$退格，当前位置移动到前一列位置$	$8$
    \$\mathrm{r}$	$回车，当前位置移动到本行开头$	$13$
    \$\mathrm{f}$	$换页，当前位置移动到下一页开头$	$12$
    \\	$表示反斜杠$"\"	$92$
    \’	$表示单引号$“ ’ ”	$39$
    \"	$表示双引号$“ " ”	$34$

• 逻辑类型：亦称布尔型，表示真和假的数据类型，逻辑类型变量用关键字$\mathrm{bool}$定义，逻辑类型变量只有真和假两种情况，真用$\mathrm{true}$表示，假用$\mathrm{false}$表示，在$\mathrm{C}$++中，真用$1$定义，假用$0$定义；

  // example2_4.cpp
  /**
   * 作者：罗思维
   * 时间：2023/09/25
   * 描述：利用逻辑类型变量的逻辑运算判断学生成绩是否及格。
   */
  #include <iostream>
  using namespace std;
  
  int main()
  {
      bool bIsPassed;
      int nScore1 = 80, nScore2 = 70;
  
      bIsPassed = nScore1 >= 60 && nScore2 >= 60;
      cout << "bIsPassed值为:" << bIsPassed << endl;
  
      if (bIsPassed)
      {
          cout << "成绩及格,请及时打印成绩." << endl;
      }
      else
      {
          cout << "成绩不及格,请重新考试." << endl;
      }
  
      return 0;
  }
  

• 变量存储限定符：存储类型用在变量前加存储限定符表示，可以对变量在内存中的存储进行控制，常用的变量限定符如下：

  • $\mathrm{auto}$：采用堆栈方式分配内存空间，是暂时性的存储，其存储空间可以被其他变量多次覆盖使用，即不是独占的；
  • $\mathrm{register}$：变量存储在通用寄存器；
  • $\mathrm{extern}$：此存储类型变量在程序中的所有函数和程序段中都可以被使用；
  • $\mathrm{static}$：以固定的地址存放变量，在整个程序运行期间都有效；

• 强制类型转换：开发者自行进行的转换。

  // 1.强制类型转换格式
  类型名(表达式) 或 (类型名)表达式	// 类型名是表达式转换后的数据类型;
      
  // 2.将long类型值转换为int类型值
  long lNumber = 100.0;
  int nNumber = (int)lNumber;
  
  // 3.Tips:
  // 3.1 强制类型转换是一种不安全的转换，从高类型数据向低类型数据转换时可能有精度的损失；
  // 3.2 强制类型转换是暂时性的，不会改变原来数据的数据类型；
  

  // example2_5.cpp
  /**
   * 作者：罗思维
   * 时间：2023/09/25
   * 描述：强制类型转换实例。
   */
  #include <iostream>
  using namespace std;
  
  int main()
  {
      double lNumber = 0.0;
      int nNumber = 0;
  
      nNumber = 32767;
      lNumber = (double)nNumber; // 将int类型转换为double类型值(低->高)；
  
      cout << "nNumber = " << nNumber << endl;
      cout << "lNumber = " << lNumber << endl;
  
      lNumber = 3.14;
      nNumber = (int)lNumber; // 将double类型转换为int类型值(高->低);
  
      cout << "lNumber = " << lNumber << endl;
      cout << "nNumber = " << nNumber << endl;
  
      return 0;
  }
  

2.2 实战1

项目需求：提示用户输入三角形的$3$条边长，计算出三角形的面积并取整，将结果输出到输出设备上。

需求分析：

• 输入信息；
• 判断$3$条边是否能组成一个三角形；
• 可以组成三角形的情况下计算三角形的面积；
• 输出信息；

处理步骤：

程序实现$(project2\_1.cpp)$：

/**
 * 作者：罗思维
 * 时间：2023/09/25
 * 描述：计算三角形面积。
 */
#include <iostream>
#include <math.h>
using namespace std;

int main()
{
    /**
     * 参数说明：
     * dLine1,dLine2,dLine3:    三角形三边边长;
     * dArea:                   三角形实际面积;
     * dP:                      三角形边长之和的一半;
     * nArea:                   三角形取整面积;
     * bIsTriangle:             三角形的组成条件;
     */
    double dLine1, dLine2, dLine3;
    double dArea, dP;
    long nArea;
    bool bIsTriangle;

    cout << "请输入边长1:";
    cin >> dLine1;

    cout << "请输入边长2:";
    cin >> dLine2;

    cout << "请输入边长3:";
    cin >> dLine3;

    bIsTriangle = ((dLine1 + dLine2) <= dLine3) || ((dLine2 + dLine3) <= dLine1) || ((dLine3 + dLine1) <= dLine2);

    if (bIsTriangle)
    {
        cout << "不是一个有效的三角形." << endl;
        exit(1);
    };

    dP = (dLine1 + dLine2 + dLine3) / 2;
    dArea = sqrt(dP * (dP - dLine1) * (dP - dLine2) * (dP - dLine3));
    nArea = (long)dArea;

    cout << "三角形面积:" << dArea << endl;
    cout << "三角形取整面积:" << nArea << endl;

    return 0;
}

2.3 C++语句与控制结构

• 表达式：指用运算符连接各个运算对象，合乎语法规则的式子，表达式后面加上分号构成了表达式语句；

  // 1.空语句：指只有一个分号没有表达式的语句;
  // 空语句不做任何运算，是作为一种形式上的语句填充在控制结构中；
  // 语法格式：
  ;
  
  // 2.赋值语句：由赋值表达式加分号构成的语句；
  // 语法格式：
  变量  赋值运算符  表达式;
  age = 18;
  
  // 3.函数调用语句：调用函数语句的表达式；
  

• 流程图：程序流程图是人们对解决问题的方法、思路或算法的一种描述，流程图用一些专用符号绘制，如：长方形、菱形、椭圆和小圆，这些符号用箭头连接，称为流程；程序中一般有三种控制结构，分别为：顺序结构、选择结构、循环结构，常见流程图图例如下：

  

  • 顺序结构：指按照语句在程序中的先后次序一条一条地顺序执行的过程；

  • 选择结构：主要由$\mathrm{if}$和$\mathrm{switch}$控制，$\mathrm{if}$为单项选择结构，$\mathrm{switch}$为多项选择结构。

    // 1.if语句的基本形式
    if (条件表达式)
    {
        语句序列;
    }
    
    // 2.if-else语句形式
    if (条件表达式)
    {
        语句序列1;
    }
    else
    {
        语句序列2;
    }
    
    // 3.if-else if-else语句形式
    if (条件表达式1)
    {
        语句序列1;
    }
    else if	(条件表达式2)
    {
        语句序列2;
    }
    ...
    else
    {
        语句序列n;
    }
    
    // 4.switch语句形式
    switch (变量表达式)	// 变量表达式只能是整型、字符型或枚举型表达式;
    {
        case 常量表达式1:<语句序列1>;break;
        case 常量表达式2:<语句序列2>;break;
            ...
        case 常量表达式n:<语句序列n>;break;
        default:<语句序列n+1>;
    }
    

  • 循环结构：在给定条件成立时，反复执行某程序段，直到条件不成立为止，给定条件称为循环条件，反复执行的程序段称为循环体。

    // 1.while结构：通过判断条件是否成立来决定循环的继续和结束；
    while(表达式)		// 表达式是循环条件;
    {
        语句序列;		// 语句序列为循环体;
    }
    
    // 2.do-while结构：
    do
    {
        语句序列;
    }while(条件表达式);
    
    // 3.for结构：
    /**
    * 表达式1：循环初始值；
    * 表达式2：循环结束值；
    * 表达式3：循环的增量；
    */
    for(表达式1;表达式2;表达式3)
    {
        语句序列;
    }
    
    // 4.基于范围的for语句，遍历序列中的每一个元素，并对每个元素进行某种操作;
    for(数据类型 变量:序列)		// 序列是一个对象，可以是数组名、对象名、容器名等; 
    {
        语句序列；			// 对每个元素进行的操作;
    }
    

• 控制结构实例：

  • $\mathrm{if}$语句实例：$example2\_6.cpp$。

    /**
     * 作者：罗思维
     * 时间：2023/09/26
     * 描述：if语句实例。
     */
    #include <iostream>
    using namespace std;
    
    int main()
    {
        int nNumber;
        cout << "请输入一个整数:";
        cin >> nNumber;
    
        if (nNumber > 0)
        {
            cout << "输入的整数是正数." << endl;
        }
    
        return 0;
    }
    

  • $\mathrm{if}-\mathrm{else}$语句实例：$example2\_7.cpp$。

    /**
     * 作者：罗思维
     * 时间：2023/09/26
     * 描述：if-else语句实例。
     */
    #include <iostream>
    using namespace std;
    
    int main()
    {
        int nNumber;
        cout << "请输入一个整数:";
        cin >> nNumber;
    
        if (nNumber > 0)
        {
            cout << "输入的整数是正数." << endl;
        }
        else
        {
            cout << "输入的整数不是正数." << endl;
        }
    
        return 0;
    }
    

  • $\mathrm{if}-\mathrm{else}\mathrm{if}-\mathrm{else}$语句实例：$example2\_8.cpp$。

    /**
     * 作者：罗思维
     * 时间：2023/09/26
     * 描述：if-else if-else语句实例。
     */
    #include <iostream>
    using namespace std;
    
    int main()
    {
        int nScore;
        cout << "请输入你的分数:";
        cin >> nScore;
    
        if (nScore >= 0 && nScore <= 100)
        {
            if (nScore >= 90)
            {
                cout << "分数等级:A." << endl;
            }
            else if (nScore >= 80 && nScore < 90)
            {
                cout << "分数等级:B." << endl;
            }
            else if (nScore >= 70 && nScore < 80)
            {
                cout << "分数等级:C." << endl;
            }
            else if (nScore >= 60 && nScore < 70)
            {
                cout << "分数等级:D." << endl;
            }
            else
            {
                cout << "分数等级:E." << endl;
            }
        }
        else
        {
            cout << "输入的分数不正确." << endl;
        }
    
        return 0;
    }
    

  • $\mathrm{switch}$语句实例：$example2\_9.cpp$。

    /**
     * 作者：罗思维
     * 时间：2023/09/26
     * 描述：switch语句实例，判断四季。
     */
    #include <iostream>
    using namespace std;
    
    int main()
    {
        int nSeason;
        cout << "请输入你要查询的月份:";
        cin >> nSeason;
    
        switch (nSeason)
        {
        case 12:
        case 1:
        case 2:
            cout << nSeason << "月份所处季节为冬季." << endl;
            break;
        case 3:
        case 4:
        case 5:
            cout << nSeason << "月份所处季节为春季." << endl;
            break;
        case 6:
        case 7:
        case 8:
            cout << nSeason << "月份所处季节为夏季." << endl;
            break;
        case 9:
        case 10:
        case 11:
            cout << nSeason << "月份所处季节为秋季." << endl;
            break;
        default:
            cout << "Error." << endl;
            break;
        }
        
        return 0;
    }
    

  • $\mathrm{while}$语句实例：$example2\_10.cpp$。

    /**
     * 作者：罗思维
     * 时间：2023/09/27
     * 描述：while语句实例，计算1+2+3+...+100的值。
     */
    #include <iostream>
    using namespace std;
    
    int main()
    {
        int num = 1, sum = 0;
        while (num <= 100)
        {
            sum = sum + num;
            num++;
        }
    
        cout << "1+2+...+100 = " << sum << endl;
    
        return 0;
    }
    

  • $\mathrm{do}-\mathrm{while}$语句实例：$example2\_11.cpp$。

    /**
     * 作者：罗思维
     * 时间：2023/09/27
     * 描述：do-while语句实例，计算1+2+3+...+100的值。
     */
    #include <iostream>
    using namespace std;
    
    int main()
    {
        int num = 1, sum = 0;
        do
        {
            sum = sum + num;
            num++;
        } while (num <= 100);
    
        cout << "1+2+...+100 = " << sum << endl;
    
        return 0;
    }
    

  • $\mathrm{for}$语句实例：$example2\_12.cpp$。

    /**
     * 作者：罗思维
     * 时间：2023/09/27
     * 描述：for语句实例，计算1+2+3+...+100的值。
     */
    #include <iostream>
    using namespace std;
    
    int main()
    {
        int sum = 0;
        for (int num = 1; num <= 100; num++)
        {
            sum = sum + num;
        }
    
        cout << "1+2+...+100 = " << sum << endl;
    
        return 0;
    }
    

  • $\mathrm{for}$语句遍历数组中的元素：$example2\_13.cpp$。

    /**
     * 作者：罗思维
     * 时间：2023/09/27
     * 描述：for语句实例，遍历数组中的元素。
     */
    #include <iostream>
    using namespace std;
    
    int main()
    {
        char c[] = {'W', 'i', 'l', 'l', 'a', 'r', 'd'};
        for (char word : c)
        {
            cout << word;
        }
        cout << endl;
    
        return 0;
    }
    

• $\mathrm{break}$语句：$\mathrm{break}$语句在$\mathrm{while}、\mathrm{for}、\mathrm{do}-\mathrm{while}、\mathrm{switch}$结构中执行时，使程序立即退出这些结构，从而执行该结构后面的第一条语句。

  • $\mathrm{break}$语句实例：$example2\_14.cpp$。

    /**
     * 作者：罗思维
     * 时间：2023/09/28
     * 描述：break语句实例，计算1+2+...+100;
     */
    #include <iostream>
    using namespace std;
    
    int main()
    {
        int sum = 0;
        for (int i = 1;; i++)
        {
            sum += i;
            if (i == 100)
            {
                break;
            }
        }
    
        cout << "1+2+...+100 = " << sum << endl;
    
        return 0;
    }
    

• $\mathrm{continue}$语句：$\mathrm{continue}$语句在$\mathrm{while}、\mathrm{for}、\mathrm{do}-\mathrm{while}$结构中执行时，跳过当前循环的其余语句，直接进入下一轮循环。

  • $\mathrm{continue}$语句实例：$example2\_15.cpp$。

    /**
     * 作者：罗思维
     * 时间：2023/09/29
     * 描述：continue语句实例，计算1-100内偶数和；
     */
    #include <iostream>
    using namespace std;
    
    int main()
    {
        int sum = 0;
    
        for (int i = 1; i <= 100; i++)
        {
            if (i % 2 == 0)
            {
                sum = sum + i;
            }
        }
    
        cout << "1-100内偶数和为:" << sum << endl;
        
        return 0;
    }
    

2.4 实战2

项目需求：求某整数段区间中素数并输出。

需求分析：

• 提示用户输入整数段区间；
• 判断素数规则：对于数字$n$，如果其无法被任何从$2$到$\sqrt{n}$的数整除，则为素数。

代码实现$(project2\_2.cpp)$:

/**
 * 作者：罗思维
 * 时间：2023/09/29
 * 描述：求某整数区间段的素数。
 */
#include <iostream>
#include <math.h>
using namespace std;

int main()
{
    /**
     * 参数说明：
     * nStart:      整数区间最小值;
     * nEnd:        整数区间最大值;
     * nCnt1,nCnt2: 循环计数器;
     * nSqrt:       存储平方根值;
     * nNum:        计算素数个数;
     */
    int nStart = 0, nEnd = 0;
    int nCnt1 = 0, nCnt2 = 0;
    int nSqrt;
    int nNum = 0;

    cout << "请输入区间下限:";
    cin >> nStart;

    cout << "请输入区间上限:";
    cin >> nEnd;

    if (nStart <= 1)
    {
        cout << "区间下限应该大于1." << endl;
        return 1;
    }

    for (nCnt1 = nStart; nCnt1 <= nEnd; nCnt1 += 1)
    {
        nSqrt = sqrt(nCnt1);
        for (nCnt2 = 2; nCnt2 <= nSqrt; nCnt2++) // 判断nCnt1是否能被2到nSqrt的数整除;
        {
            if (nCnt1 % nCnt2 == 0)
            {
                break;
            }
        }

        if (nCnt2 >= nSqrt + 1) // 如果nCnt2>=nSqrt+1,说明nCnt1不能被2到nSqrt的数整除;
        {
            cout << nCnt1 << "\t";
            nNum = nNum + 1;
            if (nNum % 10 == 0)
            {
                cout << endl;
            }
        }
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

2.5 实战3

项目需求：根据用户输入的年份判断年份是否为闰年。

需求分析：

• 用户输入年份；
• 判断闰年的规则：年份可以被$4$整除且不能被$100$整除或能被$400$整除的为闰年。

代码实现$(project2\_3.cpp)$：

/**
 * 作者：罗思维
 * 时间：2023/09/29
 * 描述：提示用户输入年份，判断是否为闰年。
 */
#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    int year = 0;

    cout << "请输入你需要查询的年份:";
    cin >> year;

    while (year <= 0)
    {
        cout << "输入的年份应该大于0,请重新正确输入年份:";
        cin >> year;
    }

    if (year % 400 == 0 || (year % 4 == 0 && year % 100 != 0))
    {
        cout << year << " is leap year." << endl;
    }
    else
    {
        cout << year << "is not leap year." << endl;
    }

    return 0;
}