从零开始

这节课我们将为大家系统介绍C++的基础组成部分，包括类型、变量、表达式、语句以及函数等内容。 与此同时，大家会了解如何编写、编译并运行一个C++程序，帮助你建立起从代码到可执行程序的完整认知。 通过本部分的学习与练习，你将能够独立编写、编译并运行简单的C++程序。

同时在最后面，我们会为大家提供一个可交互的实验室，帮助你更好地理解C++的各个知识点。

你的第一个C++程序

每一种编程语言的学习，几乎都从“Hello, World!”程序开始。这个传统不仅仅是因为它简单易懂，更重要的是它能帮助你快速体验从编写代码、编译到运行的完整流程。 通过输出一句简单的话，你可以验证开发环境是否配置正确，并初步感受C++的基本语法结构。

下面就是一个最简单的C++“Hello, World!”程序：

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#include <iostream>
 
int main() {
    std::cout << "Hello, World!" << std::endl;
    return 0;
}

让我们逐行分析这个程序，理解每个部分的作用：

头文件包含

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#include <iostream>

这行代码告诉编译器我们需要使用输入输出流库。#include 是一个预处理指令，它会在编译之前将指定的头文件内容插入到当前文件中。<iostream> 是C++标准库中处理输入输出的头文件，它包含了 std::cout、std::cin 等对象的定义。 #include 是最常用的预处理指令之一。

主函数

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int main() {

这是程序的入口点，每个C++程序都必须有一个名为 main 的函数。我们之后会详细介绍函数的定义，现在你只需要知道这个函数是程序的起点，程序从这里开始执行。 int 表示这个函数返回一个整数值，() 表示这是一个函数，大括号 {} 包含了函数的主体。

输出语句

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    std::cout << "Hello, World!" << std::endl;

这行代码负责在屏幕上输出文本。std::cout 是标准输出流对象，<< 是输出操作符，用于将数据发送到输出流。"Hello, World!" 是一个字符串字面量，会被原样输出。std::endl 是一个特殊的操作符，它会输出一个换行符并刷新输出缓冲区。

命名空间（namespace）：std:: 表示这些对象（如 cout、endl 等）属于C++标准库的命名空间 std。 命名空间的作用是将相关的标识符（如变量、函数、类等）组织在一起，防止与其他库或你自己定义的同名标识符发生冲突。 在C++中，标准库的大部分内容都放在 std 命名空间下，因此我们在使用这些内容时需要加上 std:: 前缀。 例如，std::cout 表示标准输出流对象，std::endl 表示换行并刷新缓冲区。如果不想每次都写 std::，也可以在代码开头加上 using namespace std;，但在大型项目中推荐显式使用前缀以避免歧义。

返回语句

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    return 0;
}

return 0; 表示程序正常结束，返回值为0。在C++中，main 函数返回0通常表示程序成功执行，非0值表示程序出现了错误。最后的大括号 } 标志着 main 函数的结束。

输入与输出

输入与输出是编程中非常重要的概念，它使得程序能够与用户进行交互，接收输入并输出结果。 C++ 语言本身并没有内置输入输出语句，而是通过标准库来实现这些功能。最常用的输入输出库是 iostream，其中定义了 istream 和 ostream 两种类型，分别代表输入和输出。 标准库为我们准备了几个常用的输入输出对象。cin 是标准输入流对象，通常用来从键盘读取数据；cout 是标准输出流对象，用来向屏幕输出内容。 此外还有 cerr 和 clog，分别用于输出错误信息和一般日志信息。 通常情况下，这些对象都和程序运行的窗口关联在一起，也就是说，输入输出都发生在你看到的终端窗口里。

下面我们看一个实际的例子，来学习如何用 C++ 实现输入和输出。假设我们要编写一个程序，提示用户输入两个数字，然后输出它们的和。代码如下：

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#include <iostream>
int main()
{
    int num1 = 0, num2 = 0;
 
    std::cout << "请输入两个数字：" << std::endl;
    std::cin >> num1 >> num2; // 读取用户输入的两个数字
    std::cout << "它们的和是：" << num1 + num2 << std::endl;
    return

让我们逐行分析这个程序，理解每个部分的作用：

我们要想计算两个数字的和，我们一定要在程序中定义两个变量来存储这两个数字。

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int num1 = 0, num2 = 0;

上述代码定义了两个整型变量，并且将它们初始化为 0。

随后程序通过 std::cout 输出提示信息 "请输入两个数字："，然后等待用户输入。

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std::cout << "请输入两个数字：" << std::endl;

接下来，std::cin >> num1 >> num2; 这行代码会从标准输入流读取两个整数，分别存入 num1 和 num2。 输入操作符 >> 的用法和输出操作符类似，可以连续读取多个值。 当用户输入两个数字并按下回车后，程序会继续执行，利用 std::cout 输出结果。 这里的输出语句稍微复杂一些，它将字符串和变量、表达式混合在一起，通过多次使用 << 操作符，将所有内容依次输出到屏幕上。 比如，"请输入两个数字：" 是字符串，num1 和 num2 是数字变量，num1 + num2 是表达式，std::endl 负责换行并刷新缓冲区。

注释

在我们学习更复杂的C++程序之前，先来了解一下“注释”在C++中的作用和写法。 注释是写给人看的，不是给计算机看的。它们的存在，是为了让我们自己或者其他人更容易理解代码的含义。 比如说，你可以用注释来简单描述一个算法的思路，说明某个变量的用途，或者解释一段看起来比较难懂的代码。 编译器在处理代码时会自动忽略所有注释内容，所以注释不会影响程序的运行结果，也不会让程序变慢。

虽然编译器不在乎注释，但读代码的人非常在意。很多程序员在阅读代码时，往往会首先相信注释的内容，甚至比相信其他文档还要多。 如果注释写错了，反而会误导别人，这比没有注释还糟糕。所以每当你修改了代码，一定要记得同步更新相关的注释。

就好像我们在上述的例子中，在代码的旁边写上了注释，来解释代码的含义。

C++里有两种注释方式。第一种是“单行注释”，它以两个斜杠 // 开头，从这两个斜杠开始到本行结尾，全部都是注释内容。你可以在 // 后面写任何文字，甚至可以再写 //，编译器都会忽略掉。

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// 这是一个单行注释
// 我会在注释中写上一些文字，来解释代码的含义

第二种是“多行注释”，它是从 C 语言继承过来的。多行注释以 /* 开头，以下一个 */ 结束。无论中间有多少行，甚至有换行，编译器都会把 /* 和 */ 之间的所有内容当作注释。 你可以把多行注释放在代码的任何地方，只要那里允许出现空格、制表符或换行就行。如果注释内容跨越多行，很多人喜欢在每一行前面加一个星号 *，这样一眼就能看出哪些内容属于同一个注释块。

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/*
这是一个多行注释
我会在注释中写上一些文字，来解释代码的含义
*/

实际写程序时，这两种注释经常会混合使用。多行注释适合写比较长的说明，比如解释一个函数的整体思路；而单行注释更适合在代码旁边写一句简短的说明，比如解释某个变量的含义。

程序的流程控制

在编写程序时，大多数语句会按照书写的顺序依次执行：先执行第一句，再执行第二句……但实际上，几乎没有哪个有用的程序只靠顺序执行就能完成任务。 我们经常需要让程序根据不同的情况选择不同的执行路径，或者让某些操作重复多次。这就需要“流程控制”语句。

流程控制是编程中非常重要的内容，它让我们的程序变得灵活和强大。C++ 提供了多种流程控制语句，比如条件判断（if）、循环（while、for）等。本节我们先来学习最基础的循环语句——while。

while 循环语句

什么是 while 循环？

while 循环可以让一段代码反复执行，只要指定的条件成立。比如，我们想让计算机把 1 加到 10，然后把结果输出，就可以用 while 循环来实现。

让我们来看一个完整的例子：

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#include <iostream>
 
int main()
{
    int sum = 0, val = 1; // 定义两个变量：sum 用来累计总和，val 从 1 开始
    // 只要 val 小于等于 10，就一直执行下面的大括号里的代码
    while (val <= 10) {
        sum = sum + val; // 把 val 加到 sum 上，相当于 sum = sum + val
        val = val + 1;      // val 自增 1，相当于 val = val + 1
    }
    std::cout <<

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运行结果：
1 到 10 的和是：55

分析while循环

1. #include <iostream>：引入输入输出库，方便我们用 std::cout 输出内容。
2. int main()：主函数，程序从这里开始执行。
3. int sum = 0, val = 1;：定义两个整数变量。sum 用来保存累加的结果，初始值为 0；val 是当前要加的数，初始值为 1。
4. while (val <= 10) { ... }：只要 val 小于等于 10，就重复执行大括号里的内容。
   • sum = sum + val;：把当前的 val 加到 sum 上。
   • val = val + 1;：让 val 增加 1。
5. 当 val 变成 11 时，val <= 10 不成立，循环结束。
6. std::cout << ...：输出最终的结果。

while 循环的结构

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while (条件) {
    // 循环体：只要条件为真，就会一直执行这里的代码
}

条件是一个表达式，结果要么为真（true），要么为假（false）。只要条件为真，循环体就会执行。例如 2 > 1 为真，2 < 1 为假。循环体可以是一条语句，也可以是一组用大括号括起来的多条语句。你可以把它理解为需要重复执行的代码。

while 循环 可以让一段代码重复执行，直到条件不成立。在循环体内，通常要有让条件发生变化的语句，否则可能会进入“死循环”。通过 while 循环，我们可以很方便地处理重复性的任务，比如累加、计数等。

如果你还有疑问，可以试着自己修改代码，比如把 val <= 10 改成 val <= 100，看看会发生什么！

for 循环语句

在前面的 while 循环例子中，我们用变量 val 来控制循环执行的次数：在条件里判断 val 的值，并在循环体内让 val 增加。这种“用变量控制循环次数， 并在循环体内自增变量”的写法非常常见，所以 C++ 语言专门提供了 for 循环，让这种模式写起来更简洁。

我们可以用 for 循环把 1 加到 10 的程序改写如下：

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#include <iostream>
int main()
{
    int sum = 0;
    // 用 for 循环把 1 到 10 累加起来
    for (int val = 1; val <= 10; val = val + 1)
        sum = sum + val; // 等价于 sum += val
    std::cout << "1 到 10 的和是：" << sum << std

和前面一样，我们先定义 sum 并初始化为 0。不同的是，这次我们把 val 的定义放在了 for 语句的括号里。这样 val 只在 for 循环内部有效，循环结束后就不能再用了。

for 语句的括号里有三个部分：

• 第一个部分是初始化语句（int val = 1），它只在进入循环时执行一次；
• 第二部分是条件判断val <= 10，每次循环开始前都会判断这个条件，只有条件为真才会执行循环体；
• 第三部分是更新表达式（val = val + 1），每次循环体执行完后都会执行这句代码，让 val 增加 1。

整个 for 循环的执行流程是这样的：首先创建 val 并赋值为 1，然后判断 val 是否小于等于 10，如果成立就执行循环体，把 val 加到 sum 上。 循环体执行完后，val 增加 1，然后再次判断条件。如果 val 还小于等于 10，就继续执行循环体，否则循环结束，程序继续往下执行。

for 循环让我们写重复操作时更加简洁明了，尤其适合已知次数的循环。你可以把 for 循环理解为“先初始化，再判断条件，条件成立就执行循环体，然后更新变量，再判断条件……直到条件不成立为止”。

if 条件语句

和大多数编程语言一样，C++ 提供了 if 语句来支持条件执行。让我们来看一个实际的例子：

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#include <iostream>
int main()
{
    int number;
    
    std::cout << "请输入一个整数：";
    std::cin >> number;
    
    if (number > 0) {
        std::cout << number << " 是正数" << std::endl;
    } else if (number < 0) {

如果我们运行这个程序并输入不同的数字，会得到不同的输出。比如输入 5，程序会输出"5 是正数"；输入 -3，程序会输出"-3 是负数"；输入 0，程序会输出"0 是零"。

这个程序展示了 if 语句的基本用法。我们首先定义了一个整型变量 number，然后提示用户输入一个整数。接下来使用 if else-if else 结构来判断这个数字是正数、负数还是零。

第一个 if 语句检查 number 是否大于 0，如果是，就输出"是正数"。如果第一个条件不成立，程序会检查 else if 后面的条件，判断 number 是否小于 0，如果是，就输出"是负数"。如果前面的条件都不成立，程序会执行 else 后面的语句，输出"是零"。

通过这个简单的例子，我们可以看到 if 语句让程序能够根据不同的条件选择不同的执行路径。

逻辑可视化

一个简单的加法计算器

现在让我们把前面学到的知识综合起来，创建一个简单的加法计算器。这个程序会读取用户输入的任意数量的数字，然后用 for 循环计算它们的和并输出结果。

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#include <iostream>
using namespace std; // 使用命名空间 std，这样就不用每次都写 std::
 
int main()
{
    int count; // 用来存储用户输入的数字个数
    int sum = 0; // 用来存储所有数字的和
    
    cout << "请输入要计算的数字个数：";
    cin >> count;
    
    cout << "请输入 " << count << " 个数字：" << endl;

这个程序展示了如何将我们学到的各种概念组合在一起。首先，我们使用 using namespace std; 来简化代码，这样就不用每次都写 std:: 前缀了。 程序开始时会询问用户要计算多少个数字的和，用户输入一个数字后，程序会用一个 for 循环来逐个读取这些数字。在循环中，我们定义了一个局部变量 number 来存储每次输入的数字，然后把这个数字加到 sum 变量中。

for 循环的条件 i <= count 确保循环会执行用户指定的次数。每次循环，i 都会增加 1，直到达到用户输入的数字个数。最后，程序输出所有数字的总和。

C++ 实验室

下面是一个简单的C++小程序，你可以点击任何你不懂的部分，点击后会显示该部分的代码解释！

练习

现在让我们通过一些练习题来巩固本章学到的知识。请尝试独立完成这些题目，如果遇到困难，可以回顾前面的内容。

1. Hello World 变体

编写一个程序，输出 Hello, C++! 和 Welcome to programming! 两行文字。

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#include <iostream>
using namespace std;
 
int main() {
    cout << "Hello, C++!" << endl;
    cout << "Welcome to programming!" << endl;
    return 0;
}

2. 变量交换

编写一个程序，定义两个整数变量 a 和 b，分别赋值为 10 和 20，然后交换它们的值并输出交换前后的结果。

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#include <iostream>
using namespace std;
 
int main() {
    int a = 10, b = 20;
    
    // 输出交换前的值
    cout << "交换前：a = " << a << ", b = " << b << endl;
    
    // 交换两个变量的值
    int temp = a;  // 用一个临时变量保存 a 的值
    a =

3. 数字序列

编写一个程序，输出 1 到 100 之间的所有偶数。

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#include <iostream>
using namespace std;
 
int main() {
    // 从 2 开始，每次增加 2
    for (int i = 2; i <= 100; i += 2) {
        cout << i << " ";
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

交换两个变量的值需要借助一个临时变量。如果我们直接写 a = b; b = a;，那么 a 和 b 都会变成原来的 b 的值，因为 a 的值已经被覆盖了。