C++ 基础语法

C++ 是在 C 语言基础上发展而来的，增加了面向对象编程、模板、异常处理等特性，同时拥有非常强大的标准库（STL）。因为执行效率高、标准库完善，C++ 是算法竞赛和系统开发中最受欢迎的语言之一。

本站所有的算法代码都配有 C++ 版本，你学完基础之后可以在刷题过程中熟悉和应用这门语言。下面我们就开始学习 C++ 的基础语法。

¶Hello World 与程序结构

先看一个最简单的 C++ 程序：

拆解一下这个结构：

#include <iostream>      // 引入输入输出库
using namespace std;     // 使用标准命名空间

int main() {             // 程序入口函数
    // 你的代码写在这里
    return 0;            // 返回 0 表示程序正常结束
}

#include <iostream> 是预处理指令，告诉编译器引入输入输出库（input/output stream），这样你才能用 cout、cin 这些功能。

using namespace std; 是告诉编译器你要使用标准命名空间。不写这行的话，每次使用标准库的东西都要加 std:: 前缀，比如 std::cout、std::endl。加了这行就可以省略前缀，写起来方便很多。

int main() 是程序的入口函数，C++ 程序运行时会自动找到并执行这个函数。int 表示这个函数返回一个整数，return 0 表示程序正常结束。

每条语句末尾要加分号 ;，这是 C++ 的规矩。漏了分号编译器会报错，这是新手最常犯的错误之一。

¶标准输出 cout

cout 配合 << 运算符（插入运算符）来输出内容，endl 表示换行：

cout 比 C 语言的 printf 方便的地方在于不用记格式化占位符（%d、%f 之类的），直接用 << 把变量丢进去就行，编译器会自动根据类型来输出。

endl 和 "\n" 都能换行，区别是 endl 会多一步刷新缓冲区的操作。在算法题中大量输出时，用 "\n" 会比 endl 快一些，不过一般不用太在意。

如果想控制浮点数的小数位数，需要引入 <iomanip> 头文件：

fixed 表示用定点小数格式（而不是科学计数法），setprecision(n) 指定保留 n 位小数。设置之后对后续所有输出都生效，不需要每次都写。

¶读取输入 cin

cin 配合 >> 运算符（提取运算符）来读取输入：

cin >> 默认以空格和换行作为分隔符，所以输入 Alice 25 时，name 读到 Alice，age 读到 25。

上面的示例中，左下角的 stdin 区域就是模拟的用户输入，你可以修改输入内容再运行试试。

如果需要读取一整行（包括空格），可以用 getline：

注意一个坑：如果在 cin >> 之后紧接着用 getline，需要先调用 cin.ignore() 清掉缓冲区里残留的换行符，否则 getline 会读到一个空行。

¶循环读取到输入结束

有些题目的输入数据量不确定，需要一直读取到输入结束（EOF）。把 cin >> 放到 while 的条件中就行：

当输入结束时，cin >> 会返回一个"假"值，while 循环自动退出。

¶变量与数据类型

C++ 最常用的数据类型：

几个注意点：

long long 类型的字面量要加 LL 后缀（如 9999999999LL），否则编译器可能把它当成 int，超出范围就会出错。

char 用单引号 'A'，string 用双引号 "Hello"，这两个不能搞混。

bool 在 C++ 中是内置类型，不需要额外引入头文件。true 对应 1，false 对应 0。

string 是 C++ 标准库提供的字符串类型，比 C 语言的字符数组好用太多了——可以直接用 + 拼接、用 == 比较、用 .size() 获取长度，不用操心内存管理。

¶变量声明

C++ 是静态类型语言，变量必须先声明类型才能使用：

// 先声明，后赋值
int x;
x = 10;

// 声明的同时赋值
int y = 20;

// 一行声明多个同类型变量
int a = 1, b = 2, c = 3;

¶常量

用 const 声明常量，声明后就不能修改了：

const int MAX_SIZE = 100;
const double PI = 3.14159;

¶auto 类型推断

C++11 引入了 auto 关键字，让编译器自动推断变量的类型：

auto 本质上就是个语法糖，编译器在编译时就确定了类型，运行时和你手写类型没有任何区别。目前用处不大，但后面学到 STL 容器的迭代器时，类型名会特别长，用 auto 就省事多了。

¶数组基础

数组用来存储一组相同类型的数据，通过下标（索引）访问，下标从 0 开始：

C 风格数组的大小在创建后就固定了，不能动态增删元素。后面学到 STL 的 vector 之后，你就有动态数组可以用了，比这个灵活得多。

¶类型转换

小类型可以自动转换为大类型（不丢精度），反过来可能丢失数据：

特别注意整数除法：1 / 2 的结果是 0 而不是 0.5，因为两个 int 相除结果还是 int，小数部分直接丢掉。这在算法题中是个常见的坑。

解决办法：让其中一个操作数变成 double，比如写成 1.0 / 2，或者用强制转换 (double)a / b。

¶运算符

¶算术运算符

取余运算符 % 在算法题中非常常用，比如判断奇偶（n % 2 == 0）、循环数组索引（i % n）等。

¶比较与逻辑运算符

比较运算符返回 true 或 false：==（等于）、!=（不等于）、<、>、<=、>=。

逻辑运算符用于组合条件：&&（与）、||（或）、!（非）。

¶三元运算符

条件 ? 值1 : 值2 是 if-else 的简写形式，条件为真返回值1，否则返回值2：

int a = 10, b = 20;
int maxVal = (a > b) ? a : b;  // maxVal = 20

¶位运算

位运算在处理二进制相关问题时非常高效，在算法题中可能会遇到。详细的位运算原理可以参考 常用的位操作，这里了解一下基本用法就行：

¶控制流

¶条件判断 if / else

¶for 循环

for 循环是最常用的循环，由三部分组成：for (初始化; 条件; 更新)。

¶while 循环

while 循环适合循环次数不确定的场景：

do-while 和 while 的区别是：do-while 先执行一次再判断条件，所以循环体至少会执行一次。实际中 do-while 用得很少，了解一下就行。

¶range-based for（for-each）

C++11 引入了基于范围的 for 循环，可以更简洁地遍历数组和容器：

for (int x : nums) 的意思是"对于 nums 中的每个元素，依次赋值给 x"。如果想在循环中修改原数组的元素，需要用引用 int& x，否则 x 只是元素的一个副本，修改它不会影响原数组。

这里也可以用 auto 来简化类型声明：for (auto x : nums) 或 for (auto& x : nums)。

¶break 和 continue

break 跳出整个循环，continue 跳过当前这轮、进入下一轮：

¶switch 语句

switch 适合对一个变量做多个值的判断，比一长串 if-else 更清晰：

注意每个 case 后面要加 break，否则会"穿透"到下一个 case 继续执行。你可以试试把 break 去掉，看看会发生什么。

¶异常处理

C++ 用 try-catch 捕获运行时错误，用 throw 主动抛出异常。

throw 后面可以跟任何类型，但推荐抛 std::exception 的子类，能通过 what() 拿到错误信息。

基类 std::exception 定义在 <exception> 头文件里，常用业务异常子类（runtime_error、logic_error、out_of_range、invalid_argument 等）在 <stdexcept> 里，引入后者会间接带上前者。

多个 catch 按书写顺序匹配，所以父类 catch 要放在子类后面，否则子类永远匹配不到。catch (...) 是兜底写法，不知道抛什么类型时可以用，但代价是拿不到异常对象。

还有一个容易踩的坑：vector 的 at() 会做越界检查并抛 out_of_range，而 operator[]（也就是 v[i]）不会，越界是未定义行为。刷题时一般用 [] 追求性能，涉及外部输入时 at() 更安全。

算法题里基本用不到异常，但读标准库源码和业务代码时会经常遇到。

¶小结

这篇介绍了 C++ 的基础语法：程序结构、输入输出、数据类型、运算符和控制流。这些是所有 C++ 代码的基石。

下一篇我们来详细讲讲 C++ 的 头文件与标准库，看看 C++ 的头文件和 C 有什么不同，using namespace std 是怎么回事，以及刷题中超好用的万能头文件。