C++ 基本语法

概述

C++基本语法是学习C++编程的基础。本章将介绍C++程序的基本结构、语法规则、关键字、标识符等核心概念，为后续深入学习奠定坚实基础。

🏗️ C++ 程序基本结构

最简单的C++程序

cpp

#include <iostream>

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

程序结构分析

mermaid

graph TD
    A[C++程序] --> B[预处理指令]
    A --> C[全局声明]
    A --> D[main函数]
    A --> E[其他函数]
    
    B --> B1[#include]
    B --> B2[#define]
    B --> B3[#ifdef]
    
    C --> C1[全局变量]
    C --> C2[函数声明]
    C --> C3[类声明]
    
    D --> D1[程序入口点]
    D --> D2[返回int类型]
    
    E --> E1[用户定义函数]
    E --> E2[类成员函数]

完整程序示例

cpp

// 预处理指令
#include <iostream>
#include <string>

// 使用命名空间
using namespace std;

// 全局常量
const int MAX_SIZE = 100;

// 函数声明
void greetUser(const string& name);
int calculateSum(int a, int b);

// 主函数
int main() {
    // 局部变量
    string userName;
    int num1, num2;
    
    // 输入
    cout << "请输入您的姓名: ";
    getline(cin, userName);
    
    cout << "请输入两个数字: ";
    cin >> num1 >> num2;
    
    // 函数调用
    greetUser(userName);
    int result = calculateSum(num1, num2);
    
    // 输出
    cout << "计算结果: " << result << endl;
    
    return 0;  // 程序正常结束
}

// 函数定义
void greetUser(const string& name) {
    cout << "你好, " << name << "!" << endl;
}

int calculateSum(int a, int b) {
    return a + b;
}

📝 词法元素

标识符 (Identifiers)

标识符规则

cpp

// 有效的标识符
int age;                    // 字母开头
int user_age;              // 下划线分隔
int userAge;               // 驼峰命名
int _private;              // 下划线开头
int value2;                // 包含数字

// 无效的标识符
// int 2value;             // 数字开头 ❌
// int user-age;           // 包含连字符 ❌
// int class;              // 关键字 ❌
// int user age;           // 包含空格 ❌

命名约定

cpp

// 变量和函数：小写字母开头，驼峰命名
int studentAge;
string firstName;
void calculateTotal();

// 常量：全大写，下划线分隔
const int MAX_STUDENTS = 50;
const double PI = 3.14159;

// 类名：大写字母开头，驼峰命名
class StudentRecord;
class BankAccount;

// 私有成员：下划线结尾或开头
class MyClass {
private:
    int value_;
    string _name;
};

关键字 (Keywords)

C++关键字列表

cpp

// C++98关键字
alignas    alignof    and        and_eq     asm
auto       bitand     bitor      bool       break
case       catch      char       char16_t   char32_t
class      compl      const      constexpr  const_cast
continue   decltype   default    delete     do
double     dynamic_cast else     enum       explicit
export     extern     false      float      for
friend     goto       if         inline     int
long       mutable    namespace  new        noexcept
not        not_eq     nullptr    operator   or
or_eq      private    protected  public     register
reinterpret_cast      return     short      signed
sizeof     static     static_assert static_cast struct
switch     template   this       thread_local throw
true       try        typedef    typeid     typename
union      unsigned   using      virtual    void
volatile   wchar_t    while      xor        xor_eq

// C++11及以后新增的关键字
// auto (重新定义)
// decltype
// nullptr
// constexpr
// static_assert
// thread_local
// alignas
// alignof
// char16_t
// char32_t
// noexcept

关键字使用示例

cpp

// 数据类型关键字
bool isValid = true;
char letter = 'A';
int number = 42;
float price = 19.99f;
double precision = 3.14159;

// 控制流关键字
if (isValid) {
    // 条件执行
} else {
    // 替代执行
}

for (int i = 0; i < 10; ++i) {
    // 循环执行
    if (i == 5) break;        // 跳出循环
    if (i % 2 == 0) continue; // 跳过本次迭代
}

// 面向对象关键字
class Base {
public:
    virtual void method() {}
protected:
    int protectedValue;
private:
    int privateValue;
};

class Derived : public Base {
public:
    void method() override {}  // C++11
};

🔤 字面量 (Literals)

数值字面量

cpp

// 整数字面量
int decimal = 42;           // 十进制
int octal = 052;            // 八进制 (以0开头)
int hexadecimal = 0x2A;     // 十六进制 (以0x开头)
int binary = 0b101010;      // 二进制 (C++14, 以0b开头)

// 长整数字面量
long longValue = 42L;       // long
long long veryLong = 42LL;  // long long
unsigned int unsignedVal = 42U; // unsigned

// 浮点数字面量
float floatValue = 3.14f;   // float (f后缀)
double doubleValue = 3.14;  // double (默认)
long double longDouble = 3.14L; // long double (L后缀)

// 科学计数法
double scientific = 1.23e4;  // 1.23 × 10^4 = 12300
double negative = 1.23e-4;   // 1.23 × 10^-4 = 0.000123

// C++14数字分隔符
int million = 1'000'000;
double pi = 3.141'592'653;

字符和字符串字面量

cpp

// 字符字面量
char ch = 'A';              // 普通字符
char newline = '\n';        // 转义字符
char tab = '\t';            // 制表符
char backslash = '\\';      // 反斜杠
char quote = '\'';          // 单引号

// 特殊字符
char null_char = '\0';      // 空字符
char bell = '\a';           // 响铃
char backspace = '\b';      // 退格
char carriage_return = '\r'; // 回车

// 数值表示的字符
char ascii_A = 65;          // ASCII码
char hex_A = '\x41';        // 十六进制
char octal_A = '\101';      // 八进制

// 字符串字面量
string simple = "Hello";
string with_escapes = "Hello\nWorld";
string with_quote = "She said \"Hello\"";

// 原始字符串 (C++11)
string raw = R"(C:\Users\Name\Documents)";
string multi_line = R"(
    This is a
    multi-line
    string
)";

// 宽字符和Unicode (C++11)
wchar_t wide_char = L'中';
string utf8 = u8"UTF-8 字符串";
u16string utf16 = u"UTF-16 字符串";
u32string utf32 = U"UTF-32 字符串";

布尔和指针字面量

cpp

// 布尔字面量
bool isTrue = true;
bool isFalse = false;

// 空指针字面量 (C++11)
int* ptr = nullptr;         // 推荐方式
int* old_ptr = NULL;        // 传统方式 (不推荐)
int* zero_ptr = 0;          // 整数0 (不推荐)

🎯 运算符基础

算术运算符

cpp

int a = 10, b = 3;

// 基本算术运算
int sum = a + b;        // 加法: 13
int diff = a - b;       // 减法: 7
int product = a * b;    // 乘法: 30
int quotient = a / b;   // 整数除法: 3
int remainder = a % b;  // 取余: 1

// 浮点除法
double precise_div = static_cast<double>(a) / b; // 3.33333...

// 自增自减运算符
int x = 5;
int pre_inc = ++x;      // 前置自增: x=6, pre_inc=6
int post_inc = x++;     // 后置自增: post_inc=6, x=7

int y = 5;
int pre_dec = --y;      // 前置自减: y=4, pre_dec=4
int post_dec = y--;     // 后置自减: post_dec=4, y=3

赋值运算符

cpp

int x = 10;

// 复合赋值运算符
x += 5;     // x = x + 5;  结果: x = 15
x -= 3;     // x = x - 3;  结果: x = 12
x *= 2;     // x = x * 2;  结果: x = 24
x /= 4;     // x = x / 4;  结果: x = 6
x %= 4;     // x = x % 4;  结果: x = 2

// 位运算复合赋值
x |= 8;     // x = x | 8;  按位或
x &= 15;    // x = x & 15; 按位与
x ^= 5;     // x = x ^ 5;  按位异或
x <<= 1;    // x = x << 1; 左移
x >>= 1;    // x = x >> 1; 右移

比较运算符

cpp

int a = 10, b = 20;

// 相等性比较
bool equal = (a == b);      // false
bool not_equal = (a != b);  // true

// 关系比较
bool less = (a < b);        // true
bool greater = (a > b);     // false
bool less_equal = (a <= b); // true
bool greater_equal = (a >= b); // false

// 字符串比较
string str1 = "apple";
string str2 = "banana";
bool str_less = (str1 < str2);  // true (字典序)

逻辑运算符

cpp

bool p = true, q = false;

// 逻辑运算
bool and_result = p && q;   // 逻辑与: false
bool or_result = p || q;    // 逻辑或: true
bool not_result = !p;       // 逻辑非: false

// 短路求值
bool short_circuit = false && (1/0 == 1); // 不会执行除零操作

// 复杂逻辑表达式
int age = 25;
bool isAdult = (age >= 18) && (age <= 65);
bool canVote = (age >= 18) || (age == 17 && hasPermission);

🔧 语句类型

表达式语句

cpp

// 简单表达式语句
int x;              // 声明语句
x = 42;             // 赋值语句
++x;                // 自增语句
calculateSum(a, b); // 函数调用语句

// 复合表达式
x = y = z = 0;      // 连续赋值
result = (x + y) * z; // 算术表达式

复合语句 (代码块)

cpp

{
    // 代码块创建新的作用域
    int localVar = 10;
    {
        // 嵌套代码块
        int innerVar = 20;
        localVar += innerVar; // 可以访问外层变量
    }
    // innerVar在这里不可访问
}
// localVar在这里也不可访问

条件语句

cpp

// if语句
if (condition) {
    // 条件为真时执行
}

// if-else语句
if (condition) {
    // 条件为真
} else {
    // 条件为假
}

// if-else if-else语句
if (score >= 90) {
    grade = 'A';
} else if (score >= 80) {
    grade = 'B';
} else if (score >= 70) {
    grade = 'C';
} else {
    grade = 'F';
}

// C++17 if语句初始化器
if (auto result = calculate(); result > 0) {
    cout << "Positive result: " << result << endl;
}

循环语句

cpp

// for循环
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
    cout << i << " ";
}

// while循环
int count = 0;
while (count < 5) {
    cout << count << endl;
    ++count;
}

// do-while循环
int input;
do {
    cout << "Enter a positive number: ";
    cin >> input;
} while (input <= 0);

// 范围based for循环 (C++11)
vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
for (const auto& num : numbers) {
    cout << num << " ";
}

跳转语句

cpp

// break语句
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
    if (i == 5) {
        break; // 跳出循环
    }
    cout << i << " ";
}

// continue语句
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
    if (i % 2 == 0) {
        continue; // 跳过偶数
    }
    cout << i << " "; // 只打印奇数
}

// return语句
int findMax(int a, int b) {
    if (a > b) {
        return a; // 返回较大值
    }
    return b;
}

// goto语句 (不推荐使用)
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
    for (int j = 0; j < 10; ++j) {
        if (condition) {
            goto cleanup; // 跳出嵌套循环
        }
    }
}
cleanup:
    // 清理代码

🎨 代码风格和格式

缩进和空格

cpp

// 推荐的缩进风格
class MyClass {
public:                          // 访问修饰符不缩进或缩进1个单位
    void method() {              // 方法缩进
        if (condition) {         // 语句缩进
            doSomething();       // 嵌套语句进一步缩进
        }
    }
    
private:
    int memberVariable_;         // 成员变量缩进
};

// 运算符周围的空格
int result = a + b * c;          // 推荐
int result=a+b*c;                // 不推荐

// 逗号后的空格
function(arg1, arg2, arg3);      // 推荐
function(arg1,arg2,arg3);        // 不推荐

大括号风格

cpp

// K&R风格 (推荐)
if (condition) {
    doSomething();
} else {
    doSomethingElse();
}

// Allman风格
if (condition)
{
    doSomething();
}
else
{
    doSomethingElse();
}

// 单行语句的大括号
if (condition) {
    doSomething(); // 即使单行也建议使用大括号
}

// 不推荐
if (condition)
    doSomething(); // 容易引入错误

命名约定

cpp

// 变量和函数：小驼峰
int studentAge;
string firstName;
void calculateTotal();

// 常量：全大写下划线分隔
const int MAX_SIZE = 100;
const double PI = 3.14159;

// 类和结构体：大驼峰
class StudentRecord {
public:
    void printInfo();
    
private:
    string studentName_;     // 私有成员后缀下划线
    int studentId_;
};

// 枚举：大驼峰或全大写
enum class Color {
    Red,
    Green,
    Blue
};

enum Status {
    STATUS_READY,
    STATUS_RUNNING,
    STATUS_STOPPED
};

💡 最佳实践

1. 初始化变量

cpp

// 推荐：声明时初始化
int count = 0;
string name = "";
vector<int> numbers{1, 2, 3};

// 不推荐：未初始化
int count;      // 可能包含垃圾值
string name;    // 虽然string会自动初始化为空

2. 使用const

cpp

// 对不会修改的变量使用const
const int MAX_ATTEMPTS = 3;
const string CONFIG_FILE = "config.ini";

// 函数参数使用const引用
void printStudent(const Student& student) {
    cout << student.getName() << endl;
}

// const成员函数
class Point {
public:
    int getX() const { return x_; } // 不修改对象状态
    void setX(int x) { x_ = x; }    // 修改对象状态
    
private:
    int x_, y_;
};

3. 避免全局变量

cpp

// 不推荐：全局变量
int globalCounter = 0;

void incrementCounter() {
    ++globalCounter; // 难以追踪修改
}

// 推荐：局部变量或类成员
class Counter {
public:
    void increment() { ++count_; }
    int getCount() const { return count_; }
    
private:
    int count_ = 0;
};

4. 使用现代C++特性

cpp

// 使用auto进行类型推导
auto numbers = vector<int>{1, 2, 3, 4, 5};
auto it = numbers.begin();

// 使用范围for循环
for (const auto& num : numbers) {
    cout << num << " ";
}

// 使用nullptr而不是NULL
int* ptr = nullptr;  // 推荐
int* old_ptr = NULL; // 不推荐

// 使用大括号初始化
int x{42};           // 推荐，防止窄化转换
int y = 42;          // 传统方式

5. 错误处理

cpp

// 检查输入参数
int divide(int numerator, int denominator) {
    if (denominator == 0) {
        throw invalid_argument("除数不能为零");
    }
    return numerator / denominator;
}

// 检查函数返回值
ifstream file("data.txt");
if (!file.is_open()) {
    cerr << "无法打开文件" << endl;
    return -1;
}

🔍 调试技巧

编译器警告

cpp

// 启用所有警告进行编译
// g++ -Wall -Wextra -pedantic -std=c++17 main.cpp

// 示例：可能的警告
int main() {
    int unused_variable = 42;  // 警告：未使用的变量
    
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        // 空循环体可能触发警告
    }
    
    // 缺少return语句的警告
}

调试输出

cpp

#include <iostream>
#include <cassert>

// 调试宏
#ifdef DEBUG
    #define DBG_PRINT(x) std::cout << "DEBUG: " << x << std::endl
#else
    #define DBG_PRINT(x)
#endif

int main() {
    int value = 42;
    DBG_PRINT("Value is: " << value);
    
    // 使用断言检查假设
    assert(value > 0 && "Value should be positive");
    
    return 0;
}

总结

本章介绍了C++的基本语法要素：

核心概念

程序结构：预处理指令、声明、main函数
词法元素：标识符、关键字、字面量
运算符：算术、赋值、比较、逻辑运算符
语句类型：表达式、复合、条件、循环、跳转语句

编程规范

一致的命名约定
适当的代码格式和缩进
合理使用const和现代C++特性
良好的错误处理习惯

最佳实践

声明时初始化变量
避免全局变量
使用现代C++特性提高代码质量
启用编译器警告帮助发现问题

掌握这些基本语法是后续学习C++高级特性的基础。在接下来的章节中，我们将深入学习C++的数据类型、变量、函数等更具体的概念。

C++ 基本语法 ​

概述 ​

🏗️ C++ 程序基本结构 ​

最简单的C++程序 ​

程序结构分析 ​

完整程序示例 ​

📝 词法元素 ​

标识符 (Identifiers) ​

标识符规则 ​

命名约定 ​

关键字 (Keywords) ​

C++关键字列表 ​

关键字使用示例 ​

🔤 字面量 (Literals) ​

数值字面量 ​

字符和字符串字面量 ​

布尔和指针字面量 ​

🎯 运算符基础 ​

算术运算符 ​

赋值运算符 ​

比较运算符 ​

逻辑运算符 ​

🔧 语句类型 ​

表达式语句 ​

复合语句 (代码块) ​

条件语句 ​

循环语句 ​

跳转语句 ​

🎨 代码风格和格式 ​

缩进和空格 ​

大括号风格 ​

命名约定 ​

💡 最佳实践 ​

1. 初始化变量 ​

2. 使用const ​

3. 避免全局变量 ​

4. 使用现代C++特性 ​

5. 错误处理 ​

🔍 调试技巧 ​

编译器警告 ​

调试输出 ​

总结 ​

核心概念 ​

编程规范 ​

最佳实践 ​

C++ 基本语法

概述

🏗️ C++ 程序基本结构

最简单的C++程序

程序结构分析

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标识符 (Identifiers)

标识符规则

命名约定

关键字 (Keywords)

C++关键字列表

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数值字面量

字符和字符串字面量

布尔和指针字面量

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算术运算符

赋值运算符

比较运算符

逻辑运算符

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表达式语句

复合语句 (代码块)

条件语句

循环语句

跳转语句

🎨 代码风格和格式

缩进和空格

大括号风格

命名约定

💡 最佳实践

1. 初始化变量

2. 使用const

3. 避免全局变量

4. 使用现代C++特性

5. 错误处理

🔍 调试技巧

编译器警告

调试输出

总结

核心概念

编程规范

最佳实践