【C++基础编程】一、初识C++

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一、初识C++

1、编程语言是什么

我们编写程序，就是希望与计算机进行交流，让计算机帮助我们实现我们期望的效果。从这点出发，其实和人与人之间的沟通交流是一样的。两个人如果需要正常的沟通交流，必须要满足的条件是，你说的话对方听得懂，对方说的话你也能听得懂。如果条件不满足，你说中文对方不动，对方说英文你不懂，那么此时就没有办法交流。

写程序也是这样，我们需要和计算机沟通交流。但是很遗憾，机器听不懂我们人类的语言，也学不会人类的语言。那么我们去学习机器的语言呢？更加麻烦，计算机只认识 0和1，不会太复杂的语言。此时我们怎么办？

我们可以借助一个“翻译”，把我们的需求翻译成机器语言，说给机器听。但是，这个翻译其实也是一个程序，依然没有办法学习人类的语言。幸运的是，这个“翻译员”有自己的独特的语言体系，而这种语言体系比起机器语言来说，要更加容易理解。这就是我们俗称的“编程语言”。

编程语言有很多很多，有些语言更加贴合机器的世界，这些语言对我们人类来说，学习的成本就比较高。也有一些语言，更加贴合人类的世界，这类的编程语言，更加符合我们人类的生活习惯和思维逻辑，学习起来难度要小很多，更加容易一些。这样的语言，我们称为“高级语言”，而 Java 就是一种高级语言。

2、进制

进制的介绍

在我们正式开始学习 C++之前，需要对计算机的一些理论基础有一定的认知。而进制就是这样的基础，因此我们需要先学习进制。

我们知道在计算机的世界中，只有 0和1 两个数字，那么其他的数据该如何去表示呢？

什么是进制

进制也就是进位计数制，是人为定义的带进位的计数方法（有不带进位的计数方法，比如原始的结绳计数法，唱票时常用的“正”字计数法，以及类似的 tally mark 计数）。对于任何一种进制——X 进制，就表示每一位置上的数运算时都是逢 X 进一位。十进制是逢十进一，十六进制是逢十六进一，二进制就是逢二进一，以此类推，x 进制就是逢 x 进位。

进制的分类

二进制

用数字 0和1 表示每一个自然数，逢2进1。这样的进位制度称为“二进制”

例如：0，1，10，11，100，101，110，111，1000

在计算机的世界中，所有的数据最终在存储和运算的时候，都是以二进制的形式进行的。

十进制

日常生活中，我们使用到的进位制度。使用数字 0-9 表示每一个自然数，逢10进1。这样的进位制度称为“十进制”

例如：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13……

八进制

使用数字 0-7 表示每一个自然数，逢8进1。这样的进位制度称为“八进制”

例如：0，1，2，3，4，5，6，7，10，11，12，13……

十六进制

使用数字 0-9，a-f 表示每一个自然数，逢16进1。这样的进位制度称为“十六进制”

例如：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，a，b，c，d，e，f，10，11，12，13……

TIPS：为什么会有八进制和十六进制

计算机只认识 0和1，因此数据的存储和运算都是以二进制的形式完成的。但是，二进制与我们日常生活中使用的十进制相差较远。二进制数字对我们人类来说，可读性会有很大的影响。因此，人们在二进制和十进制的基础上，衍生出来了八进制和十六进制。一方面满足了与二进制之间转换的便捷性，另一方面也带来了可读性的提升。

不同进制的表示方式

进制有着不同的分类，我们常见的有二进制、八进制、十进制、十六进制。因此当我们写一个数字的时候，需要区分到底是什么进制。

二进制：通常以 0b 作为开头，例如：0b1001, 0b1100 等
八进制：通常以 0 作为开头，例如：012, 076, 0234 等
十六进制：通常以 0x 作为开头，例如：0x12, 0xa2df, 0x23fa 等
十进制：前面什么都不写，默认的就是十进制的表示形式

TIPS：
在进行二进制的计算的时候，有一个小的技巧：在二进制中，每向左移动一位，相当于在现有的值的基础上乘2。
例如：
0b1 = 1
0b10 = 2
0b100 = 4
0b1000 = 8

基于这一点考虑，我们在进行进制的计算的时候，可以使用拆数字的形式来完成。把一个数字拆解成2的整数次幂，方便累加。
例如：
13 = 8 + 4 + 1 = 1101
23 = 16 + 4 + 2 + 1 = 10111

进制的转换

十进制转其他进制

使用辗转相除法，用数字除进制，再用商除进制，一直累除。直到商为0结束。最后将每一步得到的余数倒着连接起来即可。
其他进制转十进制

用每一位的数字，乘进制的位数-1次方，把所有的结果累加到一起，即可得到十进制表示形式。
八进制、十六进制与二进制互相转换
- 一个八进制位可以等价替换成3个二进制位
- 一个十六进制位可以等价替换成4个二进制位

负数的表示方式

在上述的进制的表示和进制的转换中，我们完成的都是正数的表示形式。那么负数呢？

我们需要先知道一个前提：在二进制中，每一个二进制位，我们称为一个比特位，简称bit
8bit = 1Byte (字节)

再往后的单位转换，大家就清楚了：
1024Byte = 1KB
1024KB = 1MB
1024MB = 1GB
1024GB = 1TB
1024TB = 1PB
1024PB = 1EB
...

通常情况下，我们在用二进制表示一个数字的时候，会写满一个字节。如果一个字节表示不了，就用两个字节。如果两个字节表示不了，就用四个字节。如果四个字节表示不了，就用八个字节。以此类推。

因此，数字8的表示形式，就应该是0000 1000

在这种表示形式中，最左侧的一位，叫做“最高位”。而这一位不是用来表示大小的，是用来表示正负数的。如果最高位是0表示正数，如果最高位是1表示负数。

原反补

我们已经知道了负数的表示形式了，那么我们进⾏一些简单的数字的加法试试看:

18 + 12 = ?
18: 0001 0010
12: 0000 1100
和: 0001 1110 = 30

看上去挺好的，结果也都是正常的。那么，我们来做一个减法计算吧:

18 - 12 = ?
18: 0001 0010
12: 0000 1100
差: 0000 0110 = 6

看上去也挺好的，结果也都是正常的。但是，这里是有问题的。计算机其实并不会做减法计算，只会做加法计算。因此，18-12的计算过程，实际上是18+(-12)，我们再来看:

18 + (-12) = ?
18: 0001 0010
-12: 1000 1100
结果: 1001 1110 = -30 ???

结果不对了！

为什么呢？其实原因也很简单，因为符号位是不能直接参与计算的。在刚才的计算中，我们直接用符号位进行计算了，因此得到了错误的结果。

为了避免符号位直接参与计算，导致计算的结果出问题，前人继续引入了补码的概念。

实际上，在计算机中，所有的数据的存储和计算，都是以补码的形式进行的。

原码: 直接计算出来的二进制的表示形式。

反码: 正数的反码与原码相同。负数的反码为原码符号位不变，其他位按位取反。

补码: 正数的补码与原码相同。负数的补码为反码+1。

那么，我们继续使用补码来进行减法的计算。

18 + (-12)
18[补]: 0001 0010
-12[补]: 1111 0100
计算结果: 1 0000 0110

多出来一位怎么办？简单，直接舍去就行了！得到最终的结果: 0000 0110 = 6

这样，计算的结果就正常了！我们继续做12-18

12 + (-18)
12[补]: 0000 1100
-18[补]: 1110 1110
计算结果: 1111 1010

不对！结果好像是一个很大的数字？因为数据的存储和计算都是以补码的形式进行的，那么计算的结果也是一个补码。
将补码转成原码其实很简单，再对这个数字求一次补即可。
1111 1010[补] = 1000 0110 = -6

结果正常了！

3、第一个C++程序

#include <iostream>

int main() {
    std::cout << "Hello World!\n" << std::endl;
}

#include <iostream>		引用指定的库

int main() {}			主函数，程序从这里开始执行

std::cout				输出语句，将后面的内容输出到控制台

std::endl				结束输出，并冲刷缓冲区

4、注释

在开发的过程中，我们除了要写我们的程序代码之外，还有一个非常重要的组成部分是注释。很多的公司对注释都是有要求的，甚至有的公司会要求注释不少于代码。那么，什么是注释呢？？

注释其实就是程序员对某一段代码的解释、备注，这些内容是给程序员看的，这部分的内容不会被编译、运行，只是给一段代码做标注。

在C++中，注释分为两种: 单行注释，多行注释

单行注释

单行注释以两个斜线 // 开始，斜线之后的内容都是注释的内容，不会被编译。

#include <iostream>

int main() {
	// 这里就是单行注释
	// 下面这段话，可以在控制台上输出 Hello World!
	std::cout << "Hello World!\n" << std::endl;
}

多行注释

多行注释以 /* 开始，以 */ 结束，中间所有的内容都是注释的内容，不会被编译。

#include <iostream>

int main() {
	/*
	 这里的内容就是多行注释的内容
	 可以同时注释多行的内容
	*/
	std::cout << "Hello World!\n" << std::endl;
}