探索变量

前面系统地学习了变量和基础类型,这里,我们总结常用的类型和常用处理方法,就像Python中不同类型变量的魔法。

C++ 数字

通常,当我们需要用到数字时,我们会使用原始的数据类型,如 int、short、long、float 和 double 等等。这些用于数字的数据类型,其可能的值和数值范围,我们已经在 C++ 数据类型一章中讨论过。

C++ 定义数字

我们已经在之前章节的各种实例中定义过数字。下面是一个 C++ 中定义各种类型数字的综合实例:

#include <iostream>
using namespace std;

int main ()
{
// 数字定义
short s;
int i;
long l;
float f;
double d;

// 数字赋值
s = 10;
i = 1000;
l = 1000000;
f = 230.47;
d = 30949.374;

// 数字输出
cout << "short s :" << s << endl;
cout << "int i :" << i << endl;
cout << "long l :" << l << endl;
cout << "float f :" << f << endl;
cout << "double d :" << d << endl;

return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

short  s :10
int i :1000
long l :1000000
float f :230.47
double d :30949.4

C++ 数学运算

在 C++ 中,除了可以创建各种函数,还包含了各种有用的函数供您使用。这些函数写在标准 C 和 C++ 库中,叫做内置函数。您可以在程序中引用这些函数。

C++ 内置了丰富的数学函数,可对各种数字进行运算。下表列出了 C++ 中一些有用的内置的数学函数。

为了利用这些函数,您需要引用数学头文件

序号 函数 & 描述
1 double cos(double); 该函数返回弧度角(double 型)的余弦。
2 double sin(double); 该函数返回弧度角(double 型)的正弦。
3 double tan(double); 该函数返回弧度角(double 型)的正切。
4 double log(double); 该函数返回参数的自然对数。
5 double pow(double, double); 假设第一个参数为 x,第二个参数为 y,则该函数返回 x 的 y 次方。
6 double hypot(double, double); 该函数返回两个参数的平方总和的平方根,也就是说,参数为一个直角三角形的两个直角边,函数会返回斜边的长度。
7 double sqrt(double); 该函数返回参数的平方根。
8 int abs(int); 该函数返回整数的绝对值。
9 double fabs(double); 该函数返回任意一个浮点数的绝对值。
10 double floor(double); 该函数返回一个小于或等于传入参数的最大整数。

下面是一个关于数学运算的简单实例:

#include <iostream>
#include <cmath>
using namespace std;

int main ()
{
// 数字定义
short s = 10;
int i = -1000;
long l = 100000;
float f = 230.47;
double d = 200.374;

// 数学运算
cout << "sin(d) :" << sin(d) << endl;
cout << "abs(i) :" << abs(i) << endl;
cout << "floor(d) :" << floor(d) << endl;
cout << "sqrt(f) :" << sqrt(f) << endl;
cout << "pow( d, 2) :" << pow(d, 2) << endl;

return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

sin(d) :-0.634939
abs(i) :1000
floor(d) :200
sqrt(f) :15.1812
pow( d, 2 ) :40149.7

C++ 随机数

在许多情况下,需要生成随机数。关于随机数生成器,有两个相关的函数。一个是 rand(),该函数只返回一个伪随机数。生成随机数之前必须先调用 srand() 函数。

下面是一个关于生成随机数的简单实例。实例中使用了 time() 函数来获取系统时间的秒数,通过调用 rand() 函数来生成随机数:

#include <iostream>
#include <ctime>
#include <cstdlib>

using namespace std;

int main ()
{
int i,j;

// 设置种子
srand( (unsigned)time( NULL ) );

/* 生成 10 个随机数 */
for( i = 0; i < 10; i++ )
{
// 生成实际的随机数
j= rand();
cout <<"随机数: " << j << endl;
}

return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

随机数: 1748144778
随机数: 630873888
随机数: 2134540646
随机数: 219404170
随机数: 902129458
随机数: 920445370
随机数: 1319072661
随机数: 257938873
随机数: 1256201101
随机数: 580322989

C++ 字符串

C++ 提供了以下两种类型的字符串表示形式:

  • C 风格字符串
  • C++ 引入的 string 类类型

C 风格字符串

C 风格的字符串起源于 C 语言,并在 C++ 中继续得到支持。字符串实际上是使用 null 字符 ‘\0’ 终止的一维字符数组。因此,一个以 null 结尾的字符串,包含了组成字符串的字符。

下面的声明和初始化创建了一个 “Hello” 字符串。由于在数组的末尾存储了空字符,所以字符数组的大小比单词 “Hello” 的字符数多一个。

char greeting[6] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'};

依据数组初始化规则,您可以把上面的语句写成以下语句:

char greeting[] = "Hello";

以下是 C/C++ 中定义的字符串的内存表示:

C/C++ 中的字符串表示

其实,您不需要把 null 字符放在字符串常量的末尾。C++ 编译器会在初始化数组时,自动把 ‘\0’ 放在字符串的末尾。让我们尝试输出上面的字符串:

#include <iostream>

using namespace std;

int main ()
{
char greeting[6] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'};

cout << "Greeting message: ";
cout << greeting << endl;

return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

Greeting message: Hello

C++ 中有大量的函数用来操作以 null 结尾的字符串:supports a wide range of functions that manipulate null-terminated strings:

序号 函数 & 目的
1 strcpy(s1, s2); 复制字符串 s2 到字符串 s1。
2 strcat(s1, s2); 连接字符串 s2 到字符串 s1 的末尾。
3 strlen(s1); 返回字符串 s1 的长度。
4 strcmp(s1, s2); 如果 s1 和 s2 是相同的,则返回 0;如果 s1<s2 则返回值小于 0;如果 s1>s2 则返回值大于 0。
5 strchr(s1, ch); 返回一个指针,指向字符串 s1 中字符 ch 的第一次出现的位置。
6 strstr(s1, s2); 返回一个指针,指向字符串 s1 中字符串 s2 的第一次出现的位置。

下面的实例使用了上述的一些函数:

#include <iostream>
#include <cstring>

using namespace std;

int main ()
{
char str1[11] = "Hello";
char str2[11] = "World";
char str3[11];
int len ;

// 复制 str1 到 str3
strcpy( str3, str1);
cout << "strcpy( str3, str1) : " << str3 << endl;

// 连接 str1 和 str2
strcat( str1, str2);
cout << "strcat( str1, str2): " << str1 << endl;

// 连接后,str1 的总长度
len = strlen(str1);
cout << "strlen(str1) : " << len << endl;

return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

strcpy( str3, str1) : Hello
strcat( str1, str2): HelloWorld
strlen(str1) : 10

C++ 中的 String 类

C++ 标准库提供了 string 类类型,支持上述所有的操作,另外还增加了其他更多的功能。我们将学习 C++ 标准库中的这个类,现在让我们先来看看下面这个实例:

现在您可能还无法透彻地理解这个实例,因为到目前为止我们还没有讨论类和对象。所以现在您可以只是粗略地看下这个实例,等理解了面向对象的概念之后再回头来理解这个实例。

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

int main ()
{
string str1 = "Hello";
string str2 = "World";
string str3;
int len ;

// 复制 str1 到 str3
str3 = str1;
cout << "str3 : " << str3 << endl;

// 连接 str1 和 str2
str3 = str1 + str2;
cout << "str1 + str2 : " << str3 << endl;

// 连接后,str3 的总长度
len = str3.size();
cout << "str3.size() : " << len << endl;

return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

str3 : Hello
str1 + str2 : HelloWorld
str3.size() : 10

C++ 日期 & 时间

C++ 标准库没有提供所谓的日期类型。C++ 继承了 C 语言用于日期和时间操作的结构和函数。为了使用日期和时间相关的函数和结构,需要在 C++ 程序中引用 头文件。

有四个与时间相关的类型:clock_t、time_t、size_ttm。类型 clock_t、size_t 和 time_t 能够把系统时间和日期表示为某种整数。

结构类型 tm 把日期和时间以 C 结构的形式保存,tm 结构的定义如下:

struct tm { int tm_sec; // 秒,正常范围从 0 到 59,但允许至 61 int tm_min; // 分,范围从 0 到 59 int tm_hour; // 小时,范围从 0 到 23 int tm_mday; // 一月中的第几天,范围从 1 到 31 int tm_mon; // 月,范围从 0 到 11 int tm_year; // 自 1900 年起的年数 int tm_wday; // 一周中的第几天,范围从 0 到 6,从星期日算起 int tm_yday; // 一年中的第几天,范围从 0 到 365,从 1 月 1 日算起 int tm_isdst; // 夏令时 }

下面是 C/C++ 中关于日期和时间的重要函数。所有这些函数都是 C/C++ 标准库的组成部分,您可以在 C++ 标准库中查看一下各个函数的细节。

序号 函数 & 描述
1 time_t time(time_t *time); 该函数返回系统的当前日历时间,自 1970 年 1 月 1 日以来经过的秒数。如果系统没有时间,则返回 -1。
2 char *ctime(const time_t *time); 该返回一个表示当地时间的字符串指针,字符串形式 day month year hours:minutes:seconds year\n\0
3 struct tm *localtime(const time_t *time); 该函数返回一个指向表示本地时间的 tm 结构的指针。
4 clock_t clock(void); 该函数返回程序执行起(一般为程序的开头),处理器时钟所使用的时间。如果时间不可用,则返回 -1。
5 char * asctime ( const struct tm * time ); 该函数返回一个指向字符串的指针,字符串包含了 time 所指向结构中存储的信息,返回形式为:day month date hours:minutes:seconds year\n\0。
6 struct tm *gmtime(const time_t *time); 该函数返回一个指向 time 的指针,time 为 tm 结构,用协调世界时(UTC)也被称为格林尼治标准时间(GMT)表示。
7 time_t mktime(struct tm *time); 该函数返回日历时间,相当于 time 所指向结构中存储的时间。
8 double difftime ( time_t time2, time_t time1 ); 该函数返回 time1 和 time2 之间相差的秒数。
9 size_t strftime(); 该函数可用于格式化日期和时间为指定的格式。

当前日期和时间

下面的实例获取当前系统的日期和时间,包括本地时间和协调世界时(UTC)。

struct tm {
int tm_sec; // 秒,正常范围从 0 到 59,但允许至 61
int tm_min; // 分,范围从 0 到 59
int tm_hour; // 小时,范围从 0 到 23
int tm_mday; // 一月中的第几天,范围从 1 到 31
int tm_mon; // 月,范围从 0 到 11
int tm_year; // 自 1900 年起的年数
int tm_wday; // 一周中的第几天,范围从 0 到 6,从星期日算起
int tm_yday; // 一年中的第几天,范围从 0 到 365,从 1 月 1 日算起
int tm_isdst; // 夏令时
}

当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

本地日期和时间:Sat Jan  8 20:07:41 2011

UTC 日期和时间:Sun Jan 9 03:07:41 2011

使用结构 tm 格式化时间

tm 结构在 C/C++ 中处理日期和时间相关的操作时,显得尤为重要。tm 结构以 C 结构的形式保存日期和时间。大多数与时间相关的函数都使用了 tm 结构。下面的实例使用了 tm 结构和各种与日期和时间相关的函数。

在练习使用结构之前,需要对 C 结构有基本的了解,并懂得如何使用箭头 -> 运算符来访问结构成员。

#include <iostream>
#include <ctime>

using namespace std;

int main( )
{
// 基于当前系统的当前日期/时间
time_t now = time(0);

cout << "1970 到目前经过秒数:" << now << endl;

tm *ltm = localtime(&now);

// 输出 tm 结构的各个组成部分
cout << "年: "<< 1900 + ltm->tm_year << endl;
cout << "月: "<< 1 + ltm->tm_mon<< endl;
cout << "日: "<< ltm->tm_mday << endl;
cout << "时间: "<< ltm->tm_hour << ":";
cout << ltm->tm_min << ":";
cout << ltm->tm_sec << endl;
}

当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

1970 到目前时间:1503564157
年: 2017
月: 8
日: 24
时间: 16:42:37

C++ 数据结构

C/C++ 数组允许定义可存储相同类型数据项的变量,但是结构是 C++ 中另一种用户自定义的可用的数据类型,它允许您存储不同类型的数据项。

结构用于表示一条记录,假设您想要跟踪图书馆中书本的动态,您可能需要跟踪每本书的下列属性:

  • Title :标题
  • Author :作者
  • Subject :类目
  • Book ID :书的 ID

定义结构

为了定义结构,您必须使用 struct 语句。struct 语句定义了一个包含多个成员的新的数据类型,struct 语句的格式如下:

struct type_name {
member_type1 member_name1;
member_type2 member_name2;
member_type3 member_name3;
.
.
} object_names;

type_name 是结构体类型的名称,member_type1 member_name1 是标准的变量定义,比如 int i; 或者 float f; 或者其他有效的变量定义。在结构定义的末尾,最后一个分号之前,您可以指定一个或多个结构变量,这是可选的。下面是声明一个结构体类型 Books,变量为 book

struct Books
{
char title[50];
char author[50];
char subject[100];
int book_id;
} book;

访问结构成员

为了访问结构的成员,我们使用成员访问运算符(.)。成员访问运算符是结构变量名称和我们要访问的结构成员之间的一个句号。

下面的实例演示了结构的用法:

#include <iostream>
#include <cstring>

using namespace std;

// 声明一个结构体类型 Books
struct Books
{
char title[50];
char author[50];
char subject[100];
int book_id;
};

int main( )
{
Books Book1; // 定义结构体类型 Books 的变量 Book1
Books Book2; // 定义结构体类型 Books 的变量 Book2

// Book1 详述
strcpy( Book1.title, "C++ 教程");
strcpy( Book1.author, "Runoob");
strcpy( Book1.subject, "编程语言");
Book1.book_id = 12345;

// Book2 详述
strcpy( Book2.title, "CSS 教程");
strcpy( Book2.author, "Runoob");
strcpy( Book2.subject, "前端技术");
Book2.book_id = 12346;

// 输出 Book1 信息
cout << "第一本书标题 : " << Book1.title <<endl;
cout << "第一本书作者 : " << Book1.author <<endl;
cout << "第一本书类目 : " << Book1.subject <<endl;
cout << "第一本书 ID : " << Book1.book_id <<endl;

// 输出 Book2 信息
cout << "第二本书标题 : " << Book2.title <<endl;
cout << "第二本书作者 : " << Book2.author <<endl;
cout << "第二本书类目 : " << Book2.subject <<endl;
cout << "第二本书 ID : " << Book2.book_id <<endl;

return 0;
}

#include #include using namespace std; // 声明一个结构体类型 Books struct Books { char title[50]; char author[50]; char subject[100]; int book_id; }; int main( ) { Books Book1; // 定义结构体类型 Books 的变量 Book1 Books Book2; // 定义结构体类型 Books 的变量 Book2 // Book1 详述 strcpy( Book1.title, “C++ 教程”); strcpy( Book1.author, “Runoob”); strcpy( Book1.subject, “编程语言”); Book1.book_id = 12345; // Book2 详述 strcpy( Book2.title, “CSS 教程”); strcpy( Book2.author, “Runoob”); strcpy( Book2.subject, “前端技术”); Book2.book_id = 12346; // 输出 Book1 信息 cout << “第一本书标题 : “ << Book1.title <<endl; cout << “第一本书作者 : “ << Book1.author <<endl; cout << “第一本书类目 : “ << Book1.subject <<endl; cout << “第一本书 ID : “ << Book1.book_id <<endl; // 输出 Book2 信息 cout << “第二本书标题 : “ << Book2.title <<endl; cout << “第二本书作者 : “ << Book2.author <<endl; cout << “第二本书类目 : “ << Book2.subject <<endl; cout << “第二本书 ID : “ << Book2.book_id <<endl; return 0; }

实例中定义了结构体类型 Books 及其两个变量 Book1 和 Book2。当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

第一本书标题 : C++ 教程
第一本书作者 : Runoob
第一本书类目 : 编程语言
第一本书 ID : 12345
第二本书标题 : CSS 教程
第二本书作者 : Runoob
第二本书类目 : 前端技术
第二本书 ID : 12346

结构作为函数参数

您可以把结构作为函数参数,传参方式与其他类型的变量或指针类似。您可以使用上面实例中的方式来访问结构变量:

实例

#include #include using namespace std; void printBook( struct Books book ); // 声明一个结构体类型 Books struct Books { char title[50]; char author[50]; char subject[100]; int book_id; }; int main( ) { Books Book1; // 定义结构体类型 Books 的变量 Book1 Books Book2; // 定义结构体类型 Books 的变量 Book2 // Book1 详述 strcpy( Book1.title, “C++ 教程”); strcpy( Book1.author, “Runoob”); strcpy( Book1.subject, “编程语言”); Book1.book_id = 12345; // Book2 详述 strcpy( Book2.title, “CSS 教程”); strcpy( Book2.author, “Runoob”); strcpy( Book2.subject, “前端技术”); Book2.book_id = 12346; // 输出 Book1 信息 printBook( Book1 ); // 输出 Book2 信息 printBook( Book2 ); return 0; } void printBook( struct Books book ) { cout << “书标题 : “ << book.title <<endl; cout << “书作者 : “ << book.author <<endl; cout << “书类目 : “ << book.subject <<endl; cout << “书 ID : “ << book.book_id <<endl; }

当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

书标题 : C++ 教程
书作者 : Runoob
书类目 : 编程语言
书 ID : 12345
书标题 : CSS 教程
书作者 : Runoob
书类目 : 前端技术
书 ID : 12346

指向结构的指针

您可以定义指向结构的指针,方式与定义指向其他类型变量的指针相似,如下所示:

struct Books *struct_pointer;

现在,您可以在上述定义的指针变量中存储结构变量的地址。为了查找结构变量的地址,请把 & 运算符放在结构名称的前面,如下所示:

struct_pointer = &Book1;

为了使用指向该结构的指针访问结构的成员,您必须使用 -> 运算符,如下所示:

struct_pointer->title;

让我们使用结构指针来重写上面的实例,这将有助于您理解结构指针的概念:

#include <iostream>
#include <cstring>

using namespace std;
void printBook( struct Books book );

// 声明一个结构体类型 Books
struct Books
{
char title[50];
char author[50];
char subject[100];
int book_id;
};

int main( )
{
Books Book1; // 定义结构体类型 Books 的变量 Book1
Books Book2; // 定义结构体类型 Books 的变量 Book2

// Book1 详述
strcpy( Book1.title, "C++ 教程");
strcpy( Book1.author, "Runoob");
strcpy( Book1.subject, "编程语言");
Book1.book_id = 12345;

// Book2 详述
strcpy( Book2.title, "CSS 教程");
strcpy( Book2.author, "Runoob");
strcpy( Book2.subject, "前端技术");
Book2.book_id = 12346;

// 输出 Book1 信息
printBook( Book1 );

// 输出 Book2 信息
printBook( Book2 );

return 0;
}
void printBook( struct Books book )
{
cout << "书标题 : " << book.title <<endl;
cout << "书作者 : " << book.author <<endl;
cout << "书类目 : " << book.subject <<endl;
cout << "书 ID : " << book.book_id <<endl;
}

当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

书标题  : C++ 教程
书作者 : Runoob
书类目 : 编程语言
书 ID : 12345
书标题 : CSS 教程
书作者 : Runoob
书类目 : 前端技术
书 ID : 12346

typedef 关键字

下面是一种更简单的定义结构的方式,您可以为创建的类型取一个”别名”。例如:

typedef struct Books
{
char title[50];
char author[50];
char subject[100];
int book_id;
}Books;

现在,您可以直接使用 Books 来定义 Books 类型的变量,而不需要使用 struct 关键字。下面是实例:

Books Book1, Book2;

您可以使用 typedef 关键字来定义非结构类型,如下所示:

typedef long int *pint32;

pint32 x, y, z;

x, y 和 z 都是指向长整型 long int 的指针。