学而时习之：C++语言基础了解

C++ 简介

C++ 是一种通用编程语言，由 Bjarne Stroustrup 在 C 语言基础上改进而来，旨在引入面向对象编程范式。C++ 的主要特点如下：

1. 简洁：程序可拆分为逻辑单元与模块，配套丰富的标准库和多样的数据类型。
2. 机器无关：只要有合适的编译器，同一份 C++ 代码可在任意机器上运行。
3. 底层访问：可直接操作系统资源，非常适合系统级编程与高效代码编写。
4. 执行速度快：几乎没有额外运行时开销，是运行最快的高级语言之一。
5. 面向对象：相对 C 的最大优势，支持封装、继承、多态，使程序更易维护、扩展，适合构建大型应用。

C++ 程序结构
基本结构规定了代码的书写顺序，否则会导致编译错误。一个标准 C++ 程序通常包含：

C++ 的历史

C++ 是一种面向对象的中间层编程语言，由 Bjarne Stroustrup 于 1979 年在贝尔实验室开发。最初命名为 “C with Classes”，1983 年更名为 C++。它在 C 语言的基础上扩展了类、继承和类型检查等特性，以支持面向对象编程。随着时间推移，C++ 经历了多个标准版本的演进，包括 C++98(c++03)、C++11、C++17、C++20，以及最新的 C++23，不断引入现代特性以提升性能与安全性。如今，C++ 仍广泛应用于系统软件、游戏引擎、竞赛编程和高性能应用程序中。

C++ 变量类型

C++ 变量声明 与 初始化

变量的内存管理
当我们“创建”或“声明”一个变量时，编译器会替它划出一块固定大小的内存，但这块内存的初始内容通常是“垃圾值”（随机数据）。
初始化（使用赋值号 = 或其它方式）才会把有意义的数据写进这块空间。
变量名本质上就是这块内存的“人话入口”，我们通过名字去读写对应地址里的数据。

int num;  //声明 或 创建
num = 3;  //初始化变量

float fnum = 6.57; //一步到位，声明+初始化

C++ 关键字的分类

下面给出一张“一体化速查表”——把 C++98/03 → C++23 出现的所有保留关键字，按「功能类别→出现标准」两级分组，并在同一格内给出「作用一句话」。
（空白格表示该关键字在该标准尚未出现；● 表示首次出现；○ 表示已存在。）

功能类别	关键字	C++98	C++11	C++14	C++17	C++20	C++23
基础类型	void	无类型／无返回值	○	○	○	○	○
	bool	布尔类型，取 true/false	○	○	○	○	○
	char	单字节字符	○	○	○	○	○
	wchar_t	宽字符	○	○	○	○	○
	char16_t	UTF-16 字符	●	○	○	○	○
	char8_t	UTF-8 字符				●	○
	char32_t	UTF-32 字符	●	○	○	○	○
	short	短整型	○	○	○	○	○
	int	整型	○	○	○	○	○
	long	长整型	○	○	○	○	○
	signed	有符号修饰	○	○	○	○	○
	unsigned	无符号修饰	○	○	○	○	○
	float	单精度浮点	○	○	○	○	○
	double	双精度浮点	○	○	○	○	○
类型推导/别名	auto	让编译器推导类型（C++11 起彻底改变语义）	●	○	○	○	○
	decltype	取表达式类型	●	○	○	○	○
	typedef	给类型起“旧式”别名	○	○	○	○	○
	using	起别名／引入命名空间	○	○	○	○	○
常量/编译期	const	只读常量	○	○	○	○	○
	constexpr	编译期可计算	●	○	○	○	○
	consteval	必为编译期求值的“立即函数”				●	○
	constinit	强制“静态初始化”用常量表达式				●	○
	nullptr	类型安全的空指针字面量	●	○	○	○	○
	true/false	布尔字面量	○	○	○	○	○
存储期/链接	static	静态存储／内部链接	○	○	○	○	○
	extern	外部链接声明	○	○	○	○	○
	register	建议放寄存器（已废弃语义）	○	○	○	○	○
	thread_local	每线程一份独立存储	●	○	○	○	○
	volatile	禁止优化，每次真正读写内存	○	○	○	○	○
对齐/大小	alignas	指定对齐要求	●	○	○	○	○
	alignof	查询对齐值	●	○	○	○	○
	sizeof	查询字节大小	○	○	○	○	○
控制流	if/else	条件分支	○	○	○	○	○
	switch/case/default	多路分支	○	○	○	○	○
	for/while/do	循环	○	○	○	○	○
	break/continue	跳出／下次循环	○	○	○	○	○
	goto	无条件跳转	○	○	○	○	○
编译期 if	if constexpr	编译期条件丢弃分支			●	○	○
返回/跳转	return	函数返回	○	○	○	○	○
协程	co_await	挂起协程等待可等待对象				●	○
	co_yield	协程“生成”一个值并挂起				●	○
	co_return	协程返回并终止				●	○
异常	try/catch/throw	捕获／抛出异常	○	○	○	○	○
	noexcept	标记函数是否可能抛异常	●	○	○	○	○
转换/RTTI	static_cast	编译期安全转换	○	○	○	○	○
	dynamic_cast	运行时多态转换	○	○	○	○	○
	const_cast	增删 const 限定	○	○	○	○	○
	reinterpret_cast	低级别重解释转换	○	○	○	○	○
	typeid	获取运行时类型信息	○	○	○	○	○
内存管理	new/delete	动态分配／释放	○	○	○	○	○
类/结构/联合	class	定义类（默认私有）	○	○	○	○	○
	struct	定义结构体（默认公有）	○	○	○	○	○
	union	定义联合（成员重叠存储）	○	○	○	○	○
	enum	定义枚举	○	○	○	○	○
访问限定	public/protected/private	访问级别	○	○	○	○	○
友元	friend	授权外部函数/类访问私有成员	○	○	○	○	○
this	this	指向当前对象的指针	○	○	○	○	○
虚函数/多态	virtual	声明虚函数	○	○	○	○	○
	override	显式标记“重写”虚函数		●	○	○	○
	final	禁止派生或进一步重写		●	○	○	○
函数修饰	inline	建议内联展开；C++17 起允许多定义	○	○	●	○	○
	explicit	禁止单参构造函数隐式转换	○	○	○	○	○
运算符重载	operator	重载运算符函数名	○	○	○	○	○
模板/泛型	template	定义函数/类模板	○	○	○	○	○
	typename	模板中声明类型参数	○	○	○	○	○
概念	concept	具名模板约束				●	○
	requires	匿名/局部约束表达式				●	○
断言	static_assert	编译期断言	●	○	○	○	○
命名空间	namespace	定义/打开命名空间	○	○	○	○	○
模块	module	声明当前翻译单元为模块					●
	import	导入模块或模块分区					●
反射	reflexpr	编译期获取程序元素元数据（TS 实验）					●
同步	sync	暂定关键字，用于并发同步语义（尚未最终定案）					（保留位）
内联汇编	asm	直接插入汇编指令	○	○	○	○	○
位运算符拼写	and/or/not/bitand/bitor/xor…	可读性替代 && `		! &	^` 等	○	○	○	○	○

C++ 基本输入/输出

在 C++ 中，数据的读写通过“流”（stream）完成，流就是字节序列。

• 输入流：数据从设备（如键盘）流向计算机内存。
• 输出流：数据从内存流向输出设备（如cmd控制台，打印机，手机屏幕，电脑屏幕等）。

这些流由头文件 <iostream> 提供。
最常用的流对象：

• cin：用于输入
• cout：用于输出

标准输出流 - cout

cout 是 ostream 类的实例，负责把结果显示到屏幕。
数据通过“插入运算符” << 送给 cout。

示例代码：

#include <iostream>
using namespace std;

int main(){
    // 用 cout 打印指定文本
    cout << "GeeksforGeeks";
    
    return 0;
}

运行结果：

GeeksforGeeks

标准输入流 - cin

cin 是 istream 类的实例，用于从键盘读取输入。
通过提取运算符 >> 把数据从输入流读进变量。

示例代码：

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    int age;

    // 从用户获取输入并保存到变量
    cin >> age;

    // 输出刚才输入的年龄
    cout << "Your age is: " << age;

    return 0;
}

运行结果（用户键入 18 后按回车）：

18
Your age is: 18

无缓冲标准错误流 — cerr

cerr 是用于输出错误信息的标准错误流，也是 ostream 类的实例。
它会立即把消息显示出来，不等待缓冲区刷新（即无缓冲输出）。
适合把错误或警告与正常程序输出（cout）分开展示。

与 cout 的区别：

• cout 可能会因缓冲而延迟显示；
• cerr 保证错误信息瞬间可见；
• 如果把程序输出重定向到文件，cerr 的内容不会进入该文件，而是直接打印到屏幕——这就是“无缓冲”的含义。

示例代码：

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    cerr << "An error occurred";
    return 0;
}

运行结果（立即出现在屏幕）：

An error occurred

带缓冲的标准错误流 — clog

clog 是用于记录日志信息的标准日志流，同样属于 ostream 类。
与 cerr 不同，clog 先把消息存进缓冲区，等到缓冲区满或手动 flush() 时才真正输出——这就是**“带缓冲”的含义。
适合用来记录运行日志，这些信息不需要立刻**出现在屏幕上。

与 cerr 对比：

• cerr 无缓冲，立即可见；
• clog 有缓冲，可能延迟显示，性能略好。

示例代码：

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    clog << "An error occurred";
    return 0;
}

运行结果（可能稍后才出现或需手动刷新）：

An error occurred