【C++探索之旅】第一部分第五課：簡易計算器

內容簡介

1、第一部分第五課：簡易計算器

2、第一部分第六課預告：控制流程，隨心所至

簡易計算器

上一課《【C++探索之旅】第一部分第四課：內存，變量和引用》中，我們已經學習了挺重要的內存的概念，變量的知識，對引用這個C++中常用的技術也有了初步的了解。

我們在上一課開頭處用一個小小計算器的存儲技術引出內存的概念。其實我們的電腦兄也是一個計算器，只不過高端大氣上檔次了很多，不然怎么會被稱為 computer呢？英語中compute這個詞，正是《計算》的意思，而加上r就構成了名詞。computer就是“計算機”。（復論學好英語對編程的 幫助）。

所以，電腦不僅能儲存數據，還能進行很復雜的計算。

這一課我們就來聊聊計算。

請求用戶輸入信息

上一課中，我們學習了如何在控制臺（console）中顯示變量的值。現在我們來做相反的事情：請求用戶為我們的程序提供輸入，以存儲到內存中。

從控制臺讀數據

也許你也注意到了（如果現在才注意到，是不是有點后知后覺？哈哈），C++用了很多英語的單詞。應該說基本所有的編程語言都使用了很多英語單詞，所以英語很重要。

有些編程你不需要用到太多高深的數學知識，但是英語卻是天天見啊，大寶還不一定天天見呢~

比如我們的輸出流cout，就是由c和out組成，是console out的意思，console表示“控制臺”，out表示“向外，出去”。表示輸出到控制臺。是標準輸出流。因此我們用cout從程序向控制臺輸出數據。

而與它相對應的就是cin啦，是console in的意思，in表示“向內，進來”。表示從控制臺讀入。因此我們用cin從控制臺讀入數據。

與cout配合，我們需要一個運算符 <<

與cin配合，我們需要一個運算符 >>

至于cin和cout，<<和>>究竟原理如何，等以后學了類和對象我們再說。目前只需要知道怎么使用即可。

我們來看一個例子：

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    cout << "您幾歲了 ?" << endl;
    int userAge(0);  // 我們在內存中申請一個整型變量（初始值為0），以存放我們的年齡數值
    
    cin >> userAge; // 我們請求用戶輸入數據，賦值給userAge變量
    cout << "您已經" << userAge<< "歲了" <<  endl; // 顯示變量值
    return 0;
}

運行，輸出如下：

您幾歲了 ?

28

您已經28歲了

原理解析

那么上面的程序中究竟發生了什么呢？

首先，程序顯示"您幾歲了 ?"這一段信息，至此并沒有什么特別。然后，在第8行，程序向操作系統請求在內存中為其分配一塊區域（好比上一課說的一個抽屜），用于存放一個int類型的變量，名稱是userAge（抽屜的標簽），并在抽屜里存放入一個初始值0。

接著，就有新知識點了。我們可以看到控制臺里輸出"您幾歲了 ?"之后，換了一行（主要是endl的作用，endl是end line的縮寫，表示"結束行"，所以自然要換行啦），然后出現了一個閃爍的光標，等待用戶輸入。

用戶輸入數值以后（例如28），程序就把這個數值賦給userAge，代替原先的0。最后再把變量的值輸出。

巧記 >>和<<

初學C++，我們容易搞混<<和>>的用法，到底哪一個是和cout（標準輸出）配合，哪一個和cin（標準輸入）配合呢？

不用擔心，你不是一個人，很多人也經常記不清楚。

那么如何記住這兩個運算符呢？

其實很簡單：

我們還是用userAge這個變量來舉例。

cout << userAge
cin >> userAge

你看不管怎樣，userAge，也就是內存中的變量，總是位于運算符右邊，而cout和cin總是位于運算符左邊。

那么 << 就是從內存中取出變量的值，給cout使用，使其能夠將變量的值顯示到控制臺，因此 << 的流向是從內存到cout。

而 >> 就是將cin獲取的用戶輸入控制臺的數值賦給變量，因此 >> 的流向是從cin到內存。

當然，我們可以配合圖示來記憶，你就永遠不會搞錯啦：

如果以后你還會搞錯，不要跟別人說你是看謝什么恩銘的文章學的。開個玩笑~

其他變量

當然了，上面提到的知識點，也可用于其他變量類型，例如：

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

int main()
{    
    cout << "您叫什么?" << endl;
    string userName("無名氏"); // 在內存中申請一個string類型的抽屜
    
    cin >> userName; // 將用戶輸入的數據賦值給userName   
     
    cout << "PI的值是多少?" << endl;    
    
    double piValue(-1.); // 在內存中申請一個double類型的抽屜
    
    cin >> piValue; // 將用戶輸入的數據賦值給piValue
    cout << "您叫" << userName<< " ，您認為PI的值是" << piValue << endl;    
    return 0;
}

這次我想不需要給出什么解釋了吧，自己運行此程序試試吧。

空格的問題

測試下上面的程序，是不是發現有點小問題？

假如我們如下運行：

您叫什么?

Isaac Newton

PI的值是多少?

您叫Isaac，您認為PI的值是0

很奇怪是嗎？程序并沒有請求我們輸入PI的值，而是將PI的值改為了0。而且Newton不見了。哦，no，牛頓不見了，咋辦？小蘋果都不知道該往誰頭上掉了（小編你可以了...）

要說原因，這是空格的問題。當用戶按下回車時，程序會把用戶輸入在控制臺的數據拷貝到內存的"抽屜"中，但是它會在第一個空格或回車符處停住。當用戶輸入的是數值時，并沒有問題，因為數值里沒有空格。

但是當輸入的是字符串（string）時，可能會有空格。這樣，電腦就會在第一個單詞結尾處截斷，畢竟電腦也是挺呆萌的。這樣，在上例中，程序就會以為Newton是PI的值。

所以，我們須要截取所有一整行，而不是第一個單詞。那就要用到getline函數了。

我們將 cin >> userName 用getline函數替換，如下：

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

int main()
{    
    cout << "您叫什么?" << endl;    
    string userName("無名氏"); // 在內存中申請一個string類型的抽屜
    
    getline(cin, userName); // 將用戶輸入的整一行放入userName這個抽屜
    
    cout << "PI的值是多少?" << endl;
    double piValue(-1.); // 在內存中申請一個double類型的抽屜
    
    cin >> piValue; // 將用戶輸入的數據賦值給piValue
    cout << "您叫 " << userName<< " ，您認為PI的值是 " << piValue << endl;
    
    return 0;
}

我們看到cin和userName還是在那里，只不過這次它們是作為getline的參數被使用了。

這次，運行程序后，就沒有問題了：

您叫什么?

Isaac Newton

PI的值是多少?

3.14

您叫Isaac Newton, 您認為PI的值是3.14

首先請求PI的值

假如我么首先使用cin >> 然后才使用getline呢？比如我們先請求用戶輸入PI的值，然后再請求用戶輸入名字。

你會發現程序又出問題了。程序并沒有向用戶請求輸入名字，而且輸出了隨便什么東西。

為了解決這個問題，我們須要在cin >>之后使用cin.ignore()

如下所示：

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

int main()
{     
    cout << "PI的值是多少?" << endl;
    double piValue(-1.); // 在內存中申請一個double類型的抽屜
    
    cin >> piValue; // 將用戶輸入的數據賦值給piValue
    
    cin.ignore();
 
    cout << "您叫什么?" << endl;
    string userName("無名氏"); // 在內存中申請一個string類型的抽屜
    
    getline(cin, userName); // 將用戶輸入的整一行放入userName這個抽屜
    
    cout << "您叫 " << userName<< " ，您認為PI的值是 " << piValue << endl; 
    
    return 0;
}

如果我們混合使用>>和getline，記得須要在cin >> 語句之后用cin.ignore()。這是一個規則，要記住。

改變變量的值

要進行運算，我們離不開變量。

首先，我們來看看如何改變變量的值吧。我們用=（等號）來進行數值的改變。假設我有一個int型的變量，我想要改變它的值，我首先寫這個int型變量的名稱，后面跟一個=號，再接新的數值。這就是變量的賦值。例如：

int number(0); // 在內存中申請一個抽屜，存放一個int類型變量，叫number，初始值為0
number = 5; // 將number的值改為5

我們也可以直接把一個變量的值賦給另一個變量：

int a(4), b(5); // 定義兩個變量
a = b; // 將變量b的值賦給a

上面兩句程序做了什么呢？

首先，我們定義了兩個int變量，分別取名為a和b，也就是在內存中申請了兩個抽屜，初始值分別是4和5。

接著 a = b; 這句話將b的值賦給a，也就是用5代替了a原先的值4，如下圖所示：

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    int a(4), b(5); // 定義兩個變量
    cout << "a的值是 : " << a << "， b的值是 : " << b << endl;
    cout << "賦值!" << endl;
    a = b; // 將b的值賦給a
    cout << "a的值是 : " << a << "， b的值是 : " << b << endl;
    return 0;
}

運行，輸出：

a的值是 : 4， b的值是 : 5

賦值!

a的值是 : 5， b的值是 : 5

b的值并沒有改變，在賦值時，只有等號左邊的值（稱為左值）會改變，等號右邊的值（右值）不會改變。這也不是說賦值運算中的這兩個變量是一樣的，只是它們的值相等而已。

這是個好的開始，但是要稱得上一個最基本的計算器，我們還缺點什么。是的，缺運算符。

最基礎的計算器

我們從最基本的運算符開始介紹，首先是加法運算符：+

例如：

#include <iostream>
using namespace std;
int main()  
{
  int result(0), a(5), b(8);
  result = a + b;
  cout << "5 + 8 = " << result<< endl;
  return 0;
}

運行，輸出：

5 + 8 = 13

給出基礎的運算符的表：

上表中前面四個運算符都好理解，但是最后一個"取模"是什么意思呢？小學數學老師好像沒有教我啊。

取模就是除法運算的延伸。因為例如整數除法，我們有除不盡的時候，就會多出點"邊角料"，這個邊角料就是模了，其實就是余數。

因此，假如 13 / 4 等于 3 余 1 （因為 3 乘以4，再加1等于13）

那么1就是13 / 4 的模。

13 % 4 就等于1

有了這么多運算符，我們就可以組合出復雜一些的運算啦，例如：

result = ((a+b) * c ) - d;

常變量

這標題有點奇怪，不是嗎？

什么叫常變量？要么常量，要么變量。

好吧，常變量就是不能改變的變量。

要聲明常變量，我們使用const關鍵字。const是constant的縮寫，表示"恒定的"。用const聲明的變量不可在之后的程序中被更改，不然程序運行會報錯。

只 要適合用const的地方，都盡量用const。因為我們不但可以避免一些程序的錯誤（比如防止修改我們不想要其值改變的變量），而且const變量使得 編譯器更加有效率（因為const變量，編譯器之后就不會再去檢查它的值有沒有被改變了，不會再去重復取它的值，因為知道其值不能被改變）。

const用法如下：

string const password("wAsTZsaswQ"); // 密碼
double const pi(3.14); // PI的值
unsigned int const maxLifePoint(100); // 生命值的最大取值

下一課中，我們還會再聊const這個關鍵字。

縮略形式

程序員是很勤勞的，但是他們又是很會偷懶的。

會偷懶和偷懶不一樣，偷懶是貶義，會偷懶是褒義。會偷懶是指我們如果可以用更簡便的方法來完成某事，盡量不用原先復雜冗余的形式。因為這樣可以節省開銷，降低程序復雜度。

我們就來看看幾個運算符的縮略形式吧。

在編程中，很多時候，我們需要將變量進行減1的運算，或者加1的運算。一般我們會這樣寫：

int a(4);
a = a + 1; // 使a增加1

但是不覺得 a = a + 1; 寫起來有點重復嗎？寫了兩次a誒，不能忍啊。

因此我們可以用自增運算符來完成同樣的操作。

自增運算

自增運算符是++

也就是在變量名后跟++

例如：

int a(4);
a++;
cout << "a的值是 : " << a << endl;

運行，輸出：

a的值是 : 5

自減運算

自減運算就是將變量的值減1啦。

int a(4);
a--;

之后a的值變為3。

自增運算符和自減運算符，有不同的擺放位置，不一定放在變量名后面，也可以放在變量名前面。作用有所不同。

a++; // 先使用a的值，再對a進行加1操作
++a; // 先對a進行加1操作，再使用a的值

例如：

int b(0), a(2);
b = a++; 
cout << "a的值是 : " << a << " , b的值是 : " << b << endl;
b = ++a;
cout << "a的值是 : " << a << " , b的值是 : " << b << endl;

運行，輸出：

a的值是 : 3 , b的值是 : 2

a的值是 : 4 , b的值是 : 4

為什么呢？

因為第一次的時候，我們使用 b = a++; 是先將a的值賦給b，然后再對a進行加1操作。這句結束后，a的值變為3，b的值是2

接著，我們使用b = ++a; 是先將a的值加1，再將a的值賦給b。所以a的值首先變為4，再賦值給b，因此b的值為4。

要記憶也很容易，假如是a++的形式，由于變量名在左邊，所以先使用變量，再進行之后的++操作；假如是++a的形式，由于++符號在先，因此先進行自增操作，再使用變量。

其他運算符

其他運算符就是基礎運算符（加，減，乘，除，取模）與等號的結合使用了：

+=, -=, *=, /= et %=

例如：

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
   double number(5.3);
   number += 4.2;       // number現在等于 9.5
   number *= 2.;        // number現在等于 19
   number -= 1.;        // number現在等于 18
   number /= 3.;        // number現在等于 6
   return 0;
}

更多數學運算

也許你覺得不夠過癮，畢竟我們只是做了一些很基礎的運算。

那么如果你要進行比如開平方根這樣的運算，該如何做呢？

我們需要引入一個C++的標準庫：數學庫，是cmath

#include <cmath>

在這個頭文件里，包含了很多數學計算相關的函數。如下表（沒有列全）：

總結

1. 為了請求用戶輸入數據，我們使用如下格式：cin >> variable，之后用戶輸入的數據就儲存在variable變量中。

2. 不要搞混了標準輸入和標準輸出運算符的方向：cin >> 是標準輸入，cout <<是標準輸出。

3. 在C++中，我們可以做很多基本的運算：加，減，乘，除，等等。例如：result = a +ｂ

4. const變量是一旦定義就不能修改其值的變量（記得，不是常量）。我們用關鍵字const來聲明。

5. 為了一個變量能夠進行加一運算，我們可以用自增運算符++，variable++。還有一個自減運算符--，variable--，進行減一運算。

6. 如果你要進行更復雜的數學運算，例如計算平方根，那么需要引入C++的標準數學庫，就是cmath。使用方法： #include <cmath> 之后你就可以用標準數學庫中的各種函數了，例如計算平方根：result = sqrt(100);
   

第一部分第六課預告

今天的課就到這里，一起加油吧！

下一課我們學習：控制流程，隨心所至