Lecture1 2[基本语法-函数]

2023-05-16

文章目录

第一部分 c++基础
Lecture1 基础
- 介绍部分
- 第一个代码及语法基础
- - 1 C++的注释
  - 2 C++中的 main() 函数
  - 3 C++ 的基本 syntax
  - - c++ 中的变量和类型：
    - c++ 中的计算优先顺序 Operator Precedence
    - c++ 中的布尔表达式
    - c++ 中的 control flow
    - - 1 条件语句 if
      - 2 for 循环
      - 3 while loops
      - 小练习：
  - 4 C++ include 头文件初步
  - 5 `namespace` 和 `using`
  - 6 用户输入和输出 User Input and Output
  - - 1 在终端输出 console output： `cout << << endl;`
    - 2 从终端输入: `cin >>`
    - 3 解决 `cin <<` 方法的局限性：使用 stanford 标准库
Lecture 2 函数
- 函数模板（function prototype）
- 函数：c++内置数学函数
- 函数：默认参数
- 函数：参数 value semantics
- 函数：reference semantics
- - 我们什么时候使用 reference 声明变量
  - 我们什么时候不使用 reference 声明变量
- 实例

课程网站：https://web.stanford.edu/class/archive/cs/cs106b/cs106b.1208/schedule

说明：可以在下面的网站找到一些doc文件 http://cs106b.stanford.edu 2020

第一部分 c++基础

课件是官网上的，但是看的视频是bilibili上的18年的

同步测试

Lecture1 基础

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-RmVPyhxp-1610276594369)(https://i.loli.net/2020/07/04/uwa2vRqcVrdWnTZ.png)]

介绍部分

c++是编译型语言(compiled vs interpreted)：这意味着运行c++程序之前必须编译成机器码

介绍：安装 Qt Creator

[Qt 安装]https://web.stanford.edu/class/cs106b/qt/

在每次作业都会给出 Qt Creator starter project files

介绍：课程安排

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-AaNbIcug-1610276594371)(https://i.loli.net/2020/06/28/xRoh82NvTSHAkYX.png)]

第一个代码及语法基础

打开第一课的 HelloWorld.pro

/*
* hello.cpp
* This program prints a welcome message to the user.
*/
#include <iostream>
using namespace std;

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

学习：

comment 的方法
#include 导入一些库
将这个文件保存为后缀为 .cpp 的文件

1 C++的注释

单行注释
多行注释

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-4HtPvZNA-1610276594372)(https://i.loli.net/2021/01/04/LiTvloVScGtZdNF.png)]

c++ 的源代码(source code) 放在 .cpp 文件夹，额外的声明文件可以放在 .h文件中
源代码被编译成 binary object .o 文件
与Java不同，c++可执行文件是 platform-dependent

我们也可以简单比较以下C++和Python程序的区别：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-tvNY8NjG-1610276594375)(https://i.loli.net/2020/07/04/YXncOxA57VKjpst.png)]

2 C++中的 main() 函数

main() 函数一般来说是一个程序的起点，
main() 函数返回一个正数给操作系统：0 代表成功，非0代表失败

3 C++ 的基本 syntax

c++ 中的变量和类型：

使用一个变量之前必须声明它的类型

int x = 42 + 7 * -5;
double po = 3.14159;
char c = 'Q';
bool b = true;

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-DjwfaMtt-1610276594377)(https://i.loli.net/2021/01/04/BCJWbXuirFkgYwf.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ukozqYvW-1610276594378)(https://i.loli.net/2021/01/04/lumQ72dRsJpvqLH.png)]

c++ 中的计算优先顺序 Operator Precedence

https://en.cppreference.com/w/cpp/language/operator_precedence

c++ 中的布尔表达式

c++ 中的 control flow

1 条件语句 if

2 for 循环

initializationStatement: 初始化一个变量。eg int i = 0
testExpression: 首先对 testExpression 求值，然后在每次运行循环后求此表达式，如果为 true，则循环继续进行下一次迭代, e.g i < 3
updateStatement: updateStatement 发生在每个循环之后，``testExpression计算之前 e.gi++`

for (int i = 0; i < 10; i++){
    if (i % 2 == 0){
        x += i;
    }
}

补充：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-WnJlLxf9-1610276594383)(https://i.loli.net/2020/07/05/rXYeLbounCHtQcq.png)]

第三点如果没有写 increment 则 i 会一直为0（如果初始化 int i =0 的话）

for 循环的第二种写法

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-C0a8SPT1-1610276594383)(https://i.loli.net/2020/07/05/g8cqlBWhwxsHNI2.png)]

注变量的类型根据范围内的类型来定或者使用 auto
注意如果对list中的元素进行改变，变量使用reference的类型

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-GW0w3i6d-1610276594384)(https://i.loli.net/2020/07/05/LMYyONRqE321nHx.png)]

3 while loops

while (x > 0 && c == 'Q' || b){
    x = x / 2;
    if (x == 42){
        return 0;
    }
}

小练习：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-dQLo1YMe-1610276594385)(https://i.loli.net/2021/01/04/wQrhZz2odgil1PS.png)]

#inclued <iostream>
using namespace std;

int main(){
    /* TODO */
    for (int i = 10; i > 0 ; i--){
        cout << i << endl;
    }
    cout << "Liftoff" << endl;
}

4 C++ include 头文件初步

<> 来表示包含C++系统自带的头文件
“.h” 表示包含本地头文件（注意使用双引号）

5 `namespace` 和 `using`

命名空间（namespace）是指范围标识符（scope identifiers ）：
- 帮助避免使用相同名字的项的冲突
- c++控制台的 I/O对象的命名空间是 std
在代码中使用例如：using namespace std – 在全局范围内使用
namespace::identifier：若没有 using 声明，你通过 precede 这个 symbol with 它的 namespace 名即 :: 符号，可以 access 一个 namespace 的 symbols

6 用户输入和输出 User Input and Output

1 在终端输出 console output： `cout << << endl;`

endl 表示 end of line
类似 \n : 问题是如果我想换行应该怎么做？

写了 endl 不写分号继续使用 << 即可

注意没有 endl 的情况。

2 从终端输入: `cin >>`

不鼓励这种方式读取输入

cin << 从终端读取用户输入存在的问题，如图所示：

只能一次读取一个word
如果输入的不是一个 int 而是一串字符串会怎么样呢？
如果输入的不是 int 类型而是浮点数类型会怎样？

3 解决 `cin <<` 方法的局限性：使用 stanford 标准库

我们建议使用另一种方法 reading user input：使用 Standford library 的一个函数：getLine()

getLine() 函数接收一个参数，该参数是显示给用户的提示. 用户按下 “ Enter / Return” 键提交答案后，该函数将返回用户在控制台中键入的值，其他读取用户输入的函数：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-oed62n4M-1610276594386)(https://i.loli.net/2020/06/28/ASBHReD5WKp1nri.png)]

使用表格解释下：

请在程序前包含头文件（第三方库）	`#include “simpio.h”`
函数名	描述
`getInteger("prompt")`	不断从终端读取直到读取一个整数
`getReal("prompt")`	不断从终端读取直到读取到一个实数（double）
`getLine("prompt")`	读取返回一行（回车）文本
`getYesOrNo("prompt")` `getYesOrNo("prompt","y","n")`	通过输入“yes”or“no”函数返回布尔值（或者指定输入值例如 “y” or “n” ）

应用的例子：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-keYoxbxt-1610276594387)(https://i.loli.net/2020/06/28/StZX7p9kzqC1QRB.png)]

如果你 #include “simpio.h”将可以使用上述读取函数

注意一点，如果你没有 #include <iostream> 包含系统的这个库，你就不能使用 cout<< 输出

下一节： how to write a funtion?

函数写在调用之后将会报错

Lecture 2 函数

函数模板（function prototype）

returnType functionName(varType parameter1, varType parameter2, ...);

函数参数：看起来非常像变量声明语句，你可以认为参数是特殊的属于函数的* 局部变量

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-2TqdcbKh-1610276594388)(https://i.loli.net/2021/01/04/fB26wUPxeKb43Yt.png)]

关于 parameters 和 arguments 的定义区别：

parameters: one or more variables that your function expects as inputs
arguments: The values passed into your function and assigned to its parameter variables

关于函数的返回：

函数名前面是函数返回的类型，如果想要定义一个没有返回值的函数：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-xn9GXgKN-1610276594389)(https://i.loli.net/2021/01/04/oLDAIC4XW7cU6fm.png)]

举例：

double average(double a, double b){
    double sum = a + b;
    return sum / 2;
}   

int main(){
    double mid = average(10.6, 7.3);
    cout << mid << endl;
    return 0;
}

关于函数的顺序问题(declaration order matters)：

我首先写了一个函数，名为 void song() ，然后我在后面的程序里调用了两次

但是如果把 void song() 剪切到 main() 函数下方，程序编译的时候将会报错，我们可以总是在 main() 之前定义函数，但是通常我们会先写 main() 函数，再写其中需要的函数，解决方法是：

把被调用的函数写在主函数前面
使用 function prototypes

在主函数之前，在程序顶部声明一个（不包含主体）的函数，相当于告诉程序我后面一定会写这个函数。这称为： function prototype 例如

函数：c++内置数学函数

有一些已经存在的的函数是可以直接调用的，比如数学函数（注意头文件 include <cmath>）

函数名	描述（返回）
`abs(value)`	绝对值
`ceil(value)`	向上圆整
`floor(value)`	向下圆整
`log10(value)`	取以10为底的对数
`max(value1,value2)` `min(value1,value2)`	两个值中较大的值两个值中较小的值
`pow(base, exp)`	取指数
`round(value)`	最近的圆整数
`sqrt(value)`	取2次根号
`sin(value)` `cos(value)` `tan(value)`	正弦余弦正切

使用Stanfor的 “gmath.h” 获得更多数学函数

函数：默认参数

关于函数定义时的默认参数：在定义函数是给定默认参数可以使这个参数变成可选参数—— 在用户没有给参数时，调用函数将会使用默认参数。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ntheqziG-1610276594390)(https://i.loli.net/2021/01/04/AWRlZC43jxO2izS.png)]

函数：参数 value semantics

学习概念：

value semantics
reference semantic

value semantics: 当一个 parameter （by value）被传入函数时（意思就是调用函数时），用新的变量存储了这个传入值的副本 —— 意味着被调用的函数使用什么参数表示都不影响函数的结果，也不影响被传递变量本身

例如

// c++:
#include<iostream>
using namespace std;

int doubleValue(int x){
    x *= 2;
    return x;
}

int main(){
    int myValue = 5;
    int result = doubleValue(myValue); //1
    
    cout << "myValue: " << myValue << " ";
    cout << "result: " << resule << endl;
}

myValue: 5 resultL 10

这样的结果输出的原因是：

parameter x by value=5 被传递给函数 doubleValue —— 1
意味着 variable x 是 a copy of the variable(``myValue=5`)
在函数内改变这个变量是不会改变 calling function 的值的

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-uDMpe6vL-1610276594391)(https://i.loli.net/2021/01/04/Otlz7Cqg2xphRi4.png)]

再看一个例子 —— swap(int a, int b) 两个整数的值的交换

void swap(int a, int b){
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp
}   

int main(){
    int x = 17;
    int y = 35;
    sway(x, y);
    cout << x << "," << y << endl; 
    return 0
}

17,35

但在下面的主函数中，我们调用了这个函数并输出 x 和 y 结果值没有变，为什么？
因为交换的的时变量的值的复制，而**变量（指x 和 y）**本身的值并没有改变

函数：reference semantics

reference semantics/reference parameters：当你在声明一个变量时，在它的类型后面加&，那么它将指向变量存储的同一位置。那么当一个函数调用这个参数/值时，变量不是这个值的复制，而是这个值的reference，这意味着对这个变量的改变也是对原始值的改变

Regular variables – 常规变量: 看做是 a named container storing a value.
References （例如 double& weight_ref）-- : 只是看做一个 box 指向已经存在的变量 a box that just refers to an existing variable.

References 可以有 names and types, 就像常规变量一样(但不改变它的本质)

理解什么叫指向变量本质(-内存)

还是上面提到的相同的例子：

void swap(int& a, int& b){
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp
}   

int main(){
    int x = 17;
    int y = 35;
    sway(x, y);
    cout << x << "," << y << endl; 
    return 0
}

//值交换了
35, 17

在 c++ 中每一种 data type 都可以被 passed 作为 value semantics 或者 reference semantics

相较于调用一个函数然后 return something，c++ 使用 reference的方法也可以使函数 “return something”
当我们使用任何 data type 的时候，我们都要决定是要 copy it 还是 share it

讨论：

我们什么时候使用 reference 声明变量

To allow helper functions to edit data structures in other functions – 当我们允许helper函数在其他函数中编辑数据结构时
- But why don’t we just return a copy of the data structure? – 为什么不在其他函数中返回一个副本呢？
避免在内存中生成大型数据结构的新副本
- Passing data structures by reference makes your code more efficient!
reference 还提供了针对多个返回值（multiple return values）的解决方法
- 在你的函数中可以有一个返回值，同时也可以在这个函数中直接编辑作为ref 参数传入的a Vector object 。这样就让你的函数实现了多个返回值：return both the vector and the actual return value!
- 你的函数可以 take in multiple pieces of information by reference 并修改它们。通过这种方式，你可以同时 “return” 修改后的Vector和一些关于结构如何修改的辅助信息。这就好像你的函数正在向调用它的函数返回了两块更新过的信息

我们什么时候不使用 reference 声明变量

如果我们始终使用reference，则函数都将能够编辑彼此的变量，并且作用域scoping会造成混淆！
- 这也将使bugs的可能性更大。变量的意外更改可能会在各个函数之间存在。
如果数据本身很小（即按值复制的成本很低），那么我们就不需要使用reference。

注意：如果要通过 reference 传递参数，则不能提供literal作为参数。

没懂这个意思 – 见代码

void tripleWeight(double& weight_ref){
    weight_ref *= 3;
}

int main(){
    double weight = 1.06;
    tripleWeight(weight);
    // tripleWeight(1.06) 是错误的因为没有变量-没有share内存地址？
    cout << weight << endl; //3.18
}

实例

案例1：这个函数想实现你可以约会的人的年龄范围，这个函数必须要返回：

minimum age；maximum age

输出为：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-V2TovZNP-1610276594395)(https://i.loli.net/2020/06/29/QSZN9wqDxF1p4X7.png)]

则你可以使用两个 reference parameters – int& min int& max，这样在我们调用函数 datingRange() 将修改这两个参数。

你可以看到上面 main 函数中 datingRange(48, young,old) 中的参数 young h和 old 没有指定任何值，他们实际上存储了计算出的 min 和 max 的值

当你只需要返回一个输出， return 语句是不错的选择，但如果有多个 return 的话 reference parameters 是不错的选择

案例2 写一个c++函数，求二次函数的根

我们的函数应该accept什么参数？
他应该 return 什么？
什么 parameters 应该以 value 传递？
什么 parameters 应该以 reference 传递？

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-WebrfxNs-1610276594396)(https://i.loli.net/2020/06/28/hZ9z5WvLRDi1c3w.png)]

如果我不需要 return anything

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-twe77Q5Z-1610276594396)(https://i.loli.net/2020/06/28/UXCd79uR1Qkl6Ly.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-mYjkJSzR-1610276594397)(https://i.loli.net/2020/06/28/oEjAMBbQ8xVnpz3.png)]

这里可能有问题：为什么不实用 cout<<打印出输出

依个人习惯，如果print，你在 console 可以看到，但是他们随后会 gone，但是当这些参与其它的calculate的时候不能简单的打印出来。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-CjsDZrsI-1610276594398)(https://i.loli.net/2020/06/28/UW84JgzymF2CvqD.png)]

输出：

The roots are 4 and -1

在主函数中：我想要声明一些变量来存储 roots（22行）我不需要给它任何的值，然后我们调用这个函数 pass in a b c 的值。

问题，为啥不把 a b c 也作为 reference parameters ？

我们不准备改变这几个参数的值，我们不一定想要和别人 share anything。

一些错误的尝试

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-qPwCe1yH-1610276594398)(https://i.loli.net/2020/06/29/hEmr6N73xVyKvAI.png)]

这就是上面提到的对于reference 参数不能使用literal传入参数你必须pass a place 存放这个double value

如果你想 pass in 一个几百行的数组一般使用 reference parameters 因为使用 copy 将会占用很大的 memory空间

附录：关于函数的组成

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-K6LhST1i-1610276594399)(https://i.loli.net/2020/06/29/UBFyuvHVa4JM71w.png)]

查看手册看一些函数编写的例子，总结 compose 和 decompose 的问题

的calculate的时候不能简单的打印出来。

[外链图片转存中…(img-CjsDZrsI-1610276594398)]

输出：

The roots are 4 and -1