准备编程环境

编程环境就是我们写代码、检查错误、把代码翻译成程序并运行它的一套工具。Windows 初学者可以在下面两种方案中任选一种。

确认环境是否成功

新建 hello.cpp，复制下面的代码并运行。看到黑色运行窗口中出现 Hello, World! 就说明环境可用。

#include <iostream>
using namespace std;

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

Hello, World!

第一份代码框架

一份竞赛程序就像一张固定格式的答题纸。刚开始不必背下来，先理解每一部分负责什么。

1#include <bits/stdc++.h>
2using namespace std;
3
4int main() {
5    // 解题代码写在这里
6    return 0;
7}

使用 cout 输出

cout 用来把文字或计算结果输出到屏幕。符号 << 可以理解为“把右边的内容送到屏幕”。

输出 Hello World

cout << "Hello World" << '\n';

Hello World

双引号中的内容叫做字符串，会原样输出。'\n' 表示换到下一行，它虽然由两个可见字符组成，但在 C++ 中代表一个换行符。

连续输出多个内容

cout << "答案是：" << 3 + 5 << '\n';
cout << "A" << " " << "B";

答案是：8
A B

使用 cin 输入

算法题的数据会通过标准输入交给程序。cin 负责读取数据，>> 可以理解为“把输入送进右边的变量”。

读入两个整数并求和

int a, b;       // 准备两个整数变量
cin >> a >> b;  // 依次读入 a 和 b
cout << a + b << '\n';

12 8

20

空格和换行都可以分隔输入数据。因此输入写成第一行 12、第二行 8，程序仍能正确读取。

变量与数据类型

变量可以想象成带名字的盒子：盒子中保存数据，类型决定这个盒子能装什么、能装多大。

int age = 15;             // 整数
long long score = 10000000000LL; // 大整数
double pi = 3.14159;     // 小数
char grade = 'A';        // 单个字符
bool passed = true;    // 真或假
string name = "Alice";  // 字符串

赋值与修改

int x = 5;
x = 8;      // 把盒子里的 5 换成 8
x = x + 2;  // 读取原来的 8，加 2，再存回 x
cout << x;

10

用 sizeof 查看占用空间

sizeof 可以查看一种类型或一个变量占用多少字节（Byte）。它的结果是整数，写类型时通常要加括号，写变量时括号可以省略。

int x = 10;
double price = 3.5;

cout << sizeof(int) << ' ';
cout << sizeof x << ' ';
cout << sizeof(price);

4 4 8

运算符

运算符让程序进行数学计算、比较大小并组合条件。它们是后面判断和循环的基础。

算术运算与整数除法

int a = 7, b = 2;
cout << a + b << ' ';       // 加法：9
cout << a - b << ' ';       // 减法：5
cout << a * b << ' ';       // 乘法：14
cout << a / b << ' ';       // 整数除法：3
cout << a * 1.0 / b;        // 小数除法：3.5

9 5 14 3 3.5

简写赋值与自增自减

int x = 10;
x += 3;  // x = x + 3，现在是 13
x *= 2;  // x = x * 2，现在是 26
x--;     // x = x - 1，现在是 25
cout << x;

25

+=、-=、*=、/= 和 %= 都是在原值上计算后再存回变量。单独使用时，++x 与 x++ 都会让 x 加 1；初学阶段不要把它们塞进复杂表达式。

判断一个数是否为偶数

int n;
cin >> n;
cout << (n % 2 == 0);

如果输入 8，表达式 8 % 2 == 0 成立，输出 1；输入 7 时条件不成立，输出 0。

比较与逻辑运算

int age;
cin >> age;

bool isTeen = age >= 13 && age <= 18;
bool isFree = age < 6 || age >= 65;
cout << isTeen << ' ' << isFree << ' ';
cout << !isFree;

15

1 0 1

&& 要求两边都成立，|| 只要一边成立，! 会把真假反过来。C++ 默认用 1 表示 true、0 表示 false。

if 条件判断

当条件成立时执行一段代码，不成立时执行另一段代码，这就是分支结构。

int score;
cin >> score;

if (score >= 90) {
    cout << "优秀";
} else if (score >= 60) {
    cout << "及格";
} else {
    cout << "继续努力";
}

else if 会按从上到下的顺序检查。一旦某个条件成立并执行，对应的整组判断就结束了，因此更严格的条件通常写在前面。

组合条件

if (age >= 13 && age <= 18) {
    cout << "青少年";
}

多个固定选项：switch

当变量只需要和几个固定值比较时，可以使用 switch。每个 case 表示一种情况，default 处理其他情况。

int day;
cin >> day;

switch (day) {
    case 1:
        cout << "Monday";
        break;
    case 2:
        cout << "Tuesday";
        break;
    default:
        cout << "Other day";
}

Tuesday

for 循环

当你知道一段代码需要执行多少次，for 循环通常最合适。它把“从哪里开始、何时继续、每次怎样变化”写在同一行。

for (int i = 1; i <= 5; i++) {
    cout << i << ' ';
}

1 2 3 4 5

循环是怎样运行的？

经典例子：求 1 到 n 的和

int n, sum = 0;
cin >> n;

for (int i = 1; i <= n; i++) {
    sum += i; // 等价于 sum = sum + i
}
cout << sum;

5

15

提前结束或跳过本轮：break 与 continue

break 会立刻结束整个循环；continue 只跳过当前这一轮，随后进入下一轮。它们既可以用在 for 中，也可以用在 while 中。

for (int i = 1; i <= 10; i++) {
    if (i == 8) break;       // 到 8 时结束循环
    if (i % 2 == 0) continue; // 偶数跳过输出
    cout << i << ' ';
}

1 3 5 7

嵌套循环：循环里面再写循环

外层循环每执行一轮，内层循环都会从头完整执行。常用于打印图形、枚举行列、处理二维数组。

for (int row = 1; row <= 3; row++) {
    for (int col = 1; col <= 4; col++) {
        cout << '*';
    }
    cout << '\n';
}

****
****
****

while 循环

当循环次数不确定，但“继续执行的条件”很清楚时，使用 while。每一轮开始前，程序都会先检查括号中的条件。

int n;
cin >> n;

while (n > 0) {
    cout << n % 10 << ' ';
    n /= 10;
}

4 3 2 1

在 while 中使用 break 与 continue

下面的程序不断读入整数：遇到负数就跳过，遇到 0 就结束，其他数累加。循环次数由输入内容决定，所以很适合使用 while。

int sum = 0;

while (true) {
    int x;
    cin >> x;
    if (x == 0) break;    // 结束整个 while
    if (x < 0) continue; // 跳过负数，继续读下一个
    sum += x;
}
cout << sum;

5 -2 7 0

12

至少执行一次：do while

int x;
do {
    cin >> x;
} while (x < 0); // 别漏掉最后的分号

while 是先判断再执行，可能一次也不执行；do while 是先执行再判断，因此循环体至少执行一次。

for 还是 while？

数组

如果要保存 100 个整数，没必要创建 100 个不同名字的变量。数组用一个名字管理一组类型相同的数据。

读入 n 个数并求最大值

int n;
cin >> n;
int a[1005];

for (int i = 0; i < n; i++) {
    cin >> a[i];
}

int answer = a[0];
for (int i = 1; i < n; i++) {
    answer = max(answer, a[i]);
}
cout << answer;

5
8 3 6 1 9

9

int a[1005] 提前准备 1005 个位置。实际使用前 n 个位置，也就是 a[0] 到 a[n-1]。

数组的初始化

int a[5] = {8, 3, 6, 1, 9};
int zero[100] = {}; // 所有元素初始化为 0

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    cout << a[i] << ' ';
}

局部数组如果没有初始化，里面的值是不确定的，不能直接拿来累加或比较。计数数组常用 {} 将所有位置清零。

二维数组：按行和列保存数据

int a[3][4] 可以看成 3 行 4 列的表格。访问时先写行下标，再写列下标，例如 a[1][2] 表示第 2 行第 3 列。

int n, m;
cin >> n >> m;
int a[105][105];

for (int i = 0; i < n; i++) {
    for (int j = 0; j < m; j++) {
        cin >> a[i][j];
    }
}

int sum = 0;
for (int j = 0; j < m; j++) {
    sum += a[0][j]; // 累加第 1 行
}
cout << sum;

2 3
1 2 3
4 5 6

6

字符串 string

string 用来保存一串字符。它很像一个字符数组，同样可以通过从 0 开始的下标访问每个字符。

string s;
cin >> s;

cout << s.size() << '\n';
cout << s[0] << '\n';

for (char c : s) {
    cout << c << ' ';
}

4
c
c o d e

判断回文串

bool ok = true;
for (int i = 0; i < s.size(); i++) {
    if (s[i] != s[s.size() - 1 - i]) {
        ok = false;
    }
}

第 i 个字符与倒数第 i 个字符比较。注意最后一个字符下标是 s.size() - 1。

结构体 struct

结构体可以把多个不同类型、但彼此相关的数据组合成一个整体。竞赛中常用它表示学生、坐标、边、区间或题目记录。

定义一种新的数据结构

struct Student {
    string name;
    int score;
    int age;
}; // 结构体定义结束后需要分号

创建变量并访问成员

Student a;
a.name = "Alice";
a.score = 95;
a.age = 16;

cout << a.name << ' ' << a.score;

Alice 95

点号 . 表示访问结构体中的某个成员。例如 a.score 就是“学生 a 的分数”。

结构体数组：保存多名学生

int n;
cin >> n;
Student students[105];

for (int i = 0; i < n; i++) {
    cin >> students[i].name >> students[i].score;
}

int best = 0;
for (int i = 1; i < n; i++) {
    if (students[i].score > students[best].score) {
        best = i;
    }
}
cout << students[best].name;

3
Alice 95
Bob 88
Carol 97

Carol

函数

函数把一段可以重复使用的逻辑封装起来。它可以接收参数，完成计算，再把结果返回给调用者。

int maximum(int a, int b) {
    if (a > b) {
        return a;
    }
    return b;
}

int main() {
    int answer = maximum(7, 12);
    cout << answer; // 输出 12
    return 0;
}

参数与返回值

调用函数时，括号中传入的是实参；函数定义中接收数据的 a、b 是形参。普通参数会复制一份数据，修改形参不会影响外面的变量。

void addOne(int x) {
    x++;
}

int main() {
    int n = 5;
    addOne(n);
    cout << n;
}

5

引用传参：修改调用者的变量

在参数类型后加 & 表示引用。此时参数是外部变量的别名，对它的修改会保留下来。

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

int x = 3, y = 8;
swapValue(x, y);
cout << x << ' ' << y;

8 3

void 函数与提前 return

void printPositive(int x) {
    if (x <= 0) {
        return; // 立即结束函数，不返回具体数值
    }
    cout << x;
}

void 函数不返回计算结果，但仍可以用单独的 return; 提前结束。一个有返回值的函数则要保证每条可能执行的路径都能返回正确类型的值。

声明顺序与函数声明

C++ 需要先知道函数长什么样，才能调用它。可以把完整函数写在 main 前，也可以先写函数声明，再把实现放到 main 后。

int square(int x); // 函数声明：末尾有分号

int main() {
    cout << square(6);
}

int square(int x) { // 函数实现
    return x * x;
}

STL 常用工具

STL 是 C++ 标准库提供的一套现成工具。入门阶段先掌握 vector、sort，以及 max、min、swap 等常用函数。

vector：长度可变化的数组

vector<int> a;
a.push_back(8); // 在末尾加入 8
a.push_back(3); // 在末尾加入 3
a.push_back(6); // 在末尾加入 6

cout << a.size(); // 输出 3

sort：从小到大排序

int n;
cin >> n;
vector<int> a(n);

for (int i = 0; i < n; i++) cin >> a[i];

sort(a.begin(), a.end());

for (int x : a) cout << x << ' ';

5
8 3 6 1 9

1 3 6 8 9

max、min 与 swap

max 取较大值，min 取较小值，swap 交换两个变量的值。它们能让常见操作写得更直接。

int a = 8, b = 3;

cout << max(a, b) << ' '; // 较大值
cout << min(a, b) << '\n'; // 较小值

swap(a, b);
cout << a << ' ' << b;

8 3
3 8

处理数组和 vector 的常用函数

vector<int> a = {8, 3, 6, 3, 9};

cout << count(a.begin(), a.end(), 3) << '\n';
cout << *max_element(a.begin(), a.end()) << '\n';

reverse(a.begin(), a.end());
for (int x : a) cout << x << ' ';

8 3 6 3 9

2
9
9 3 6 3 8

数值处理中也很常用