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前言
当你完成上一部分教程的全部练习后,相信你应该可以灵活地使用C++去解决大部分问题,尤其是数学问题。
本部分教程将讲解C++中必须知道的计算机基础知识,知道这些知识可以避免不少的错误,还可以对程序代码进一步优化。由于这部分教程只讲解C++需要知道的计算机基础知识,所以并不会太多和太复杂。
计算机处理数据是由电路控制的,电路只有两种状态:开和关,因此计算机上的所有数据都是二进制的数据,然后用一定的规则将这些数据表示成十进制数字、文字、图片和其他各种各样的形式,所以接下来的内容都是围绕二进制而讲解的。
学习这部分教程才能更好地理解后续的教程,只要用心地去学就不会有问题。这部分知识了解即可不必深入,如果有兴趣,深入也无妨。
在讲解二进制相关知识前,先讲解C++中数值的各种表示方式和各种操作。
数字分位符
写代码的时候,难免会遇到一些比较大的数。用一个很小的数做例子,例如先赚它一个亿(●'◡'●)。那么我们写代码的时候,一亿在代码中的写法是100000000
。
为了方便阅读数字,可以用单引号'
分隔一下,这个单引号叫做数字分位符。一亿就可以写成这样子:1'0000'0000
,一看就知道一亿。
先看以下代码:
#include <iostream>
int main(void)
{
std::cout << "一亿:" << 1'0000'0000 << std::endl;
std::cout << "一百万:" << 1'000'000 << std::endl;
std::cout << "这种写法就不好了:" << 1'000'0'0'00'0 << std::endl;
return 0;
}
输出结果:
一亿:100000000
一百万:1000000
这种写法就不好了:100000000
输出还是正常的数值输出,不会在输出的数值里显示数字分位符,因为数字分位符是为了方便阅读代码而出现的。但是第三种写法并不能方便阅读代码,所以不是一个好的写法。
整数进制
对于一个十进制的15
,可以表示成二进制的1111
,也可以表示成八进制的17
,也可以表示成十六进制的F
。尽管15
、1111
、17
、F
看上去不一样,但是它们都是同一个整数,只是表示方法不一样。
先看以下例子:
#include <iostream>
int main(void)
{
// 以下是十进制的15的各种表示方式
std::cout << 0b1111 << std::endl; // 输出二进制
std::cout << 017 << std::endl; // 输出八进制
std::cout << 15 << std::endl; // 输出十进制
std::cout << 0xF << std::endl; // 输出十六进制
return 0;
}
输出结果:
15
15
15
15
可以看到它们都是输出15
,因为它们都是同一个数字的不同表示方法,而std::cout
默认以十进制显示,所以都显示15
。
在代码中,默认以十进制来表示数字,如果要用其他进制表示一个数字,需要一些特殊的说明:
- 二进制需要在数字的前面加上
0b
或者0B
,例如要用二进制的110:0b110
。 - 八进制需要在数字的前面加上
0
,例如要用八进制的6:06
。 - 十进制是默认的表示方法,不需要特殊说明。
- 十六进制需要在数字的前面加上
0x
或者0X
,例如要用十六进制的6:0x6
。
至于为什么不只是用十进制,还要添加这么多表示方式,其实很简单,因为有一些数学运算,有时候,不用十进制而用其他进制运算更加容易理解,方便程序员做数学运算。初学者只要理解并背下来,以后将会用得上。
有时候,当用十六进制运算完后,极有可能想看看十六进制的结果,然而,std::cout
默认显示的是十进制。这时候,我们就要告诉std::cout
我要用十六进制显示。
先看下面例子:
#include <iostream>
int main(void)
{
std::cout << "十六进制 11 + 22 的结果是:" << std::endl; // 输出文字
std::cout << "默认:" << (0x11 + 0x22) << std::endl; // 默认十进制显示
std::cout << "八进制:" << std::oct << (0x11 + 0x22) << std::endl; // 八进制显示
std::cout << "十六进制:" << std::hex << (0x11 + 0x22) << std::endl; // 十六进制显示
std::cout << "十进制:" << std::dec << (0x11 + 0x22) << std::endl; // 改回十进制显示
return 0;
}
输出结果:
十六进制 11 + 22 的结果是:
默认:51
八进制:63
十六进制:33
十进制:51
当我们需要输出八进制时,需要先输出std::oct
;当我们需要输出十六进制时,需要先输出std::hex
。如果想再次输出十进制,就必须要先输出std::dec
;否则,将会继续以前一次使用的进制(上面代码就是十六进制)来输出。其中std::oct
、std::dec
、std::hex
在iostream
库中。
仔细的你应该发现了,我没有写二进制输出。二进制的输出方法跟上面的有些不同,因为std::cout
没有直接的二进制输出。如果想输出二进制数字,则可以使用std::bitset
,它在bitset
标准库中。使用std::bitset<二进制的位数>(数字)
就可以输出二进制了,具体用法如下:
#include <iostream> // std::cout std::endl
#include <bitset> // std::bitset
int main(void)
{
std::cout << "十六进制 11 + 22 的结果是:" << std::endl; // 输出文字
std::cout << "二进制:" << std::bitset<8>(0x11 + 0x22) << std::endl; // 二进制显示
std::cout << "默认:" << 0x11 + 0x22 << std::endl; // 默认十进制显示
return 0;
}
输出结果:
十六进制 11 + 22 的结果是:
二进制:00110011
默认:51
由于这次输出不改变std::cout
的行为,所以默认还是输出十进制:
std::cout << "默认:" << 0x11 + 0x22 << std::endl;
代码中,std::bitset<8>(0x11 + 0x22)
指定了8位二进制(不足8位则在左边用0
补够8位):
浮点型
浮点型即小数。
浮点型的表示方法
- 普通的表示方法:
3.14
、.2
(即0.2
)、10.
(即10.0
)。 - 科学记数法:
2e2
(即 2.0 * 10^2 = 200.0),0x1.p10
(即 1.0 * 2^10 = 1024.0) - 十六进制与科学记数法:
0xf.p-1
(0xf.
即十进制的15.0
,0xf.p-1
即 15.0 * 2^(-1) = 7.5)、0xa.bp10
(0xa.b
即十进制的10.6875
,0xa.bp10
即 10.6875 * 2^10 = 10944.0)
同样,输出显示十六进制浮点型需要先输出std::hexfloat
,它在iostream
标准库中:
#include <iostream>
int main(void)
{
std::cout << std::dec << 0xf.p1 << std::endl; // 十进制的30.0
std::cout << std::hexfloat << 0xf.p1 << std::endl; // 十进制的30.0
return 0;
}
输出结果:
30
0x1.e00000p+4
补充知识(了解即可)
- 数字分位符从C++11开始加入。
- 二进制表示法(即
0b
)从C++11开始加入。 - 十六进制的浮点型表示方法和十六进制的浮点型科学记数法从C++17开始加入。
-
std::hexfloat
从C++17开始加入。
巩固练习
输入三个整数a
,b
,c
,然后分别按顺序以八进制,十进制,十六进制的表示方法,输出这三个整数的和。
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