5.1 从C到C++

在前4章中介绍了C语言的主要内容，已经足以应付许多算法竞赛的题目了，然而能写不代表好写，有些虽然能够用C语言实现，但是使用C++写起来往往会更快，并且不容易出错

从c到c++

C语言是一门很有用的语言，但在算法竞赛中却不流行，原因在于它太底层，缺少一些实用的东西

C++的精华与糟粕并存。本章介绍的C++特性是算法竞赛中最常用的部分，虽然不是解题所必需的，但仍然值得学习

C++版框架

虽然前面介绍的内容都是直接用在c++程序里，但有些并不是c++的推荐写法，只是为了更好的兼容c语言才如此编写的，下面是真正的c++版本的a+b程序

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#include<cstdio>

int main()
{
	int a, b;
	while(scanf("%d%d", &a, &b) == 2) printf("%d\n", a+b);
	return 0;
}

和之前的C程序比较，唯一的区别就是stdio.h变成了cstdio。事实上，stdio.h仍然存在，但是C++中推荐的头文件是cstdio。类似的，string.h 变成了cstring，math.h变成了cmath，ctype.h变成了cctype。带.h后缀的头文件依然存在，但是并不被c++推荐使用

C++能编译大多数C语言程序，虽然C语言中大多数头文件在C++中仍然可以使用，推荐的方法是在C头文件之前加一个小写的字母C，然后删去.h后缀

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#include<iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;
const int maxn = 100 + 10;
int A[maxn];
int main(){
	long long a, b;
	while(cin >> a >> b){
		cout << min(a, b) << "\n";
	}
	return 0;
}

上述的代码中展现了C++的其他特性。iostream提供了输入输出流，而algorithm提供了一些常用的算法，例如代码中的min（C语言里面连min函数都没有，可以想象还有很多常用的东西是没有的），
cin>>a的含义是从标准输入（原书为标注输入，考虑为笔误）中读取a，他的返回值是一个”已经读取了a的新流“，然后从这个新流中继续读取b，如果流已经读完，while循环将退出。这种方式比scanf最大的优势就是可以不再需要记忆%d%s等占位符，同时也避开了前面提到的long long类型的输入输出占位符不统一的问题
当然C++流也不是完美的其最大缺点就是运行太慢了，以至于很多竞赛题目会在体面中的显著位置注明，本题的输入量很大，请不要使用C++的流输入
？？不过流也可以加速，方法是关闭和stdio的同步，即调用ios::sync_with_stdio(false) 这边的说法笔者暂时不理解，但是同步很像是面向对象语言中的描述，也就是说stdio执行过程中，流是不可以执行的，那么取消同步后，二者双线程进行，应该就可以实现流的加速读入？？等到笔者后面学到相关知识的时候再回来填坑吧
当然还有一个新内容using namespace std;
C++中有一个”名称空间“（namespace）的概念，用来缓解复杂程序的组织问题，例如张三和李四都写了一个同名同形参列表的函数，但是他们的作用不同，此时如果需要把他们的程序合在一起使用，就会出问题，函数不能重名。虽然后面会讲到C++支持函数的重载，但是如果这两个函数的形参列表也相同的话，那么就是不能重载的（注意这边函数的返回值的类型是不能构成函数重载的判断条件的），那么其中的一个解决方案就是分别把函数写在各自的名称空间里面（类似java中的System.out.println()），然后就可以用zhangsan:function(),lisi:function()，来调用这两个函数了
基于这样的考虑，头文件iostream和algorithm里定义的内容放在std名称空间里。如果代码和该名称空间里的内容不重名，就可以用using namespace std的方法把std里面的名字导入默认空间
在工程上不推荐这样做，不过因为算法竞赛的程序通常很小，所以这样做也无大碍。
也就是基于上述的考虑，我们将algorithm和iostream放入了std名称空间里面，也就是需要保证同一空间内的名称互不相同，就可以通过using namespace把该空间导入默认空间，这样就可以在后面的使用中不再需要打出这两者的名称空间，而只要输入位于该名称空间内的成员名字就可以了，以上仅为个人理解，但是好像可以声明好多种名称空间？好像可以同时拥有多个缺省命名空间，但是需要注意的是，如果一个成员在多个缺省名称空间中出现，那么就需要通过::来强制指定他的名称空间，而不能偷懒不说明该成员的名称空间，否则编译器不知道他的名称空间是哪一个无法运行。当然注意的是工程中尽量不要使用using namespace因为这样好像会造成一些乱七八糟的错误，反正做工程，编写.h文件的时候尽量不要使用using namespace，否则会造成比较麻烦的后果。

C++可以使用流简化输入输出操作。标准输入输出流在头文件iostream中定义，存在于名称空间std中，如果使用了using namespace std语句，则可以直接使用

最后还有一个细节：声明数组时候，数组大小可以使用const声明的常数，这个在C99中是不被允许的，在C++中这种写法更为推荐，因此本书后面的代码中一律采用这样的写法，而不是用#define声明常数

也就是说本书后面的数组大小的声明不再采用#define而是使用const声明的常数来确定数组的大小

当然C++中的数据类型中比C还多出了一个bool来表示布尔值，然后用true和false来表示真和假，虽然仍然可以用int来表示真假，但是用bool可以使得程序更加直观清晰

引用

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#include<iostream>
using namespace std;

void swap2(int& a, int& b)
{
	int t = a; a = b; b = t;
}

int main()
{
	int a = 3, b = 4;
	swap2(a, b);
	cout << a << " " << b << "\n";
	return 0;
}

C++提供了引用，虽然在功能上比指针弱，但是减少了出错的可能性，提高了代码的可读性，使用引用交换两个变量的代码如上
注意在dos系统下编译c++文件的时候，需要使用g++.exe，gcc不能识别有关c++特有的性质，其只能编译c相关的代码段
如果在参数名之前加一个"&"符号，就表示这个参数按照传引用的（by reference）的方式传递，而不是C语言里的传值（by value）方式传递。这样，在函数内改变参数的值，也会修改到函数的实参。也就是通过&来改变实参的传递内容，没有&修饰的时候是传值&修饰后就是传引用
C++中的引用就是变量的别名，它可以在一定程度上代替C中的指针。例如，可以用传引用的方式让函数内直接修改实参
注意这边的交换函数是swap2而不是swap，因为algorithm这个头文件里面已经提供了swap，可以直接使用，这个swap比此处所写的swap2强大多了：它不仅同时支持int，double等所有内置类型，甚至还支持用户自己编写的结构体。我们后面就会了解到这一机制的实现。
也就是引用虽然是弱化的指针版本，但是他使得在另一个函数中调用不是该函数内的变量更加轻松

字符串：

在C语言中数组不是一等公民，在C语言中字符串就是字符数组，所以也不是一等公民，处处受到限制，例如如何将两个字符串拼接在一起，首先新字符串的存储空间从何而来，同时不能再一个函数内部定义一个数组然后返回该数组的地址，因为函数返回后，其中的局部变量的地址便失效了。因此字符串拼接必须申请新的内存空间以存储结果，然后用完之后将申请的空间退回去。同时，每次都要用strlen函数重新算一次，有时候strlen的花费还是很大的，C语言处理字符串不是很方便

用户希望程序更加简单自然，string类型往往是更好的选择，c++的cin/cout可以直接读写string类型，却不能读写字符数组：string类型还可以向整数那样相加，但是在C语言里面只能使用函数strcat

C++在string头文件里定义了string类型，直接支持流式读写，string有很多方便的函数和运算符但速度有些慢

输入数据的每行包含若干个以空格隔开的整数，输出每行所有的整数的和，使用getchar来边读编写：

笔者的代码如下：

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#include<stdio.h>
#include<ctype.h>

int main()
{
	int sum = 0, t = 0;
	char ch;
	while((ch = getchar()) && ch != EOF)
	{
		sum = 0;
		if(ch >= '0' && ch <= '9')
			t = ch - '0';
		if(ch == ' ')
		{
			sum += t;
			t = 0;
		}
		while((ch = getchar()))
		{
			if(ch >= '0' && ch <= '9')
				t = t*10 + ch - '0';
			else if(ch == ' ')
			{
				sum += t;
				t = 0;
			}
			else if(ch == '\n')
			{
				sum += t;
				t = 0;
				break;
			}
		}
		printf("%d\n", sum);
	}
	return 0;
}

如果每次读取一行，然后再扫描该行的字符，同时计算结果，使用c++，代码可以很简单

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

int main()
{
	string line;
	while(getline(cin, line))
	{
		int sum = 0, x;
		stringstream ss(line);
		while(ss >> x) sum += x;
		cout << sum << "\n";
	}
	return 0;
}

string类在string头文件中，而stringstream在sstream头文件中，首先用getline函数获取一行数据，相当于c语言中的fgets，但由于使用string类，无需指定字符串的最大长度

然后用这一行创建一个字符串流--ss。接下来只需像读取cin那样读取ss即可。

可以把string作为流进行读写，定义在sstream头文件中,笔者尝试过大量数据的情况下getchar确实回避string的读入快上很多

再谈结构体

C++除了支持结构体struct之外，还支持类class，也就是说非常符合面向对象的语言的特性

事实上，c++中的struct和class最主要的区别就是访问权限和继承方式不同，其他方面的差异很小

struct里面除了可以拥有成员变量还可以拥有成员函数（构造函数，这里的C++语言的特性更像是面向对象的语言特性，其中的许多语言与java中的语言类似

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#include<iostream>
using namespace std;

struct Point{
	int x, y;
	Point(int x = 0, int y = 0) : x(x), y(y){}
};

Point operator + (const Point& A, const Point& B){
	return Point(A.x+B.x, A.y+B.y);
}

ostream& operator << (ostream& out, const Point& p){
	out << "(" << p.x << "," << p.y << ")";
}

int main(){
	Point a, b(1,2);
	a.x = 3;
	cout << a+b << "\n";
	return 0;
}

）

笔者由于加速原因，接下来更多的是自我理解，不再进行多余重复的叙述，因此后面的相关章节可能会出现，断节或者相关叙述非常少，在此申明