《SLAM导航机器人基础》第二章：C/C++编程（前）

第二章：C/C++编程

本章讲解基础编程知识。

本章内容规划：

2.1节，概念及学习方法

2.2节，程序基本单元

2.3节，程序基本逻辑结构

2.4节，程序基本存储结构

2.5节，函数

2.6节，面向对象设计

2.7节，高级编程概述

 

2.1节，概念及学习方法

C/C++ 是一种流行全球的经典编程语言，起源于1972年贝尔实验室，程序运行效率高，可应用于各种系统平台上，Windows、macOS、Unix。现在流行的STM32单片机编程，使用的也是C语言。C++是C的超集，包含C语言的扩充。程序是鼓励阅读和分享的，相对于电子、机械、化学等其它学科，软件编程更易于在网络上找到学习资源。C++编程入门推荐一个网站:

https://www.runoob.com/cplusplus/cpp-tutorial.html

这个网站上包含比较全面的基础编程教程，除了C++、还有Android、Java、C#等。同时有非常方便的C++线上编译工具：

https://www.runoob.com/try/runcode.php?filename=helloworld&type=cpp

高级语言均需要先编辑，使用编译器将该程序编译成可执行文件后方可运行。本章内容均可以在该工具上学习实践。如果喜欢看书学习的同学，推荐《Visual C++程序设计》中国水利水电出版社:

 这本C++教程内容简洁，又不至于过于简单，最适合编程入门。其它砖头厚的教材，内容丰富，但容易抓不住重点，难度过大，并不是适合初学者。个人推崇由浅入深，循序渐进的思路进行学习。本书学习以后，可以再看

《嗨翻C语言》《thinking in c++》《C++ Primer Plus》扩充学习。下面以一个简单而且经典的例子，开始我们的编程学习之旅。

//Example_1
#include <iostream>
int main()
{
    std::cout<<"Hello,world !";
    return 0;
}

 在线上编译工具上左边的窗口输入(注意使用英文输入法，否则容易出错)，点击运行，即可在右边的窗口得到结果，如下图：

 “你好，世界！”，人生第一个程序，完成！下面开始解释该程序：

程序是按行编写，按行编译的。

第一行“//Example_1”是一个注释行，双斜杆“//”后面的内容并不会被编译，一般用于解释程序的作用，功能等等；

第二行“#include <iostream>”是预处理命令，声明使用iostream.h头文件，这样我们就能使用该文件已经实现的功能而不需要自己编写。

第三行“int main()”，声明main函数，main函数是程序的入口，最开始执行的地方。

第四行和第七行的{}，声明main函数的开始和结束的位置。

第五行“std::cout<<"Hello,world !";”，是一个输出语句，使用std::cout向屏幕打印Hello,world !语句。std::cout在iostream.h中定义，常用于程序的调试，输出我们程序的运行信息。

第六行“return 0;”,是输出函数返回值。函数返回值，可以用来输出函数运行状态等。

本节我们简单了解了注释，头文件声明，主函数，输出函数，返回值这些概念。可能你还有诸多疑问，建议先放下。编程语言所有的规则定义均是人为设定的，我们先记住这些编程规则，在后续接触中慢慢了解，清晰这些概念。

 

2.2节，程序基本单元

 本节我们将继续讲解语法，C++字符集是由英语字符、阿拉伯数字、英文符号构成，对大小写敏感。下面介绍C++语法词汇概念：关键字、标识符、标点符号、运算符，数据类型（数据类型转换），常量、变量。

2.2.1 关键字、标识符、标点符号、运算符

关键字，指的是C++语法已经使用的，有特定含义的词汇，我们不能再用该词汇命名变量名、类名等。

标识符，指的是用户自定义的词汇，用来标识变量名、类名、函数名等，以字母或下划线开始，由字母、数字、下划线构成的字符串，如：a,_a,a1,Name。

标点符号，程序中用来分割语句的符号，类似于中文的逗号句号。如下表所示：

标点符号	含义
空格	各成分之间分割
；	语句结束标志
"	单个字符标识，如'a'
""	字符串标识，如"abcd"
#	预处理命令，一般用于定义头文件
{}	复合语句
//	行注释
/* */	多行注释

 

运算符，指的是程序用来运算的符号，如下表。注：

（1）优先级，指的是运算优先级别，类似于我们以前学习数学运算中的“先乘除后加减”。

（2）单目双目三目，指的是参与运算的数、变量的个数。

（3）结合方向，如赋值运算符“=”从右到左结合，如程序中a=1读作把1赋给变量a；c=a*2;读作把a乘以2的值赋给变量c。

 

下面学习一个简单的计算例子：

//Example_2
#include <iostream>
using namespace std; //使用C++标准命名空间
int main()
{
    int a = 1; //“=”是赋值符号,令变量a等于1
    int b = 2;
    int c = a * b;//“=”是赋值符号,令变量c等于axb
    cout<<"a = 1;"<<endl;//endl是cout换行格式控制符号
    cout<<"b = 2;"<<endl;
    cout<<"c = a * b;"<<endl;
    cout<<"c = "<< c <<endl;
    return 0;
}

在线工具运行如下：

我们在后续使用时在做具体的示例，相关学习内容也可看菜鸟网站以下链接：https://www.runoob.com/cplusplus/cpp-operators.html

2.2.2 数据类型和数据类型转换

程序的数据，是存储在存储器当中，因此是有大小和精度的。为了更好得利用存储单元，C++定义了数据类型，下面介绍基本数字类型，如下表：

类型符号	名称	占用字节大小	范围
bool	布尔类型	1	false/0、true/1
char	字符型	1	-128 ~ 127
unsighed char	无符号字符型	1	0 ~ 255
short	短整型	2	-2^15 ~ (2^15-1)
int	整型	4	-2^31 ~ (2^31-1)
unsighed int	无符号整型	4	0 ~ (2^32-1)
long	长型	4	-2^31 ~ (2^31-1)
float	浮点型	4	±（3.4x10^-38 ~ 3.4x10^38）
double	双精度型	8	±（1.7977x10^-308 ~ 1.7977x10^308）

 

在编写程序时，我们应该根据变量的取值范围，合理地定义数字类型，有利于加快运算速度，减小计算资源的消耗，这在运算频率相对较低的单片机上尤为重要。

不同的数字类型参与运算，涉及到数据类型转换问题。类型转换分为隐式转换和强制转换。隐式转换是系统自动完成的转换：小数型与整数型之间的相互赋值，字符型与整型的相互赋值。强制转换，通过（）完成。如例子：

float a = 1.111; int b =2; float c = (int)a*b;//a的值转化为整型后参与运算，即c = 1*2;

 

2.2.3常量、变量

常量，在程序运行中值保持不变，编译器并不会为常量分配内存，常见使用方式是符号常量，使用关键字const定义（须带数据类型），或者#define定义（不可带数字类型）。如下面例子：

const float SPEED= 0.70; //产量一般使用大写字母命名，以便与变量分开

#define PI 3.14159          //使用PI代表3.14159

变量，在程序运行中值是不固定的，编译器会根据变量类型为其分配内存空间。