2026寒假讲课 Day 1

2026寒假讲课 Day 1

这部分内容讲起来应该比较头痛，我在写的时候就已经感受到了。大家尽量多自己找教程。

环境搭建

如果您有Linux系统，那再好不过了。使用Linux系统的同学自行安装。

但这对绝大多数同学都不现实，下面只考虑Windows系统。

终端环境

在Windows 7及以上版本的Windows系统中，推荐使用Powershell而不是CMD。您可以用Win+R快捷键打开“运行”，输入powershell然后按下回车，弹出的那个黑色蓝色窗口就是Powershell终端；如果您的系统比较落后，例如Windows XP系统（那很复古了），请在输入时用cmd代替powershell，弹出的黑色窗口就是CMD终端。

编译器、调试器

C/C++以其乱七八糟的编译器和五花八门的包管理器而臭名昭著。

MSYS 2（推荐）

关于MSYS 2的详细介绍可以参考《MinGW 和 MSYS2 介绍》。按照官网提供的步骤下载和安装即可，也可以参考教程如《VSCODE-01-MSYS2、g++安装保姆级讲解》。看不懂英文的同学自行向翻译软件或人工智能寻求帮助。有其他问题，优先自行查找教程或向人工智能寻求帮助，实在没有解决的可以找我。按照教程安装好gcc包和gdb包，即编译器和调试器。

WSL 2（很推荐但有门槛）

WSL（Windows Subsystem for Linux）是让您能双飞两种操作系统的一个不错方案，我自己就是用的WSL。但由于其运行Linux，需要您熟悉Linux命令。

它本质上是将Windows系统也变成虚拟机，于是您的计算机便可以同时运行Windows和Linux。安装好后，根据您选择的发行版自行安装g++和gdb即可。您都装Linux了，应当会查教程罢？

VC++

这是微软推出的编译器，在Windows系统下，使用VC++其实才是正统。但由于竞赛环境通常为g++，我们一般不使用。

在Visual Studio官网下载即可。注意不要用最新的VS 2026，据说bug比较多。用2022就行。

MinGW-w64

可以参考教程《最新！MinGW-w64的下载与安装（超详细！！！）》。

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无论您选择哪一种方案，务必将您的编译器和调试器所在目录添加到PATH环境变量。以下默认您安装了g++和gdb。

编辑器

VS Code（大力推荐）

下载、安装

在官网下载并安装即可。推荐下载“System Installer”版本。如果您屁事多，想要完全开源版本，请您移步VS Codium。

安装完成后，启动VS Code。

安装插件

您可以选择安装中文插件：在左边栏的图表中找到四个方块的那个，搜索Chinese，点击Install。安装完后，可能会提示需要重启编辑器，重启便是。但我个人推荐适应英文环境。

必须安装：C/C++插件。搜索C++后点击Install。

几乎是必须安装：C/C++ Compile Run插件。您也可以选择Code Runner之类的插件，功能基本相同，都是让您可以方便地运行C++的插件。

[!WARNING]

这个插件会覆盖调试快捷键F5，可能使您的断点不生效。以下是解决方法：按下快捷键Ctrl+Shift+P，键入shortcut，找到Preferences: Open Keyboard Shortcuts，键入F5（注意不是按F5键），在搜索结果中，凡是右边Source项为C/C++ Compile Run这个插件的一律删除（右键单击后，左键单击Remove Keybinding）。

其他推荐的插件：Code Translate、CodeSnap、Competitive Programming Helper (cph)、One Dark Pro。

配置

在设置（左下角齿轮 - Settings）中，找到Extensions - C/C++ Compile Run，将Cpp-flags设置为

-Wall -Wextra -g3 

将Output-location清空。

在您的电脑上合适的位置创建一个文件夹，作为工作目录（workspace），您的代码将存放在此目录及其子目录中。在VS Code左上角File菜单中选择Open Folder，找到这个文件夹并打开。如果不进行这一步，您将无法启动调试。

左侧创建一个C++文件test.cpp。进入后，输入以下内容：

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
	std::string s;
	std::getline(std::cin, s);
	std::cout << s << std::endl;
	return 0;
}

按下F6。此时应当会启动终端并运行您的程序。如果提示

点击Change compiler path并输入您编译器可执行文件的位置（例如D:\msys64\mingw64\bin\g++.exe），然后再次尝试F6。此时底部应当出现这样的小窗口：

您可以任意输入一行字符然后按下回车。此时程序应当将您的输入原封不动地打印一遍。

如果以上都没有问题，我们就可以进入下一步了。

在第7行，也就是std::cout << s << std::endl;这一行，左端行号左侧，鼠标悬停在上面会出现暗红色实心圆地地方点击一下，这样就添加一个断点。

按下F5，选择C++ (GDB/LLDB)，选择C/C++: g++.exe build and debug active file。这时底部应该也会弹出终端（也可能停在Debug Console，手动点一下Terminal即可）：

任意键入一行字符，回车。这时程序应当会在断点处暂停。点击左边的虫趴在三角形上的图标（Run and Debug），应当可以看到局部变量s = "..."，内容是您刚才输入的那一行。鼠标悬浮在代码中所有s上时（例如第7行）也会显示。

点击那个悬浮的几个图标中一个竖加一个三角形的那个，或按下F5，程序将继续执行直至结束。

如果以上步骤没有问题，我们的配置就彻底完成了。

Vim/Emacs

自己配置去罢。

记事本

狠人。

Sublime Text

集成开发环境（Integrated Development Environment, IDE）

竞赛中一般不使用，因为通常比较笨重，而且要求您创建项目。仅作介绍：

• Visual Studio
• CLion
• Code::Blocks（考场多见）
• Dev-C++（狗屎，旧时代的垃圾，能不用就不用，如果考场只有这个就提前适应一下）
• 小熊猫Dev-C++/小熊猫C++（Dev-C++现代升级，不错）

在线编译器

如果您的环境始终没有配好，不必担心，您可以临时使用在线编译器，例如洛谷在线IDE、Compiler Explorer等。

常用网站

• 洛谷：中国最大的算法竞赛刷题网站，以OI风格为主。
• Codeforces：（大约是全球最大最知名的）线上算法竞赛网站，题目丰富，多为思维题，但比赛时间通常比较阴间。
• AtCoder：日本网站，与Codeforces类似，规模相对较小，但由于中日时区接近，时间一般比较合适。
• Virtual Judge：不是OJ，但集成各大OJ平台，可以方便组题单和开练习赛。

基本数据类型

C++的基本数据类型与C语言几乎完全相同，仅添加bool类型。于是一共有以下基本类型：bool、char、short、int、long、long long、float、double、long double。其中，char、short、int、long、long long可以用unsigned或signed修饰，用于标明是否有符号（存储符号会占用一个二进制位），默认都是有符号的。

C++和C语言一样，语言本身只规定类型的最小长度。我强烈推荐使用<cstdint>头中的类型别名，例如int32_t、uint64_t等，它们以简洁的形式标注了数据的长度、类型、符号，兼具跨平台和简洁的优点。

C++的布尔值和C语言一样，“非零即为真”。

类型转换

很多时候会发生自动/隐式类型转换。例如

• 与范围更大的类型的值运算时，范围较小的类型的变量会自动向上转换。
• 赋值（包括值传递的参数）时，可以转换的类型会自动转换。

自动类型转换使代码更简洁，但代价是更容易出错。C++高度依赖程序员的自觉性。

C++风格的强制/显式类型转换有static_cast、dynamic_cast、const_cast、reinterpret_cast四种，其中第一个最常用。其写法为

int a = 114514, b = 1919810;
double f = static_cast<double>(a) / b; // b会自动转换为double

这个词还是比较噜苏的。竞赛中可以选择#define SC static_cast或者使用C风格（工程上不推荐）：

f = (double)a / b;

数据范围

三年OI一场空，不开long long见祖宗。

注意根据数据范围选择合适的数据类型，以免发生溢出（overflow）。有符号整数的溢出是未定义的行为（undefined behavior, UB）。UB也是C/C++臭名昭著的一点，运气不好时甚至可以让你的代码直接运行时出错但调试时却正确，或者本地正确但评测机报错，等等。

使用Linux的同学可以尝试在编译时加上-fsanitize=address,undefined，这样你的程序如果在运行时发生内存错误或未定义的行为就会报错。这条编译选项有可能有副作用，请您自己折腾。

浮点误差

浮点数运算是有误差的。如果要进行浮点数的比较，必须设定精度\(\varepsilon\)。

std::cout << (0.1 + 0.2 == 0.3) << std::endl					// false
		  << (std::abs(0.3 - (0.1 + 0.2)) < 1e-9) << std::endl			// true
		  << std::setprecision(17) << (0.1 + 0.2) << std::endl; // 0.30000000000000004

基本I/O

如果您学过C语言，您一定已经非常熟悉<stdio.h>中的printf和scanf了。这里我们优先介绍一下C++的输入输出。

<iostream>头的基本使用

关于std::

"There are only two hard things in Computer Science: cache invalidation and naming things." --- Phil Karlton

这是C++引入的一个非常好的概念，命名空间（namespace），旨在减少想不出名字的问题。

例如，C语言标准库<time.h>有一个函数叫time。如果我想要在引入这个头文件的地方自定义一个全局变量/类型/函数叫time就会爆炸——编译器会告诉你time被重新声明了，这是不允许的；如果是局部变量，虽然不会有语法错误，但那个time函数也却用不了了。

命名空间很好的解决了这个问题。在C++中，你可以这样：

#include <ctime>

int main() {
	int time = 0;
	std::time(nullptr); // 标准库的time函数
	return 0;
}

不过，到处std::可能会稍显噜苏。C++也提供了两种选择：

using std::time;
using namespace std;

第一种是告诉编译器，当前语境中，我所说的time全都是std::time；第二种是告诉编译器，当前语境中，所有没见过的东西都尝试加个std::前缀，再看看是不是有定义的。

这种做法虽然可以简化代码，但是副作用也很明显。特别是由于C++预处理器直接复制粘贴的特性，绝对不要在头文件中这么写。工程上通常要求仅在局部（如函数体中）允许这种using或完全禁止；竞赛中你想怎样就怎样罢，没人管，怎么快怎么来，自己分得清就行。

输入

int integer;
char character;
double floating_point;
std::string string;

std::cin >> integer >> character >> floating_point >> string;

std::cin读作“C in”，其中“C”代指console（控制台），它是标准头<iostream>中的一个对象（object）。它重载（override）的>>运算符会从标准输入流（stdin）（通常是您的终端，但也可以重定向到文件等）读入，并将值存储到变量中。它可以在编译时自动识别出您给的变量的类型（不是用户输入的类型），从而无需您像scanf那样设置格式字符串。它可以像上面那样“流式”输入，因此中文名实际上叫“控制台输入流”，它的类型是std::istream（输入流），这个头文件叫做iostream（输入输出流）。

C语言中，我们根据scanf的返回值判断是否正常读入；C++中，std::cin重载了转换为bool类型的运算符，因此可以通过if (std::cin >> x) {}来判断读入是否合法。

输出

类似地，这个头中还有一个std::ostream（输出流）类型的对象std::cout，称为“控制台输出流”，读作“C out”。它读取变量的值，并输出到标准输出流（stdout）（通常是您的终端，但也可以重定向到文件等）。其用法也是类似的，同样也能在编译期间识别变量类型，同样可以流式输出，只不过符号的方向变为了<<。

int integer = 114514;
char character = 'a';
double floating_point = 3.14159;
std::string string = "Hello World";

std::cout << integer << ' ' << character << '\n'
		  << floating_point << '\n'
		  << string << std::endl;

注意，我们上面使用了两种换行的方式：一种是'\n'也就是换行符，另一种是std::endl。前者与输出一个普通字符没有区别，后者等价于

std::cout << '\n'; // 输出换行符
std::cout.flush(); // 刷新缓冲区

两行。

I/O操作相对于内存操作来说是很费时的。为了节省时间，C/C++都为I/O设置了缓冲区，也就是说，当你用printf或std::cout输出时，程序不会直接将内容输出到控制台，而是先保存在内存中一定区域（称为缓冲区（buffer）），等到缓冲区满了或代码显式要求的时候才将其输出到控制台，并清空缓冲区，这个操作称为“刷新（flush）缓冲区”。

因此，频繁std::cout << std::endl会导致程序变慢；而如果只用std::cout << '\n'的话，对于控制台程序，用户可能无法立刻看到程序输出的内容。在算法竞赛中，绝大多数情况下（除了交互题），评测机都是等我们的程序执行完毕后才读取输出，因此我们可以总是使用'\n'。

<cstdio>头的基本使用

虽然<iostream>提供了方便的类型识别，但它在设计上具有一定缺陷，因此有时C风格的格式化输入输出更好用。例如，输出固定位数的浮点数，需要这样：

std::cout << std::setprecision(10) << std::fixed << 3.14159265358979;

如果要频繁切换输出的位数，std::cout将很不方便。如果要固定输出长度，不足的用空格填充的话，就更麻烦了。在这些情况下，printf展现出巨大优势。

C++23新增了被寄予巨大希望的std::print，它将给出现代的格式化输出方案，但很多竞赛目前仍在C++14甚至11。

重定向

算法竞赛中，文件流重定向也是很常用的。如果您有C或Python基础，您应当知道fopen或open函数。重定向函数使用类似的访问权限字符串。其用法为

std::freopen("test.in", "r", stdin);   // 将标准输入流重定向到文件test.in，用只读模式打开
std::freopen("test.out", "w", stdout); // 将标准输出流重定向到文件test.out，用只写模式打开，会清空原有文件内容

以上两句分别重定向stdin和stdout，由于cin和cout分别读写这两个流，因此它们也会被重定向。

在调试时，我们习惯将它们重定向到文件以免手动输入的麻烦。这时为了方便查看中间变量的值，可以用stderr（标准错误流）打印。由于该流并未被重定向，它的输出将直接到达控制台。

int x = 3;
std::fprintf(stderr, "fprintf %d\n", x);
std::cerr << "cerr " << x << '\n';

stderr设计初心是立刻展示错误信息，因此它默认情况下没有缓冲区，它的'\n'与std::endl没有区别。

交题时记得将这两行注释掉！否则您将爽吃罚时（ACM赛制）或爆零（NOI赛制）。

<iostream>加速

默认情况下，cin/cout/scanf与printf慢得多。但这并不是不可改变的。只需一点点设置，即可让两者速度基本相当，甚至有时cin/cout会更胜一筹。

关闭同步

默认情况下，C++ 为了兼容性，将 cin/cout 与 scanf/printf 进行了同步（synchronize），在每一次I/O操作时，C++流会立即将此操作应用于对应的C缓冲区中。如果关闭同步，C++流将仅使用自己的缓冲区，这样I/O效率会显著提高。

std::ios::sync_with_stdio(false);

关闭同步后，绝对不可以同时使用cin和scanf，也不能同时使用cout和printf，因为输出顺序会乱掉（C和C++的流刷新缓冲区的时间不同步）。

解绑

在默认的情况下std::cin关联的是&std::cout，因此每次进行格式化输入的时候都要调用std::cout.flush()清空输出缓冲区，这样会增加I/O负担。无需交互时，我们可以解除关联，进一步加快执行效率。

std::cin.tie(nullptr);

解绑后，执行cin时不再保证其前面的cout都从缓冲区输出，但对于除交互题以外的题目都没有副作用。

二者是可以合并起来写的：

std::cin.tie(nullptr)->sync_with_stdio(false);

在极端情况下，我们会在<cstdio>基础上自己写快读/快写函数，以追求极致效率，但这通常没有必要（除非您在试图卡常）。这里我们不做介绍。感兴趣的同学可以移步OI-wiki。

流程控制

分支

if else语句

if (condition1) {
	// do sth
} else if (condition2) {
	// do sth else
} else {
	// do another thing
}

switch case语句

用得相对比较少，功能也比较弱。

int x;
std::cin >> x;
switch (x) {
case 0:
	std::cout << "0\n";
case 1:
	std::cout << "0 or 1\n";
	break;
case 2:
	std::cout << "2\n";
    break;
default:
	std::cout << "else\n";
}

while语句

while (condition) {
	// do sth
}

while语句会在每次循环开始前检查条件是否成立。

do while语句

do {
	// do sth
} while (condition);

do while语句会先在每次循环结束后再检查条件是否成立。

for语句

for (int i = 0; i < 10; ++i) {
	// do sth
}

不同于蟒蛇，C/C++/Java的for语句要求很宽松。里面可以放入任何形式的三个statement（只要中间那条能转换成bool）。例如，以下代码是完全符合语法的：

int x = 1;
for (x = std::cin.get(); std::cin >> x; std::cout << x << std::endl);

另外，C++11引入了基于范围的for语句（range based for loop），形如

for (auto element : container) {
	// do sth
}

这个等我们以后讲了容器再说罢。

goto语句

禁器。它可以有很妙的用途，但绝对不要使用！它会破坏程序的顺序结构，容易出错的同时降低可读性，还会使编译器难以优化。除非您在编写操作系统之类的东西，否则绝对避免！