第一个程序与输入输出
建议先阅读：02_环境配置
原理
main 是 C++ 程序的唯一入口点——操作系统加载可执行文件后，C 运行时（crt0）调用 main 函数。return 0 将退出码传给操作系统（约定 0=成功，非 0=异常）。
#include <iostream>
int main() {
std::cout << "Hello, World!" << std::endl;
return 0;
}
```asm
**预处理阶段**：`#include <iostream>` 将整个 `iostream` 头文件内容插入此处。`<iostream>` 包含约 2-3 万行模板代码，这也是预处理后文件膨胀的原因。
**内存中的 I/O**：`std::cout` 是全局 `std::ostream` 对象，通过 `<<` 运算符重载将数据写入**输出缓冲区**。缓冲区满或遇 `std::endl`/`std::flush` 时才真正写入控制台（系统调用 `write()`），这也是缓冲区存在的性能意义。
`std::cin` 是 `std::istream` 对象，从**输入缓冲区**读取数据。`cin >> x` 以空白字符（空格/Tab/换行）为分隔符，自动跳过前导空白。剩余换行符留在缓冲区中——这是 `cin >>` 后接 `getline` 需要 `cin.ignore()` 的原因。
> `std::endl` = `'\n'` + `flush()`；`'\n'` 仅输出换行，不刷新。高频输出用 `'\n'` 性能更好。
### cout 与 printf 的底层差异
- `printf` 依赖格式字符串（`%d`, `%f` 等），类型不匹配是**未定义行为**——编译器不检查
- `cout` 通过运算符重载实现类型安全，编译器自动选择正确的 `<<` 重载
- `std::ios::sync_with_stdio(false)` 可关闭 cout 与 printf 的同步，提升 cin/cout 速度
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## 语法
### 基本输入输出
```cpp
#include <iostream>
#include <string>
int main() {
int a, b;
std::cin >> a >> b;
std::cout << a + b << std::endl;
std::string line;
std::cin.ignore(); // 清除残留换行符
std::getline(std::cin, line); // 读取整行
std::cout << line << '\n';
return 0;
}
```cpp
### 格式化输出
```cpp
#include <iostream>
#include <iomanip>
int main() {
double pi = 3.141592653589793;
std::cout << std::setprecision(3) << pi << '\n'; // 3.14 (有效数字)
std::cout << std::fixed << std::setprecision(3) << pi << '\n'; // 3.142 (小数位)
std::cout << std::setw(10) << std::right << "Hello" << '\n';
std::cout << std::setfill('0') << std::setw(8) << 42 << '\n';
int n = 255;
std::cout << std::hex << std::showbase << std::uppercase << n << '\n'; // 0XFF
std::cout << std::oct << n << '\n'; // 377
std::cout << std::dec << n << '\n'; // 255
}
```asm
| 操控器 | 作用 | 持续性 |
|--------|------|--------|
| `setw(n)` | 宽度 | 仅下一次 |
| `setprecision(n)` | 精度 | 持续 |
| `fixed` | 定点小数 | 持续 |
| `setfill(c)` | 填充字符 | 持续 |
| `left`/`right` | 对齐 | 持续 |
| `hex`/`oct`/`dec` | 进制 | 持续 |
### main 函数签名
```cpp
int main() { return 0; } // 无参数
int main(int argc, char* argv[]) { return 0; } // 命令行参数
```cpp
`argc` 是参数个数（含程序名本身），`argv` 是参数字符串数组。
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## 实践
cin-getline 混用陷阱：
```cpp
int n;
std::cin >> n;
std::cin.ignore(); // 必须清除缓冲区的换行符
std::string s;
std::getline(std::cin, s);
```cpp
> `cin.fail()` 检测输入失败；`cin.clear()` 清除错误标志；`cin.ignore()` 丢弃缓冲区字符。
练习 I/O 练习：
练习: 入门练习
练习: 简单计算题
练习: 简单输入输出题