04_第一个程序与输入输出

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;
}

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

#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;
}

格式化输出

#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
}

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

int main() { return 0; }                    // 无参数
int main(int argc, char* argv[]) { return 0; }  // 命令行参数

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：

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);

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。

力扣基础 I/O 练习：
力扣: 入门练习
力扣: 简单计算题
力扣: 简单输入输出题

AI 自检提示：询问 AI “为什么 cin >> n 后接 getline 会读到空字符串，如何解决”。