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;
}