C++学习基础笔记-输入&输出+科学记数法

C++基础-输入&输出+科学记数法

心血来潮，打算从今天开始写笔记

一.常见的头文件

1.iostream
2.iomanip
3.cstdio

1. `<iostream>` 头文件

作用：

<iostream> 头文件包含了与输入输出（I/O）相关的功能，它定义了标准输入流（cin）、标准输出流（cout）、标准错误流（cerr）等对象。通过这些对象，可以与控制台进行数据的输入输出。

常见功能：

cin：用于从标准输入（通常是键盘）获取数据。
cout：用于向标准输出（通常是屏幕）打印数据。
cerr：用于输出错误信息，通常输出到屏幕。
clog：用于输出日志信息，通常输出到屏幕。

示例代码：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int num;
    
    // 从用户输入获取数据
    cout << "Enter a number: ";
    cin >> num;  // 从标准输入读取数据

    // 输出到屏幕
    cout << "You entered: " << num << endl;
    return 0;
}

输出：

1 2	`Enter a number: 5 You entered: 5`

在这个例子中：

cin >> num; 从键盘获取输入。
cout << "You entered: " << num << endl; 将用户输入的数据输出到控制台。

2. `<iomanip>` 头文件

作用：

<iomanip> 头文件定义了多种用于格式化输入输出的操控符，主要是为控制输出格式提供了更强的功能。常见的操控符有 setprecision、setw、fixed、left、right 等。它通常与 <iostream> 一起使用，用于定制化输出格式，比如设置小数点后的位数、输出对齐方式等。

常见功能：

setprecision(n)：设置浮点数的输出精度（即小数位数或总位数）。
fixed：控制浮点数输出为定点格式，避免使用科学计数法。
scientific：控制浮点数输出为科学计数法格式。
setw(n)：设置输出字段的宽度，适用于数字、字符串等输出。
left、right、internal：控制输出对齐方式，分别为左对齐、右对齐和内对齐。
setfill(c)：设置输出宽度不足时填充的字符。
showpoint：强制显示浮点数的小数点。

示例代码：

#include <iostream>
#include <iomanip>  // 包含 iomanip 头文件，提供格式化功能
using namespace std;

int main() {
    double pi = 3.141592653589793;

    // 设置输出为定点格式并保留两位小数
    cout << fixed << setprecision(2);
    cout << "Pi: " << pi << endl;  // 输出 Pi: 3.14

    // 设置输出宽度为10，数字右对齐，左边填充'0'
    cout << setw(10) << setfill('0') << 42 << endl;  // 输出 000000042

    // 设置输出为科学计数法
    cout << scientific << setprecision(4);
    cout << "Scientific: " << pi << endl;  // 输出 Scientific: 3.1416e+00

    return 0;
}

输出：

1
2
3

Pi: 3.14
000000042
Scientific: 3.1416e+00

在这个例子中：

fixed << setprecision(2) 强制将 pi 输出为定点格式，并保留两位小数。
setw(10) 设置输出字段的宽度为 10，setfill('0') 设置填充字符为 '0'，所以数字 42 会右对齐，前面填充零。
scientific << setprecision(4) 将浮点数以科学计数法格式输出，并保留 4 位小数。

总结：

<iostream> 头文件：包含了与标准输入输出相关的功能，提供了 cin、cout、cerr 等常用对象。
<iomanip> 头文件：提供了用于格式化输入输出的操控符，能够控制浮点数的精度、输出的宽度、对齐方式等格式化选项。

这两个头文件通常是 C++ 输入输出操作的基础，<iostream> 主要负责数据流的输入输出，而 <iomanip> 使得输出结果可以更加精确和易于阅读。

3. `<cstdio>` 头文件

在 C++ 中，<cstdio> 头文件是 C 标准库的一部分，提供了用于输入输出操作的函数，尤其是格式化输入输出的函数。它是 C++ 中支持 C 风格的输入输出功能的标准头文件，允许你使用 printf、scanf 等函数来进行数据的输出和输入。

1. `<cstdio>` 头文件的作用

<cstdio> 头文件的主要作用是提供与文件和标准输入输出设备（如终端、控制台）交互的函数。它定义了用于格式化输入输出的函数，文件操作函数等。

2. 常见的函数

<cstdio> 中包含的最常用的函数包括：

1) `printf` — 格式化输出

printf 是一个格式化输出函数，允许将数据打印到标准输出（通常是控制台）。它可以输出文本、整数、浮点数、字符等类型的数据。

#include <cstdio>

int main() {
    int num = 42;
    printf("Number: %d\n", num);
    return 0;
}

2) `scanf` — 格式化输入

scanf 是一个格式化输入函数，允许从标准输入（通常是键盘）读取数据，并根据指定的格式存储到变量中。

#include <cstdio>

int main() {
    int num;
    printf("Enter a number: ");
    scanf("%d", &num);
    printf("You entered: %d\n", num);
    return 0;
}

3) `fprintf` — 格式化输出到文件

fprintf 类似于 printf，但是它将输出写入指定的文件，而不是标准输出。

#include <cstdio>

int main() {
    FILE *file = fopen("output.txt", "w");
    if (file != nullptr) {
        fprintf(file, "Hello, file!\n");
        fclose(file);
    }
    return 0;
}

4) `fscanf` — 格式化从文件输入

fscanf 类似于 scanf，但是它从指定的文件中读取数据。

#include <cstdio>

int main() {
    FILE *file = fopen("input.txt", "r");
    int num;
    if (file != nullptr) {
        fscanf(file, "%d", &num);
        printf("Read number from file: %d\n", num);
        fclose(file);
    }
    return 0;
}

5) `fputs` 和 `fgets` — 文件读写

fputs 用于将字符串写入文件。
fgets 用于从文件中读取一行字符串。

#include <cstdio>

int main() {
    FILE *file = fopen("test.txt", "w");
    if (file != nullptr) {
        fputs("This is a test line.\n", file);
        fclose(file);
    }

    file = fopen("test.txt", "r");
    char buffer[256];
    if (file != nullptr) {
        fgets(buffer, 256, file);
        printf("Read from file: %s", buffer);
        fclose(file);
    }
    return 0;
}

6) `getchar` 和 `putchar` — 字符输入输出

getchar 用于从标准输入读取一个字符。
putchar 用于将一个字符输出到标准输出。

#include <cstdio>

int main() {
    char ch;
    printf("Enter a character: ");
    ch = getchar();  // 从标准输入读取一个字符
    printf("You entered: ");
    putchar(ch);  // 输出字符
    return 0;
}

7) `fgetc` 和 `fputc` — 文件字符读写

fgetc 用于从文件中读取一个字符。
fputc 用于将一个字符写入文件。

#include <cstdio>

int main() {
    FILE *file = fopen("test.txt", "w");
    if (file != nullptr) {
        fputc('A', file);
        fclose(file);
    }

    file = fopen("test.txt", "r");
    if (file != nullptr) {
        char ch = fgetc(file);
        printf("Read from file: %c\n", ch);
        fclose(file);
    }
    return 0;
}

3. 文件操作

<cstdio> 头文件还包含了用于处理文件的函数：

fopen：打开文件
fclose：关闭文件
feof：判断文件指针是否到达文件末尾
ferror：检查文件操作是否出错
fseek、ftell：文件指针的定位操作
rewind：将文件指针重置到文件的开头

#include <cstdio>

int main() {
    // 打开文件
    FILE *file = fopen("example.txt", "w");
    if (file != nullptr) {
        fprintf(file, "This is a test file.\n");
        fclose(file);
    }

    // 打开文件读取
    file = fopen("example.txt", "r");
    if (file != nullptr) {
        char line[100];
        fgets(line, 100, file);
        printf("File content: %s", line);
        fclose(file);
    }
    return 0;
}

4. 错误处理

<cstdio> 中有一些用于错误处理的函数，例如：

perror：输出最后一个错误的描述信息
clearerr：清除文件流的错误标志

#include <cstdio>

int main() {
    FILE *file = fopen("nonexistent_file.txt", "r");
    if (file == nullptr) {
        perror("Error opening file");  // 输出错误信息
    }
    return 0;
}

5. `<cstdio>` 与 C++ 的 `<iostream>`

虽然 C++ 提供了更现代的输入输出方式，例如 std::cout 和 std::cin 来代替 C 语言的 printf 和 scanf，但是有时候使用 <cstdio> 中的函数会更直接，尤其在需要进行格式化输出、控制输出精度、或进行文件操作时，C 风格的函数提供了更细粒度的控制。

C++ 中推荐使用 <iostream> 和 流式输出输入，因为它们提供了类型安全、更好的可维护性和更简洁的语法。例如：

#include <iostream>

int main() {
    int num = 42;
    std::cout << "Number: " << num << std::endl;
    return 0;
}

6. 小结

<cstdio> 是 C 和 C++ 中提供的标准输入输出库，包含了大量用于格式化输出、从键盘读取输入、与文件交互等功能的函数。虽然在 C++ 中，我们更常用 iostream 库来进行输入输出操作，但 <cstdio> 仍然非常有用，尤其在涉及到低级的、精确的输入输出需求时。

二.printf参数

在 C++ 中，printf 是一个用于格式化输出的标准库函数，通常用于打印文本和数值信息。它来自于 C 语言，并且仍然在 C++ 中广泛使用，特别是当你需要控制输出格式（如数字的精度、对齐、填充字符等）时，printf 会比 C++ 的流式输出（如 cout）提供更多的灵活性。

`printf` 的作用：

用于将文本和变量打印到控制台。
提供了丰富的格式控制功能，允许你指定输出的格式，例如指定小数点后几位、数值的对齐、使用固定宽度等。

`printf` 的语法：

printf 函数的基本语法如下：

1
2
3

#include <cstdio>  // 需要包含这个头文件

int printf(const char *format, ...);

format 是一个格式化字符串，包含普通字符和格式说明符。格式说明符是以 % 开头，后面跟随具体的格式标识符，用于指示如何输出对应的变量。
后续的 ... 是可变参数，表示在格式字符串中占位符对应的变量。

常见的格式说明符：

%d：输出整数（十进制）。
%f：输出浮点数（默认小数点后6位）。
%.2f：输出浮点数，保留两位小数。
%s：输出字符串。
%c：输出字符。
%x：输出整数的十六进制表示。
%o：输出整数的八进制表示。

示例代码：

#include <cstdio>  // 包含 printf 函数所需的头文件

int main() {
    int age = 25;
    double height = 1.75;

    // 打印整数
    printf("Age: %d\n", age);

    // 打印浮点数，保留两位小数
    printf("Height: %.2f\n", height);

    // 打印字符串
    printf("Name: %s\n", "John");

    // 打印字符
    printf("Initial: %c\n", 'J');

    // 打印十六进制整数
    int number = 255;
    printf("Hexadecimal: %x\n", number);

    return 0;
}

输出：

Age: 25
Height: 1.75
Name: John
Initial: J
Hexadecimal: ff

格式控制：

printf 支持许多格式控制选项，如指定输出的宽度、对齐、填充字符、精度等。

示例：指定宽度、对齐和填充

#include <cstdio>

int main() {
    int num = 42;

    // 指定最小宽度为 10，右对齐，空格填充
    printf("|%10d|\n", num);  // 输出: |        42|

    // 指定最小宽度为 10，左对齐，空格填充
    printf("|%-10d|\n", num);  // 输出: |42        |

    // 使用零填充，指定宽度为 10
    printf("|%010d|\n", num);  // 输出: |0000000042|

    return 0;
}

输出：

1
2
3

|        42|
|42        |
|0000000042|

关于 `print`：

在 C++ 标准库中没有 print 函数。虽然很多现代编程语言（如 Python、JavaScript）使用 print 来输出信息，但 C++ 中没有内置的 print 函数。你可以使用 printf 或 cout 来实现输出功能。

1. 使用 `printf`：

如前所述，printf 是 C 和 C++ 中常用的格式化输出函数，适用于需要精确控制输出格式的场景。

2. 使用 `cout`：

C++ 更倾向于使用 cout 来进行输出，这个函数来自 C++ 标准库 <iostream> 头文件。它更加面向对象，且支持流式操作，适合大多数简单的输出需求。

#include <iostream>

int main() {
    int age = 25;
    double height = 1.75;

    // 使用 cout 打印输出
    std::cout << "Age: " << age << std::endl;
    std::cout << "Height: " << height << std::endl;

    return 0;
}

输出：

1 2	`Age: 25 Height: 1.75`

总结：

printf 是一个 C 语言中的标准输出函数，也可以在 C++ 中使用，提供了格式化输出的强大功能。它通过格式化字符串来控制输出的精度、对齐、宽度等，适用于需要精确控制输出格式的场景。
C++ 标准库中没有直接的 print 函数，通常使用 printf 或 cout 来输出信息。如果你不需要复杂的格式控制，cout 是 C++ 中的推荐方式。

三.补充PS：

科学记数法（Scientific Notation）通常用于表示非常大或非常小的数字，目的是将数字表示得更加简洁和易于处理。你提到的 e 符号其实就是科学记数法的一种表示方式，表示“乘以 10 的幂”。这种表示方法在计算机科学和数学中非常普遍。现在，我们来详细解释一下为什么会用 e 而不是传统的“数字的几次方”。

科学记数法的基本形式：

科学记数法的基本形式是：

$$ a \times 10^b $$

其中：

( a ) 是一个有效数字（通常是一个在 1 到 10 之间的数字）。
( b ) 是一个整数，表示 10 的幂次。

例如：

( 3.14 \times 10^2 = 314 )
( 1.23 \times 10^{-4} = 0.000123 )

这种表示法有效地将大数和小数缩写成简洁的形式，方便显示和计算。

为什么使用 `e` 符号？

在计算机系统中，尤其是在 C++ 中，科学记数法常常使用 e 来表示“乘以 10 的幂”，这种方式来源于数学中的“指数记法”。e 代表的是“乘以 10 的某个幂次”。所以，数字的科学记数法可以写成：

$$ a \times 10^b $$

在计算机中，通常使用 e 来表示这个关系。例如：

1.23e2 等价于 ( 1.23 \times 10^2 )（即 123）
4.56e-3 等价于 ( 4.56 \times 10^{-3} )（即 0.00456）

`e` 是如何产生的？

e 来自于数学中指数表示法，它是 exponent（指数）的简写。我们可以把它看作是表达 “10 的幂” 的一个标记。例如：

( 3.14 \times 10^2 ) 在计算机表示中会写作 3.14e2
( 1.23 \times 10^{-4} ) 会写作 1.23e-4

这使得科学记数法更简洁，不需要显示完整的 × 10^ 部分。

举例：

1.23e2:
这表示 ( 1.23 \times 10^2 = 123 )。
1.23e-2:
这表示 ( 1.23 \times 10^{-2} = 0.0123 )。
4.56e5:
这表示 ( 4.56 \times 10^5 = 456000 )。
9.8e-3:
这表示 ( 9.8 \times 10^{-3} = 0.0098 )。

为什么不直接使用 “数字的几次方”？

传统的数学表示中，我们可以写作 ( 1.23 \times 10^2 )，但在计算机中，尤其是在编程语言中，e 符号为简洁的表达方式。使用 e 而不是完全展开的形式，能够方便地处理非常大的数字或非常小的数字。由于计算机中的浮点数通常采用二进制表示，使用 e 来表示科学记数法符合计算机内部的存储与计算方式，使得它既简洁又能有效地表达指数。

小结：

e 是科学记数法中的标准符号，代表“乘以 10 的某个幂”。
它是 exponent（指数）的缩写，在数学和计算机中广泛使用。
e 使得浮点数表示更加简洁，特别是在计算机程序中，避免了显示冗长的“乘以 10 的幂”部分。

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作者

鸣心

发布于

2024年11月10日

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一.常见的头文件

1. <iostream> 头文件

作用：

常见功能：

示例代码：

输出：

2. <iomanip> 头文件

作用：

常见功能：

示例代码：

输出：

总结：

3. <cstdio> 头文件

1. <cstdio> 头文件的作用

2. 常见的函数

1) printf — 格式化输出

2) scanf — 格式化输入

3) fprintf — 格式化输出到文件

4) fscanf — 格式化从文件输入

5) fputs 和 fgets — 文件读写

6) getchar 和 putchar — 字符输入输出

7) fgetc 和 fputc — 文件字符读写

3. 文件操作

4. 错误处理

5. <cstdio> 与 C++ 的 <iostream>

6. 小结

二.printf参数

printf 的作用：

printf 的语法：

常见的格式说明符：

示例代码：

输出：

格式控制：

示例：指定宽度、对齐和填充

输出：

关于 print：

1. 使用 printf：

2. 使用 cout：

输出：

总结：

三.补充PS：

科学记数法的基本形式：

为什么使用 e 符号？

e 是如何产生的？

举例：

为什么不直接使用 “数字的几次方”？

小结：

1. `<iostream>` 头文件

2. `<iomanip>` 头文件

3. `<cstdio>` 头文件

1. `<cstdio>` 头文件的作用

1) `printf` — 格式化输出

2) `scanf` — 格式化输入

3) `fprintf` — 格式化输出到文件

4) `fscanf` — 格式化从文件输入

5) `fputs` 和 `fgets` — 文件读写

6) `getchar` 和 `putchar` — 字符输入输出

7) `fgetc` 和 `fputc` — 文件字符读写

5. `<cstdio>` 与 C++ 的 `<iostream>`

`printf` 的作用：

`printf` 的语法：

关于 `print`：

1. 使用 `printf`：

2. 使用 `cout`：

为什么使用 `e` 符号？

`e` 是如何产生的？