C++启蒙课程：第4章复合类型

课时一：连体储物柜：数组与C-风格字符串

（覆盖知识点 4.1.1 - 4.2.5）

4.1 连体储物柜 (数组)

数组是连续编号的储物柜，编号从0开始。C++11禁止“缩窄转换”（如把小数塞进整数柜）。

尝试初始化: int arr[1] = { }

// 声明一个有5个整数的数组
int scores[5]; 
// 初始化 (C++11)
int arr[5] = {1, 2}; // {1, 2, 0, 0, 0}
// 错误！2.5 是 double，不能塞进 int 柜子
// int arr[1] = {2.5};
                    

4.2 字符链与空字符幽灵

C-风格字符串是 `char` 数组，末尾藏着一个隐形的“幽灵”——空字符 `\0`，告诉程序“我在这里结束了”。

输入字符串:

'H' 'e' 'l' 'l' 'o' 👻(\0)

// "Hello" 包含 5 个字符
// 但数组大小必须是 6，为 \0 留出空间
char name[6] = "Hello"; 

// 编译器自动在末尾添加 \0
// 内存中是: ['H','e','l','l','o','\0']
                    

4.2.3 `cin` vs `getline`

`cin` 机器人遇到空格就停下。`getline` 机器人会拿走一整行。

输入 "Hello World":

char name[50];
// cin 只会读取 "Hello"
cin >> name; 

// cin.getline 会读取 "Hello World"
cin.getline(name, 50);
                    

4.2.5 混合输入陷阱

`cin >> age;` 会在输入流中留下一个“回车符垃圾” (\n)，导致下一个 `getline` 立刻读到它并停止。

输入流:

5 🗑️(\n)

int age;
char name[50];
cin >> age;
// 必须在这里“吃掉”垃圾
cin.get(); // <-- 修复陷阱！
cin.getline(name, 50);
                    

课时二：智能百宝箱：string类与结构

（覆盖知识点 4.3.1 - 4.6.2）

4.3 智能弹性绳 (string)

`string` 类是更现代的字符串。它像一根弹性绳，可以自动调整大小，并用 + 号轻松拼接。

输入文字，看它伸缩:

Hello

#include <string> // 需要头文件
using namespace std;

string s1 = "Hello";
string s2 = "World";
// 用 + 号轻松拼接
string s3 = s1 + " " + s2; 
// s3 is "Hello World"
                    

4.4 定制超级百宝箱 (struct)

结构 (struct) 是一种蓝图，让你能定制一个可以装下 *不同类型* 物品的“百宝箱”。

struct Student

string name

int age

// 定义一个“学生”蓝图
struct Student {
    string name;
    int age;
};

// 创造一个真实的学生“百宝箱”
Student s;
// 使用 . 运算符访问成员
s.name = "Alice";
s.age = 10;
                    

4.5 共享内存格 (union)

共用体 (union) 只有一个内存格，它在同一时间 *只能* 存储一种类型的值。

...

union OneValue {
    int i;
    double d;
};

OneValue v;
v.i = 99; // 现在它存储 int
// v.d = 3.14; // 现在它存储 double (int 99 丢失)
                    

4.6 身份牌常量 (enum)

枚举 (enum) 让你为整数创建有意义的名字（身份牌），默认从 0 开始。

点击身份牌查看整数值:

...

// Red=0, Blue=1, Green=2
enum Color { Red, Blue, Green };

Color my_color = Blue;

if (my_color == Blue) {
    // ...
}
                    

课时三：地址魔法：指针与动态内存

（覆盖知识点 4.7.1 - 4.8.5）

4.7.1 内存导航仪 (指针)

指针 (* pt) 是一个变量，它不存值，只存另一个变量的“地址”。& 用来取地址，* 用来取地址上的值。

val = 5 (地址: 0x1000)

pt = ... (一个指针)

int val = 5;
int* pt;      // pt 是一个指向 int 的指针
pt = &val;    // & 取 val 的地址，存入 pt

// * (解除引用) 查看 pt 指向的值
cout << *pt; // 输出 5
                    

4.7.4 自由魔法乐园 (Heap)

new 运算符在“自由存储区”（堆）中申请一块内存。你必须用 delete 手动归还它，否则会“内存泄漏”！

自由魔法乐园 (Heap)

// 申请一块 int 内存
int* pn = new int; 
*pn = 10; // 使用它

// 必须手动释放！
delete pn;

// 动态数组
int* arr = new int[10];
// 必须用 delete [] 释放数组
delete [] arr;
                    

4.8.1 指针算术

指针 + 1 不是地址+1，而是“跳到下一个元素”。 arr[i] 等价于 *(arr + i)。

0

1

2

3

🧭

int arr[4] = {0, 1, 2, 3};
int* pt = arr; // pt 指向 arr[0]

pt++; // pt 现在指向 arr[1]

// arr[2] 和 *(arr + 2) 是一样的
cout << *(arr + 2); // 输出 2
                    

4.8.4 动态结构 (箭头)

如果你的指针指向一个结构体 (用 new 创建的)，你必须使用箭头运算符 (->) 来访问它的成员。

ps (指针)

->

[ Pizza (在Heap上) ]

struct Pizza { string name; };

// 创建一个动态的 Pizza
Pizza* pp = new Pizza;

// 使用箭头 -> 访问成员
pp->name = "Supreme";

// 别忘了 delete
delete pp;
                    

课时四：高阶类型与现代工具

（覆盖知识点 4.9 - 4.10.3）

4.9 乐高积木拼装

C++允许你像拼乐高一样组合类型：比如“结构数组”（一个数组，每个元素都是一个结构）。

struct Student {
    string name;
    int scores[5]; // 数组作为成员
};

// 结构数组
// 创造一个能装 30 个 Student 的数组
Student my_class[30];

// 访问
my_class[0].name = "Alice";
my_class[0].scores[0] = 99;
                    

4.10.1 可伸缩储物柜 (vector)

`vector` 是内置数组的“升级版”。它可以动态增长，用 push_back() 往里添加元素。

99

#include <vector>
using namespace std;

vector<int> scores;
scores.push_back(99); // 添加 99
scores.push_back(100); // 添加 100
// vector 自动变大
                    

4.10.2 安全固定储物柜 (array)

`array` (C++11) 像内置数组一样“长度固定”，但更安全、更现代。

访问 array<double, 10>

#include <array>
using namespace std;

// 长度固定的数组 (10个 double)
array<double, 10> temp_data;
temp_data[0] = 3.14;
// temp_data.at(10); // 会安全地报错
                    

编程实践与作业 (4.13)

是时候检验你作为“超级数据容器”管理员的实力了！

练习 1：混合输入处理器 (4.13 练习 1 简化)

任务：

编写一个程序，要求用户先输入年龄（int），再输入包含空格的完整姓名（使用 char 数组）。确保成功读取姓名。

点击查看参考答案

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int age;
    const int SIZE = 50;
    char full_name[SIZE];

    cout << "请输入您的年龄: ";
    cin >> age;

    // 4.2.5 修复混合输入陷阱：清理输入流中剩余的换行符
    cin.get();

    cout << "请输入您的全名 (可包含空格): ";
    // 4.2.4 每次读取一行字符串输入
    cin.getline(full_name, SIZE);

    cout << "您好，" << full_name << "！您的年龄是: " << age << endl;

    return 0;
}
                            

练习 2：CandyBar 结构 (4.13 练习 5)

任务：

定义一个 CandyBar 结构，包含品牌（string）、重量（double）和卡路里（int）。初始化并显示其内容。

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#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

// 4.4 结构蓝图定义
struct CandyBar {
    string brand;
    double weight;
    int calories;
};

int main() {
    // 4.4.2 C++11 结构初始化 (列表初始化)
    CandyBar snack = {"Mocha Munch", 2.3, 350};

    cout << "零食品牌: " << snack.brand << endl;
    cout << "重量: " << snack.weight << endl;
    cout << "卡路里: " << snack.calories << endl;

    return 0;
}
                            

练习 3：动态比萨结构 (4.13 练习 8 简化)

任务：

使用 new 为 Pizza 结构动态分配内存，然后获取比萨饼的直径和公司名称，并正确释放内存。

点击查看参考答案

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

struct Pizza {
    string company_name;
    double diameter;
};

int main() {
    // 4.8.4 使用 new 创建动态结构
    Pizza * pp = new Pizza;

    cout << "请输入比萨饼的直径：";
    cin >> pp->diameter; // 4.8.4 使用箭头运算符 (->)

    cin.get(); // 4.2.5 清理换行符

    cout << "请输入比萨饼公司的名称：";
    getline(cin, pp->company_name);

    cout << "比萨饼公司: " << pp->company_name << endl;

    // 4.7.5 必须释放内存!
    delete pp;
    return 0;
}
                            

练习 4：string 拼接 (4.13 练习 4)

任务：

要求用户输入姓名 (first name) 和姓氏 (last name)，然后程序使用 string 对象的拼接特性将它们合并成一个完整的姓名 (格式: last, first)，并显示。

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#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    string first_name;
    string last_name;

    cout << "Enter your first name: ";
    cin >> first_name;
    cout << "Enter your last name: ";
    cin >> last_name;

    // 4.3 使用 + 拼接 string 对象
    string full_name = last_name + ", " + first_name;

    cout << "Here's the information in a single string: "
         << full_name << endl;
    
    return 0;
}
                            

练习 5：array 声明 (4.12 复习题 17)

任务：

声明一个 C++11 array 对象，包含10个 string 对象。指出所需的头文件。

点击查看参考答案

#include <iostream>
#include <string>
#include <array>   // 4.10.2 引入 array 模板类
using namespace std;

int main() {
    // 4.12 复习题 17：使用 const 指定大小
    const int SIZE = 10;

    // 声明 array 对象
    array<string, SIZE> names;

    cout << "array 对象已创建，大小固定为 " << SIZE << endl;

    // 初始化第一个元素
    names[0] = "Alice";
    cout << "第一个名字: " << names[0] << endl;

    return 0;
}
                            

本章知识点总结与复习

核心概念	解释/功能	关键用法/运算符
数组	存储多个同种类型的值，通过下标访问。	int arr[10];
C-字符串	以空字符 (\0) 结尾的 char 数组。	char s[] = "word";
string类	自动调整大小的字符串对象，支持 + 拼接。	string s1 = "hello";
结构 struct	存储多个不同类型的值。	struct S { ... }; s.a = 1;
指针	存储地址的变量。	& 取地址; * 解引用
动态内存	在自由存储区（堆）分配内存。	new 分配; delete 释放
vector / array	内置数组的替代品，vector 可变长。	vector<int> v;

C++启蒙课程：第4章 复合类型

连体储物柜：数组

智能百宝箱：结构

地址魔法：指针

课时一：连体储物柜：数组与C-风格字符串

4.1 连体储物柜 (数组)

4.2 字符链与空字符幽灵

4.2.3 `cin` vs `getline`

4.2.5 混合输入陷阱

课时二：智能百宝箱：string类与结构

4.3 智能弹性绳 (string)

4.4 定制超级百宝箱 (struct)

4.5 共享内存格 (union)

4.6 身份牌常量 (enum)

课时三：地址魔法：指针与动态内存

4.7.1 内存导航仪 (指针)

4.7.4 自由魔法乐园 (Heap)

4.8.1 指针算术

4.8.4 动态结构 (箭头)

课时四：高阶类型与现代工具

4.9 乐高积木拼装

4.10.1 可伸缩储物柜 (vector)

4.10.2 安全固定储物柜 (array)

编程实践与作业 (4.13)

本章知识点总结与复习

C++启蒙课程：第4章复合类型