程式語言是什麼？

先看看維基百科怎麼說：

程式語言（英語：programming language），是用來定義電腦程式的形式語言。它是一種被標準化的交流技巧，用來向電腦發出指令，一種能夠讓程式設計師準確地定義電腦所需要使用資料的電腦語言，並精確地定義在不同情況下所應當採取的行動。

簡單來說就是可以透過程式語言對電腦下達指令，讓電腦知道它要如何執行。而程式語言可大致分為以下三種：

• 機器語言

  電腦是透過二進位(0、1)進行資料的儲存和計算，而機器語言就是以二進位的方式直接對電腦下達指令。這些指令是直接透過硬體結構讓電腦擁有這些功能，所以不同廠牌或種類所使用的機器語言都有所不同。

• 組合語言

  以二進位的方式很難編寫，也不方便閱讀，於是就衍伸出以文字代替二進位來表達指令的組合語言。組合語言中每文字指令都對應到一個或多個機器語言指令，所以在執行指令前需要把它翻譯成機器語言，這個動作就稱為組譯。但由於組合語言依然對應到機器語言，所以仍然會有無法在不同處理器共通的問題。

• 高階語言

  為了讓同一個程式可以在不同的處理器上運行，同時又能更貼近人類日常用語，讓程式更好理解，所以產生了高階語言。而高階語言翻譯成機器語言的方式主要有兩種：

1. 在程式執行前，透過編譯器一次翻譯所有程式碼。
   

2. 在程式執行時，一邊翻譯一邊執行。
   

C++是什麼？

• C與C++

  C語言是在1970年左右由Dennis Ritchie和Ken Thompson在貝爾實驗室開發出來的程式語言，它是由B語言演變而來，屬於編譯語言。C語言具有高階語言的特性，同時也有接近組合語言的速度。
  C++ 也是在貝爾實驗室開發出來的，目的是打造一種具有物件導向的C語言，所以用C語言寫的程式大部份都可以在C++執行。

• C++的用途

  C++ 是一個相當複雜的語言，它包含了C語言大部分的功能，使其能夠寫出具有底層硬體控制功能的程式，例如記憶體的安排；它也加入了物件導向等許多現今語言的特性，因此能夠處理更加貼近使用者的程式。作業系統如Windows、iOS以及瀏覽器如Chrome、Firefox等，和大家熟知的英雄聯盟，都是使用C++寫的。

• C++程式開發軟體

  1. Dev-C++
  Dev-C++ 是一款免費且非常容易使用的C++ 整合開發環境(IDE)，不過它是一個比較古老的IDE，連編譯器也是好幾年前的，因此操作不是很方便。
   

  2. Code::Blocks
  Code::Blocks是一個免費、針對C/C++設計的整合開發環境，操作簡單，但Code::Blocks本身不包含編譯器，需要另外安裝。

  3. Visual Studio
  Visual Studio是微軟的免費整合開發環境產品，有很好的除錯功能，但在使用的時候會消耗比較多的CPU和記憶體空間，環境設定也比較複雜。

  4. 軟體安裝參考網站
  Dev-C++：https://alwaysfreesir.blogspot.com/2017/05/devcpp-install.html
  Code::Blocks：http://blog.ittraining.com.tw/2018/01/dev-c-codeblocks.html
  Visual Studio：https://docs.microsoft.com/zh-tw/visualstudio/install/install-visual-studio?view=vs-2019

  5. 線上編譯器
  https://www.onlinegdb.com/
  這是一個線上的程式編譯器，直接點進去就可以開始寫程式了，也可以把程式碼分享給其他人。

第一個程式

#include <iostream> using namespace std; int main() { cout << "Hello world!" << endl; }

這是一個C++最初階的程式，它會在螢幕上印出「Hello World!」，看不懂沒關係，我們一行一行來解釋。

#include<iostream>

#include就是引入一個函式庫，函式庫可以當作一個已經寫好的工具集。而iostream是一個輸入和輸出的函式庫。

using namespace std;

using namespace是指引入一個命名空間，而std是標準函式庫的命名空間的名稱。如果沒有加上這一行，在使用函式庫中的函式就需要加上它的命名空間，例如std::cout。命名空間的作用是可以區分不同函式庫中相同名稱的函式。

int main()

這是main函式，它是C++定義一個程式的起點，當執行一個程式時，就會從main函式開始，而大括號{ }內就是main函式的內容。如果看不懂也沒關係，對於初學者來說，目前只需要知道，要電腦執行的程式就要寫在這個大括號內。

cout << "Hello world!" << endl;

cout是輸出的指令，後面的部分會再詳細介紹它的使用方法。這裡要特別注意的是，除了某些特定的情況，大部分的程式碼都要在行尾加上分號。

變數

變數是程式用來存放資料的空間，它會占有電腦的記憶體，在程式執行的過程中，可以對變數進行處理和運算。就像是數學方程式中的未知數X、Y一樣，代表著某一個資料。

宣告

在使用變數前，要先告訴電腦你要創造一個變數，這個動作叫做宣告。

• 宣告格式：變數型別 變數名稱;

例如int x;就是宣告一個整數變數x。

• 對宣告的變數做初始化：變數型別 變數名稱 = 初始化的值;

例：int x = 0;。

• 變數命名的規則：

1. 須以字母(a, b, c...)或下底線(_)為開頭
   

2. 不可以數字為開頭
   

3. 不可使用保留字(例:不可宣告一個為int的變數)
   

4. 字母一般使用小寫(非強制)
   

除上述規則外，變數名稱皆可自由命名。

常用變數型別

變數有很多種不同的型別，它可以用來存放各種不同類型的資料，以下是幾種常見變數型別：

1. 整數

整數型別用於儲存沒有小數點的數值。

int

• 範圍 -231 ~ 231-1 (-2147483648~2147483647)
• 佔用空間 4 Byte

int x = -100;

unsigned int

• 範圍 0 ~ 232 - 1
• 佔用空間 4 Byte
• 沒有負數

unsigned int x = 0;

long long

• 範圍 -263 ~ 263-1
• 佔用空間 8 Byte

long long x = 1000000000000000;

unsigned long long

• 範圍 0 ~ 264-1
• 佔用空間 8 Byte
• 沒有負數

unsigned long long x = 10;

2. 浮點數

浮點數是用來儲存有小數點的數值，但因為電腦二進位的儲存方式，導致浮點數可能會出現誤差，使用時要注意。

float

• 精準至約小數點後第七位
• 佔用空間 4 Byte

float x = 3.1415;

double

• 精準至約小數點後第十五位
• 佔用空間 8 Byte

double x = 3.1415926535;

3.字元

字元在電腦中有一個編號：ASCII碼，字元的儲存就是儲存它的編號。

char

• 以ASCII碼儲存一個字元
• 佔用空間 1 Byte

用' '表示一個字元

char c = 'a';

string

• 儲存字串(多個字元)

用" "表示字串

string s = "Hello world";

４.布林(真假)值

布林值是一個只會儲存true或false的型別：

bool

• 儲存 true(1) 或 false(0)
• 占用空間 1 Byte

bool x = true; x = false; x = 1; x = 0;

輸入與輸出

C++的輸入和輸出是使用cin和cout來進行，在使用它們的時候需要引入「iostream」函式庫。

cin

cin是C++用來輸入的物件，格式為cin >> 變數;，
如果要輸入多個值可以使用cin >> 變數 >> 變數;的格式。

int x, y; cin >> x >> y;

cout

cout是C++用來輸出的物件，格式為cout << 要輸出的物件;，可以輸出變數或是輸出一個值。
如果要輸出多個值可以使用cout << 變數 << 變數;的格式，在需要換行的地方可以輸出endl或是'\n'。
（endl和'\n'其實不太一樣，endl除了換行以外還會執行cout.flush()，會清空輸出緩衝區）

cout << 100 << x << endl;

運算子

在C++中，可以使用運算子來對變數或數值做運算。以下介紹幾種常用的運算子，同時也會提到當兩種不同型別的變數進行運算時，電腦會如何判斷要使用哪個型別，以及如何做強制型別轉換。

1. 指定運算子

   使用等於=符號表示，會先對等號右邊進行運算，再將結果指定給左邊的變數。這個等號跟數學的等號不太一樣，需要花一點時間習慣。

int x; x = 2 + 1; //x = 3 （//是註解，在C++程式編譯時不會被編譯） x = x + 1; //x = 4，因為是先計算右邊的x + 1 = 3 + 1，再存到左邊的x

1. 算術運算子

算術運算子就是數學的運算符號，具有跟數學四則運算一樣，先乘除後加減的規則。

• 加法 +

int x = 3 + 2;

• 減法 -

int x = 10 - 5;

• 遞增 ++

遞增可分成前置++x和後置x++，它們的不同在於，前置的值會是運算之後的值，後置的值則是運算之前的值。可以看成前置++x是先加再用，而後置x++是先用再加。

int x = 0; cout << ++x << endl; // x = 1, 輸出1 cout << x++ << endl; // x = 2, 輸出1

• 遞減 --

與遞增相同，一樣有分成前置和後置。

int x = 0; cout << --x << endl; // x = -1, 輸出-1 cout << x-- << endl; // x = -2, 輸出-1

• 乘法 *

int x = 2 + 3 * 4; //x = 14, 先乘除後加減

• 除法 /

兩個整數在做運算時， 當對兩個整數做除法/，會自行向下取整，也就是取商。

int x = 7 / 2; // x = 3 float y = 1.0 / 2.0; // y = 0.5

• 取餘數 %

int x = 5 % 2; // x = 1

• 括號

在C++中，一樣可以使用括號來標示優先計算的部分，且都是使用小括號()。

cout << (1 + 2) * 3 << endl; //輸出9 cout << 2 * ((1 + 2) * 3 + 2) << endl; //輸出22

1. 比較運算子

在比較運算中只會有 true 或 false 兩種結果。

• <小於、>大於
• <=小於等於、>=大於等於
• == 相等 、 != 不相等
  （相等是==，而=是指定運算子，意義跟用途都不同，要小心不要搞混。）

1. 邏輯運算子

在邏輯運算中只會有 true 或 false 兩種結果。

• 邏輯AND &&

A、B皆為true時， A && B 為true，
否則 A && B 為 false。

A && B	B = true	B = false
A = true	true	false
A = false	false	false

• 邏輯OR ||

A、B皆為false時， A || B 為false，
否則 A || B 為 true。

A || B	B = true	B = false
A = true	true	true
A = false	true	false

• 邏輯NOT !

當 A 為 true 時，!A 為 false。
反之，A 為 false 時，!A 為 true。

	A = true	A = false
!A	false	true

型別轉換

型別轉換顧名思義就是把某個型別轉換成另一個型別。型別轉換主要有兩種，分別是隱含型別轉換及強制型別轉換。

• 隱含型別轉換

隱含型別轉換是C++ 會自動做的轉換，在一個運算式中，C++會選擇運算式中所有型別中儲存空間較大的型別，盡量避免失真的問題。

cout << 3 / 2 << endl; //輸出 1 cout << 3 / 2.0 << endl; //輸出 1.5

但如果是使用指定運算子=，C++就會以指定運算子左邊的資料型別為準。

int x = 3 / 2.0; cout << x << endl; //輸出 1

強制型別轉換

強制型別轉換是在程式運算過程中，對型別做強制的轉換。
轉換格式：

(轉換型別) 變數;
(轉換型別) 數值;

例如要將數字轉為字元的編號：

int x = 3; cout << (double)x / 2 << endl; //輸出 1.5 cout << (char)97 << endl; //輸出「a」, 97是字元'a'在ASCII碼中的編號

選擇結構

選擇結構在C++ 中用於判斷條件並決定要執行哪些程式，C++使用if、else和else if作為選擇結構的語法，接下來會一個一個介紹它們的用法。

if

if的使用格式如下：

if(判斷條件){
    判斷條件成立時執行的程式;
}

if後的小括號用於放判斷式，如果判斷式運算結果為true，就會執行大括號內的程式碼。要注意大括號後不需要加分號。

以下是一個用於判斷你輸入的數是否大於100的程式，如果大於100，將輸出「x大於100」：

int x; cin >> x; if(x > 100){ cout << x << "大於100" << endl; }

else

若在if判斷為false，就可能會需要處理條件不成立的狀況，這時就會用到else。else需要接在if或else if後，else if會在後面提到。
以下是else的用法：

if(判斷條件){
    判斷條件成立時執行的程式;
}else{
    判斷條件不成立時執行的程式;
}

以下是一個用於判斷輸入的數是否大於100的程式。如果大於100，將輸出「x大於100」；否則輸出「x小於等於100」：

int x; cin >> x; if(x > 100){ cout << x << "大於100" << endl; }else{ cout << x << "小於等於100" << endl; }

else if

當你需要多個選擇時，你可以使用else if來達成，else if可以接在if或else if後面，以下是else if的用法：

if(判斷條件1){
    判斷條件1成立時執行的程式;
}else if(判斷條件2){
    判斷條件2成立時執行的程式;
}
else{
    判斷條件2不成立時執行的程式;
}

要特別注意的是，在整個選擇結構中，如果在其中一項成立，它就會跳過結構中後面的部分。
以下是一個用於判斷輸入的數是否大於100的程式。如果x大於100，將輸出「x大於100」；如果x等於100，則輸出「x等於100」；否則輸出「x小於100」：

int x; cin >> x; if(x > 100){ cout << x << "大於100" << endl; }else if(x == 100){ cout << x << "等於100" << endl; }else{ cout << x << "小於100" << endl; }

迴圈

當你需要重複執行一樣的程式時，可以使用迴圈反覆執行相同的程式。在C++中，迴圈分為兩種：for迴圈和while迴圈。

for

for迴圈通常用在需要重複的次數已知時使用，它的格式如下：

for(一開始要執行的動作; 迴圈執行條件; 每次迴圈跑完後要執行的動作){
    迴圈內的程式;
}

在for迴圈的大括號後不需要加分號。
比較常見的程式寫法如下：

for(int i = 0; i < 執行次數; i++){ //迴圈的內容 }

以下是一個可以輸出0 ~ n - 1的程式：

int n; cin >> n; for(int i = 0; i < n; i++){ cout << i << ' '; } cout << endl;

while

while迴圈的結構比for迴圈簡單，只需要一個迴圈執行條件，格式如下：

while(判斷條件){
    迴圈內的程式;
}

這是一個計算輸入數字是幾位數的程式：

int x; cin >> x; int cnt = 0; while(x > 0){ cnt++; x = x / 10; } cout << cnt << endl;

while迴圈還有另一種寫法，是使用do-while。

do{ 迴圈內容 }while(執行條件);

它跟while迴圈不同的地方是，while迴圈會在一開始就檢查是否執行迴圈，而do-while則是先執行過第一次之後再判斷是否繼續執行迴圈。還有要注意在do-while的大括號後需要加上分號，while迴圈則不用。

break

break是迴圈的一個特別的指令，只能在迴圈內使用。當執行到break時，電腦會直接結束break所屬的迴圈。
以下是一個輸入數字n，輸出0 ~ n - 1的程式:

int n; cin >> n; int now = 0; while(true){ if(now >= n) break; cout << now++ << ' '; }

continue

continue也是迴圈的指令，當執行到continue時他會跳過迴圈剩下的部分，直接回到判斷迴圈條件的步驟。
以下是一個輸入數字n，輸出0 ~ n - 1的偶數的程式:

int n; cin >> n; for(int i = 0; i < n; i++){ if(i % 2 == 1) continue; cout << i << '\n'; }

陣列

陣列是多個相同資料型別的變數所組成的，陣列中的每個元素都是一個變數。它的宣告格式如下：

變數型別 陣列名稱[陣列大小]; //陣列大小須為常數

當要使用時，用中括號［］加上索引值陣列名稱[索引值]來表示陣列的某個變數。要特別注意的是，陣列的第一個位置索引值是0，以下是一些簡單的操作方式：

int a[5]; a[0] = 1; a[1] = 2; a[2] = 3; a[3] = 4; a[4] = 5;

陣列和迴圈

陣列經常搭配迴圈一起使用，以下是一個簡單的程式：

int a[10]; for(int i = 0; i < 10; i++){ a[i] = 0; }

這是一個把陣列索引0~9的值設為0的程式，可以看到這裡利用for迴圈的i作為陣列的索引。

結語

這份講義只有簡單介紹了C++ 的基礎語法，而C++ 還有很多有趣的東西值得你去探索，包括指標、類別、STL等，程式也還有很多不同的領域。
如果你對資訊奧林匹亞或是演算法有興趣的話，可以嘗試到一些線上解題網站寫個幾題，網路上也有很多學習的資源，講義最後也會附上幾個推薦網站。
但如果你想寫一些小遊戲的話，，你可能要學習物件導向程式設計，還有怎麼用程式繪製圖形等等。
最後，希望這份講義能幫助你學會C++的基礎使用方法，也期望你未來能夠在資訊這個領域持續學習、進步。