第一個 C++ 程式：Hello, World!

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#include <iostream>  // 引入標準輸入輸出函式庫
using namespace std;

int main() {
    cout << "Hello, World!" << endl; // 輸出文字
    return 0;  // 結束 main 函式，回傳 0 表示成功執行
}

在這個程式中，會在螢幕印出 Hello, World! 並換行，接下來就開始解釋這程式的每一個代碼的功用。

引入函式庫

的意思就是引入函示庫，`<>` 裡面塞的就是想引入的函示庫。
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> [!NOTE]
>
> 函式庫大概的意思是一組已經寫好且經過測試的程式碼集合，裡面包含許多可以直接使用的函數、其他工具等。

舉例來說

```c++
#include <iostream>

就是引入 iostream 這個函式庫，而 iostream 就是一個輸入 (cin) 和輸出 (cout) 的函式庫。

補充 萬用標頭檔

在競技程式中，可以使用 bits/stdc++.h，他可以為我們節省引入其他的時間。

命名空間

C++ 標準函式庫（Standard Library）包含許多功能，例如剛剛講的 iostream，定義在 std 命名空間（namespace） 內。

如果不加上 using namespace std;，則必須這樣寫 : 

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#include <iostream>

int main() {
    std::cout << "Hello, World!" << std::endl;
    return 0;
}

主函式

主函式（main()）是 C++ 程式的進入點，所有 C++ 程式執行時都會從 main() 開始執行。沒有 main()，C++ 程式無法運行。

然後裡面要寫的內容就放在 { } 裡。

[!NOTE]

提醒每段code後面都要記得加 ; 喔!

然後 return 0 代表這個函式結束。

輸出

在剛剛的演示程式中，我們使用了 cout << "Hello, World!" << endl; 來把我們要的文字輸出出來。所以現在我們就來細講C++中的輸出。

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cout << "Hello, World!" << endl;
  • cout：標準輸出。

  • <<：輸出運算子，把內容傳送到 cout。

  • "Hello, World!"：要顯示的字串。

  • std::endl：換行（等同於 '\n'）。

  • ;：結尾要加分號。

你也可以串很多串

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cout << 1 << ' ' << 2 << ' ' << 3 << ' ' << 4 << endl;

補充 位運算

<< 其實可以使位元左移，意思是說把二進制左移。

然後這跟輸出那邊別搞混了，這兩者在不同情境下有不同的意義!

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cout << (5 << 1) << endl;  // 结果：5(101) → 10 (1010)
cout << (5 << 2) << endl;  // 结果：5(101) → 20 (10100)

結論 : 把二進制數左移 $n$ 位，相當於乘以 $2^n$。

接下來介紹變數與運算。

變數

你可以把它當作儲存資料的容器。

常見的說法是 : 把變數當成一個箱子，我們可以把東西丟進去。

資料型別

資料型別可以告訴你箱子裡存的是啥種類的東西。像是丟進去的東西可以是食物、玩具等。

常見的資料型別如下

整數型別

  • int：最常用的整數型別。範圍 : $[-2^{31} , 2^{31} – 1]$
  • long long：較大的整數。範圍 : $[-2^{63} , 2^{63} – 1]$

浮點數型別

  • float：單精度浮點數。
  • double：雙精度浮點數，精度較高。

[!NOTE]

精度 指的是數值型別能夠表示的 有效位數，特別是在浮點數運算時，會影響計算的準確性。

字元型別

  • char：單一字元，通常用於儲存字母或符號。 ex : ‘a’

布林型別

  • bool：只有 true（1）和 false（0）兩個值。

還有很多，像是 string，但以第一次接觸來說先知道這些就行了。

宣告

好了，現在來說該怎麼把東西放到箱子裡了。

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int a = 10;

這樣就好了。

語法就是 資料型別 變數名稱 = 要存的內容; 。

可以把那段程式碼看成 : 有一個箱子 a，他要存的是食物 (int)，然後我把牛肉 (10) 放進去。

[!CAUTION]

記住變數不能以數字開頭，以及不能和 C++ 的保留字相同。

運算

算術運算子

用來進行數學運算，例如加、減、乘、除等。

運算子 說明 範例
+ 加法 a + b
- 減法 a - b
* 乘法 a * b
/ 除法 a / b (無條件捨去小數)
% 取餘數 a % b（僅限整數運算） 
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#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a = 10, b = 3;
    cout << "加法 : " << (a + b) << endl;
    cout << "減法 : " << (a - b) << endl;
    cout << "乘法 : " << (a * b) << endl;
    cout << "除法 : " << (a / b) << endl; 
    cout << "取餘數 : " << (a % b) << endl;
    return 0;
}
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加法 : 13
減法 : 7
乘法 : 30
除法 : 3
取餘數 : 1

賦值運算子

用來將數值指定給變數。

運算子 說明 範例
= 指定 a = 10
+= 加後賦值 a += 5 → a = a + 5
-= 減後賦值 a -= 2 → a = a - 2
*= 乘後賦值 a *= 3 → a = a * 3
/= 除後賦值 a /= 2 → a = a / 2
%= 餘數後賦值 a %= 3 → a = a % 3 
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#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a = 10;
    a += 5;  // 等同於 a = a + 5;
    cout << "a 的值: " << a << endl;  // 輸出 15
    return 0;
}

遞增與遞減運算子

用來對變數進行 +1 或 -1 的操作，有前置與後置之分。

運算子 說明 範例
++a 前置遞增（先加再使用） int a = 5; int b = ++a; // a=6, b=6
a++ 後置遞增（先使用再加） int a = 5; int b = a++; // a=6, b=5
--a 前置遞減（先減再使用） int a = 5; int b = --a; // a=4, b=4
a-- 後置遞減（先使用再減） int a = 5; int b = a--; // a=4, b=5 
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#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a = 5, b;
    b = ++a;  // 先加 1，再賦值給 b
    cout << "a: " << a << ", b: " << b << endl;  // a=6, b=6

    a = 5;
    b = a++;  // 先賦值給 b，再加 1
    cout << "a: " << a << ", b: " << b << endl;  // a=6, b=5
    return 0;
}

這裡前置後置搞不明白的可以先跳過沒關係。

比較運算子 (等後面學到條件式再來看這裡)

用來比較兩個值，結果為 true（1）或 false（0）。

運算子 說明 範例
== 是否相等 a == b
!= 是否不等 a != b
> 是否大於 a > b
< 是否小於 a < b
>= 是否大於等於 a >= b
<= 是否小於等於 a <= b

邏輯運算子 (等後面學到條件式再來看這裡)

運算子 說明 範例
&& AND（且），兩者皆為 true 才為 true (a > 0) && (b > 0)
|| OR（或），一者為 true 就為 true (a > 0) || (b > 0)
! NOT（非），取反 !(a > 0)

位元運算子

痾….這對新手不太友善，有興趣的自己看看。

輸入

有了變數的概念後，我們就可以來看輸入了。

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int a;
cin >> a;

  • int a：宣告一個整數變數 a。

  • cin：標準輸入流，負責從鍵盤讀取使用者的輸入。

  • >>：輸入運算子，將從 cin 讀取的數據傳送到右側的變數中。

  • a：存放從輸入中讀取到的數值。

  • ;：每個語句結尾必須加上分號。

一樣可以串很多串。

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int a, b, c;
cin >> a >> b >> c;

補充 位運算

>> 一樣可以進行位運算，意思是說把二進制右移。

然後這跟輸入那邊別搞混了，這兩者在不同情境下有不同的意義!

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cout << (20 >> 1) << endl;  // 结果：20(10100) → 10 (1010)
cout << (20 >> 2) << endl;  // 结果：20(10100) → 5 (101)

結論 : 把二進制數右移 $n$ 位，相當於除以 $2^n$。

其他補充

關於輸入輸出的補充

在 C++ 中，我們有兩套主要的輸入輸出方式：

  • C++ 風格：使用 cin 和 cout 。
  • C 風格：使用 scanf 和 printf 。

scanf/printf 通常來說速度會比預設的 cin/cout 快一些，尤其在大量 I/O 操作時更明顯。

所以我們可以透過以下設定來提升效能 : 

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ios::sync_with_stdio(0);
cin.tie(0), cout.tie(0);

不過以現階段來講其實沒差就是了。

輸出格式化

有些題目可能要求輸出小數點後幾位，這時可以利用一些功能完成他。

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#include <iomanip> // 要加他
...
double a = 1.2345678;
cout << fixed << setprecision(2) << a; // 1.23

可以看到 setprecision 會指定總有效數字的位數，() 裡塡 2 就會保留小數點後 2 位數。