### **C++ 格式化输入与输出 讲义**

#### **一、 引言**

##### **问题引入：数字反转**

【书本P21页 例2-7】我们来看一个问题：
> 输入一个三位浮点数，例如 `123.4`，要求把这个数字彻底翻转过来，变成 `4.321` 并输出。

乍一看，这个问题似乎很难下手。我们熟悉的 `cin` 只能整个地读取这个数字，`cout` 也只能整个地输出。我们如何能把——`1`、`2`、`3`、`.`、`4`——拆开，再按新的顺序重新组合呢？

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#### **二、 解法一：数学运算**

在揭晓新工具之前，我们先用已有的知识尝试解决。

##### **思路铺垫**

对于 `123.4`，最碍事的就是那个小数点。如果我们能先把它变成整数 `1234`，问题就简化成了“整数拆分”。

##### **核心工具：提取器与削减器**

我们回顾一下拆分整数的两个工具：

1.  **个位的提取器 (`% 10`)**
    *   **作用**：获取一个整数的**最右边一位**。
    *   **原理**：任何整数除以10的**余数**，正好就是它的个位数。
    *   **示例**：`1234 % 10` 结果是 `4`。

2.  **数字的削减器 (`/ 10`)**
    *   **作用**：**砍掉**一个整数的**最右边一位**。
    *   **原理**：在C++中，`整数 / 整数` 的结果会**直接舍弃小数部分**。
    *   **示例**：`1234 / 10` 结果是 `123`。

##### **步骤拆解**

1.  **第一步（提取）**：使用 **提取器 (`% 10`)** 获得当前数字的个位数。
2.  **第二步（削减）**：使用 **削减器 (`/ 10`)** 砍掉个位数，得到一个更小的数，为下一次操作做准备。

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**具体案例**

让我们来手动拆解整数 `479`。

**分步演示**：

* **初始状态**: 我们有一个整数 `n = 479`。

* **第一轮操作 (处理 `479`)**:

  1.  **提取**: `479 % 10`  ->  我们得到了数字 **`9`**。
  2.  **削减**: `479 / 10`  ->  `n` 现在变成了 **`47`**。

  *   *我们成功地把 `9` 从 `479` 中分离了出来，并且得到了一个更简单的问题：如何拆解 `47`。*

* **第二轮操作 (处理 `47`)**:

  1.  **提取**: `47 % 10`   ->  我们得到了数字 **`7`**。
  2.  **削减**: `47 / 10`   ->  `n` 现在变成了 **`4`**。

  *   *小结：我们又分离出了 `7`，问题变得更简单了：如何拆解 `4`。*

* **第三轮操作 (处理 `4`)**:

  1.  **提取**: `4 % 10`    ->  我们得到了数字 **`4`**。
  2.  **削减**: `4 / 10`    ->  `n` 现在变成了 **`0`**。

  *   *小结：我们分离出了最后的 `4`，`n` 变成了 `0`，说明拆解工作已全部完成！*

而对于我们的题目：**输入一个三位浮点数，例如 `123.4`，要求把这个数字彻底翻转过来，变成 `4.321` 并输出。**

我们就也能通过整数拆分的办法来解决了。

1.  **预处理**：`double num = 123.4; int n = num * 10;`  -> 得到整数 `1234`。
2.  **逐位拆分**：
    *   `int d = n % 10;`                   // d = 4
    *   `int c = (n / 10) % 10;`    // c = 3
    *   `int b = (n / 100) % 10;`  // b = 2
    *   `int a = n / 1000;`              // a = 1
3.  **重新组合输出**：
    *   `cout << d << "." << c << b << a;`

**结论**：通过整数拆分的方法可以解决本问题，且一定要掌握通过数学运算拆分整数的办法。

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#### **常见问题**

1.  **问：对一个个位数（比如 `8`）使用这两个工具会怎样？**
    *   **答**：完全符合规则，不会出问题！
        *   **提取器**：`8 % 10` 的结果是 `8`。（8除以10，商0余8，成功提取出了最后一位数字 8）
        *   **削减器**：`8 / 10` 的结果是 `0`。（8除以10，整数商是0，成功削减了最后一位数字 8）
2.  **问：如果数字里有 `0` 呢？比如 `205`？**
    *   **答**：规则同样适用！
        *   **第一轮**: `205 % 10` -> `5`；`205 / 10` -> `20`。
        *   **第二轮**: `20 % 10` -> `0`；`20 / 10` -> `2`。
        *   **第三轮**: `2 % 10`  -> `2`；`2 / 10`  -> `0`。

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#### **要点回顾**

1.  **个位的提取器 (`% 10`)**：它的作用就是帮你**看到并取走**一个整数最右边的那一位。
2.  **数字的削减器 (`/ 10`)**：它的作用就是**砍掉**一个整数最右边的那一位，让数字变小。
3.  而且“提取”后必须“削减”，这样才能为处理下一位数字做准备。它们总是成对出现。

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#### **三、 `printf` **

##### **核心概念与语法**

`printf` 的全称是 **Print Formatted（格式化打印）**。
它的作用是：**先写好一段带有“空位”的模板句子，然后再把变量按顺序填入这些空位中。**

**语法格式：**

> `printf("包含格式说明符(占位符)的字符串", 变量1, 变量2, ...);`

##### **`printf` 的使用方法**

1. **打印纯文本**

   ```cpp
   printf("Hello, World!\n"); // \n 代表换行
   ```

2. **打印单个变量**
   `printf` 在于用**格式说明符**（以`%`开头的占位符）去指定“空位”的类型，也就是先挖个坑占个座，之后我来告诉你什么数据会放在这里你进行输出就可以了。
   
   ```cpp
   int age = 30;
   // %d 是专门用来放整数的占位符
   printf("我的年龄是 %d 岁。\n", age); 
   ```
   **逻辑解释：**
   
   1. `"我的年龄是%d岁。\n"` 是输出的模板字符串。
   2. `%d` 是一个占位符。
   3. `printf` 会在输出时，自动按照顺序用后面 `age` 变量的值（30）去替换 `%d` 的位置。
   
3. **混合打印多个变量**

   `printf` 也可以极其方便地在一句话中同时输出多个、多种类型的变量，而不需要像 `cin` 或 `cout` 那样反复使用 `<<` 拼接。

   ```cpp
   int age = 15;
   double height = 168.5;
   char rank = 'S';
   
   // 依次使用 %d, %lf, %c 作为占位符
   printf("我今年%d岁，身高是%lf厘米，综合评级：%c\n", age, height, rank);
   ```
   **核心规则**：

   *   **一一对应：** 字符串里有 3 个坑（`%d`, `%lf`, `%c`），后面就必须跟着 3 个变量（`age`, `height`, `rank`）。
   *   **按顺序入座：** `printf` 会严格按照从左到右的顺序，把第一个变量填入第一个占位符，第二个变量填入第二个占位符，以此类推。
   *   **类型必须匹配：** 第一个是整数类型 `age`，所以必须用 `%d`；第二个是小数类型 `height`，必须用 `%lf/%f`；第三个是字符类型 `rank`，必须用 `%c`。

##### **常用格式说明符（书本P24页，重要！）**

占位符的顺序必须与后面变量的顺序一一对应，且数据类型必须兼容！

| 占位符     | 对应数据类型   | 说明                                                         |
| ---------- | -------------- | ------------------------------------------------------------ |
| **`%d`**   | `int`          | 打印整数                                                     |
| **`%f`**   | `float`、`double` | 打印浮点数 (默认保留6位小数)                             |
| **`%lf`**  | `float`、`double` | 输出时与 `%f` 相同；小数位数由精度指定                  |
| **`%c`**   | `char`         | 打印单个字符                                                 |
| **`%.mf`** | `float/double` | **技巧：** 打印浮点数，并**精确保留m位小数**。例如 `%.2f` 就是保留两位。 |

### `cout` 与 `printf` 写法对比

| 操作目标         | `cout` 写法                     | `printf` 写法                   |
| ---------------- | ------------------------------- | ------------------------------- |
| 打印纯文本       | `cout << "输出的内容";`         | `printf("输出的内容");`         |
| 打印单个变量     | `cout << num1;`                 | `printf("%d", num1);`           |
| 混合打印多个变量 | `cout << num1 << "和" << num2;` | `printf("%d和%d", num1, num2);` |

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#### **四、 `scanf` **

##### **概念与语法**

`scanf` 的全称是 **Scan Formatted（格式化扫描/输入）**。
它的逻辑和 `printf` 基本一致，只不过从输出数据 变成了 输入数据：它会根据你提供的格式字符串模板，去键盘的输入中**抓取**对应的数据。

**语法格式：**

> `scanf("格式控制字符串", &变量1, &变量2, ...);`

##### **要注意 `scanf` 必须加 `&`（取地址符）**

**原理：**

*   `cin` 很智能，你告诉它抽屉的名字（如 `age`），它就能自己找到。
*   `scanf` 是一位老员工，你必须把这个抽屉在内存中的**具体物理地址**交给它，它才能把数据放进去。

那么在变量名前加上 `&`，就相当于提取了这个变量的地址，所以这个符号也被称为取地址符！

> **警告：** 如果忘记写 `&`，程序在运行到输入阶段时会直接崩溃！

**基础使用示例：**

```cpp
int age;
printf("请输入您的年龄：");
scanf("%d", &age); // 从键盘输入获取一个整数，存入 age 所在的内存地址
// 现在 age 中就储存了输入的数据
```

##### **`scanf` 的使用技巧**

1.  **一次性读取多个数据**
    ```cpp
    int a;
    double b;
    scanf("%d%lf", &a, &b); // 从键盘输入中读取一个整数和一个double类型的数据
    ```
    *用户输入时用空格、Tab或回车 (空白字符) 隔开即可，`scanf` 会自动跳过它们。*

2.  **易错点：不要在格式字符串里乱加标点，除非题目格式明确要求了**
    
    *   **错误写法**：`scanf("%d,%d", &a, &b);`
    *   **后果**：那么用户输入时**必须严格**按照格式输入：**[一个整数 逗号 一个整数]** 的格式，例如`5, 10` 。如果不带逗号输入`[5 10]`的话就会读取失败。
    *   **正确、安全的写法**：`scanf("%d%d", &a, &b);`  保持格式字符串的干净，只保留占位符。

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#### **五、 实战演练**

##### **实战1：数字反转**

**解题思路**：我们不把 `123.4` 看作数字，而是看作“3个字符 + 1个小数点 + 1个字符”。利用 `scanf` 的格式匹配能力，将它们分离到不同的`char`变量中！

```cpp
#include <cstdio>

int main() {
    char a, b, c, d;
    // 输入格式为 %c%c%c.%c，匹配 [字符 字符 字符 小数点 字符] 的格式将4个字符分离出来
    scanf("%c%c%c.%c", &a, &b, &c, &d);
    
    // 按照 d.cba 的倒序格式输出
    printf("%c.%c%c%c\n", d, c, b, a);
    return 0;
}
```
*用 `scanf` 和 `printf`问题就会变得非常简单！*

##### **实战2：再分肥宅水（书本P23页）**

**题目要求**：$t$ 毫升水均分给 $n$ 名同学。输出每人获得多少毫升（严格保留3位小数）以及一共需要多少个杯子（每人2个）。

```cpp
#include <cstdio>

int main() {
    double t; 
    int n;    
    
    // 用 %lf 读 double, 用 %d 读 int
    scanf("%lf%d", &t, &n); 
    
    // t/n 对应 %.3f (保留三位小数)， n*2 对应 %d，中间用 \n 换行
    printf("%.3f\n%d\n", t / n, n * 2);
    
    return 0;
}
```

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#### **六、 总结**

*   `cin/cout`：语法简单直观，能自动识别类型，是我们日常编程的常用选择。
*   `scanf/printf`：
    *   **优点**：执行效率更高；拥有强大的**格式控制能力**，能实现精准的输入匹配和带精度的输出。
    *   **缺点**：语法稍显复杂，需要手动匹配占位符和变量类型，并且 `scanf` 必须带 `&`。
*   **如何选择？** 在需要精确控制输入输出格式（如本讲的例题），就非常推荐使用 `scanf/printf` 。