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# 第二章 数据类型与顺序结构程序设计
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## 本章内容
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- 2.1 变量的数据类型
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- 2.2 变量的输入与输出
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- 2.3 顺序结构程序设计案例
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- 2.4 提交评测与错误自查
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## 2.1 变量的数据类型
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### 核心知识
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数据类型决定变量能够保存什么数据、占用多少存储空间，以及参与运算时采用什么规则。基础课程中常用的数据类型包括整数、浮点数、字符和布尔值。
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| 分类 | 类型 | 主要用途 | 示例 |
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| --- | --- | --- | --- |
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| 整数 | `short` | 较小范围整数(-128~127) | `short level = 10;` |
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| 整数 | `int` | 中范围整数，**最常用**(-21亿~21亿) | `int age = 15;` |
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| 整数 | `long long` | 大范围整数(非常大，万兆以上) | `long long total = 80000000;` |
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| 浮点数 | `float` | 单精度小数 | `float rate = 0.5;` |
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| 浮点数 | `double` | 双精度小数，**小数最常用** | `double price = 12.5;` |
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| 字符 | `char` | 单个字符 | `char grade = 'A';` |
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| 布尔值 | `bool` | 真或假 | `bool passed = true;` |
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选择类型时要同时考虑数据范围和计算精度。题目可能出现小数时，一般使用 `double`；整数范围可能很大时，需要考虑 `long long`。
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### `char`、转义字符与 ASCII
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`char` 用来保存单个字符，字符值必须使用单引号：
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```cpp
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char letter = 'A';
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char digit = '7'; // 数字字符，不是整数 7
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char op = '*';
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char blank = ' ';
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```
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字符串使用双引号。`'A'` 是一个字符，`"A"` 是一个字符串，两者不能混用。
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字符在内存中以整数编码保存。基础题通常使用 ASCII 规律处理英文字母和数字字符：
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| 字符范围 | ASCII 值 |
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| --- | --- |
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| `'0'`～`'9'` | 48～57 |
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| `'A'`～`'Z'` | 65～90 |
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| `'a'`～`'z'` | 97～122 |
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常用转换：
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```cpp
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char c = '8';
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int number = c - '0'; // 数字字符转整数，得到 8
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char upper = 'B';
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char lower = upper + ('a' - 'A'); // 大写字母转小写字母，得到 'b'
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int code = 65;
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char letter = (char)code; // 强制转换后得到字符 'A'
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char x = 'A';
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int ascii = (int)x; // 强制转换后得到整数 65
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```
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转义序列以反斜杠 `\` 开头：
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| 写法 | 含义 |
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| --- | --- |
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| `\n` | 换行 |
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| `\t` | 水平制表符(Tab键, 一般代表的 4 个空格) |
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| `\\` | 一个反斜杠 |
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| `\"` | 一个双引号 |
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| `\'` | 一个单引号 |
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示例：
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```cpp
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cout << "小明说:\"what is \\n\"" << '\n';
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```
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输出：
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```text
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小明说:"what is \n"
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```
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### 类型转换
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当表达式中出现不同数据类型时，编译器可能进行自动类型转换。一般而言，整数与浮点数混合运算时，整数会转换为浮点类型：
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```cpp
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int a = 5;
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double b = 2.0;
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double result = a / b; // 2.5
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```
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把 `double` 转为 `int` 会丢弃小数部分：
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```cpp
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double value = 3.9;
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int n = (int)value; // 3，不进行四舍五入
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```
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如果要转换整个表达式，应把表达式完整括起来：
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```cpp
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char result = (char)(a + b);
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```
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### 典型例题
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**题目：** 输入一个大写英文字母，输出对应的小写字母。
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```cpp
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int main() {
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char upper;
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cin >> upper;
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char lower = (upper - 'A') + 'a'; // 也可通过加减 32 来实现, 大写转小写需要加 32
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cout << lower;
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return 0;
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}
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```
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**说明：** ASCII 中大写字母和小写字母各自连续排列，而对应大小写字母的差值则一定相同。
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### 常见错误
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- 把单个字符写成 `"A"`。`char` 值应使用单引号 `'A'`。
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- 混淆整数 `7` 与字符 `'7'`。`'7' - '0'` 才得到整数 7。
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- 让 `int` 保存需要保留小数的计算结果。
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- 强制类型转换前没有考虑数据范围和精度损失。
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- 直接假设任何字符都能通过加减 32 转换大小写。该规律只适用于对应的英文字母。
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- 想输出一个反斜杠时只写一个反斜杠。字符串中应写 `"\\"`。
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## 2.2 变量的输入与输出
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### 核心知识
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`cin`、`cout` 是 C++ 的流式输入输出工具，通过 `<iostream>` 使用。`scanf`、`printf` 是格式化输入输出函数，需要添加 `<cstdio>` 使用。
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输入多个数据时，变量的数量、类型和顺序必须与题意一致。
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输出时不仅要保证答案数值正确，还要严格匹配题目要求的空格、换行、小数位数和文字内容。
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### `cin` 与 `cout`
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```cpp
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int a, b;
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cin >> a >> b; // 依次读入两个整数
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cout << a << " " << b; // 输出两个整数，中间一个空格
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cout << a + b << '\n'; // 输出计算结果并换行
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```
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使用规则：
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- `cin` 使用提取运算符 `>>`，把输入保存到变量。
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- `cout` 使用插入运算符 `<<`，把数据发送到控制台。
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- `cin >> a >> b;` 会跳过前导的空白字符，输入中的空格、Tab、回车通常都能分隔数据。
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- `cout << "a+b";` 输出文本 `a+b`；`cout << a + b;` 输出计算结果。
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- `endl` 和 `'\n'` 都能换行。
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### `scanf` 与 `printf`
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```cpp
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#include <cstdio>
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int age;
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double height;
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char grade;
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scanf("%d%lf %c", &age, &height, &grade);
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printf("%d %.2f %c\n", age, height, grade);
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```
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常用格式说明符：
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| 数据类型 | `scanf` 读取 | `printf` 输出 |
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| --- | --- | --- |
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| `int` | `%d` | `%d` |
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| `long long` | `%lld` | `%lld` |
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| `float` | `%f` | `%f` |
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| `double` | `%lf` | `%f` |
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| `char` | `%c` | `%c` |
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输出小数位数：
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```cpp
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double value = 3.1415926;
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printf("%.2f\n", value); // 3.14
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printf("%.3f\n", value); // 3.142
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```
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`scanf` 要把数据写入变量，因此变量名前通常要加取地址符 `&`：
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```cpp
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int n;
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scanf("%d", &n);
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```
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格式字符串中的普通字符必须与输入对应：
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```cpp
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scanf("%d%d", &a, &b); // 可输入：10 20
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scanf("%d,%d", &a, &b); // 必须输入：10,20
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```
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`%c` 默认不会跳过空白字符。需要跳过已有的空格或换行时，可在 `%c` 前留一个空格：
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```cpp
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char op;
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scanf(" %c", &op);
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```
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### 典型例题
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**题目：** 输入总水量 `t`（毫升）和人数 `n`。输出每人分到的水量，保留 3 位小数；第二行输出需要的杯子数，每人 2 个杯子。
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```cpp
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int main() {
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double t;
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int n;
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scanf("%lf%d", &t, &n);
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printf("%.3f\n", t / n);
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printf("%d\n", n * 2);
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return 0;
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}
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```
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**说明：** `scanf` 读取 `double` 使用 `%lf`；`printf` 输出 `double` 使用 `%f`；`%.3f` 表示保留 3 位小数。
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### 常见错误
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- 把方向写反：`cin` 使用 `>>`，`cout` 使用 `<<`。
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- `scanf` 漏写 `&`，导致无法把输入正确保存到变量。
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- 格式说明符与变量类型不匹配。此问题不只是“精度降低”，还可能导致读取失败或未定义行为。
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- 混淆 `double` 的格式：`scanf` 读取用 `%lf`，`printf` 输出用 `%f`。
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- `scanf("%d,%d", ...)` 要求输入中真的出现逗号。
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- 用 `%c` 读取字符时，意外读入了前一次输入留下的空格或换行。
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- OJ 输出中多了提示语、单位、标点或空格。
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## 2.3 顺序结构程序设计案例
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### 核心知识
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顺序结构程序按照代码书写顺序逐条执行。基础题通常可以分成“输入、处理、输出”三层：
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```cpp
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// 1. 输入
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cin >> ...;
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// 2. 处理
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// 计算公式、更新变量、转换单位
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// 3. 输出
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cout << ...;
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```
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面对程序设计题时，可以使用七步法：
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1. **读懂题目**：明确最终要计算什么。
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2. **理解输入**：确认数据的数量、类型、顺序和单位。
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3. **设计逻辑思路**：先写公式或处理步骤。
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4. **翻译成代码**：定义变量，把思路逐步写成 C++ 语句。
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5. **处理输出**：安排顺序、空格、换行和精度。
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6. **编译查错**：先解决语法错误。
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7. **样例验证**：输入样例并对照输出，再补充边界数据。
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常见解题方法包括：
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- 把复杂计算拆成多个中间结果，用变量保存。
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- 统一不同单位，再进行计算。
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- 使用临时变量，防止原数据在赋值时被覆盖。
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- 在关键位置临时输出中间变量，与手算结果逐步核对。
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交换变量时需要第三个变量中转：
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```cpp
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int a = 3, b = 4;
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int temp = a;
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a = b;
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b = temp;
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```
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### 例题：小鱼的游泳时间
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**题目：** 小鱼从当天 `a` 时 `b` 分游到 `c` 时 `d` 分。输入四个整数，输出游泳时长的小时数和分钟数。本题保证结束时间不早于开始时间。
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```cpp
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#include <iostream>
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using namespace std;
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int main() {
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int a, b, c, d;
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cin >> a >> b >> c >> d;
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int startMinutes = a * 60 + b;
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int endMinutes = c * 60 + d;
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int duration = endMinutes - startMinutes;
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int hours = duration / 60;
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int minutes = duration % 60;
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cout << hours << " " << minutes;
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return 0;
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}
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```
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**思路说明：**
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1. 输入开始时间和结束时间，共 4 个整数。
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2. 把两个时刻统一换算为分钟。
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3. 用结束总分钟数减去开始总分钟数。
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4. 用 `/ 60` 得到小时，用 `% 60` 得到剩余分钟。
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5. 输入 `12 50 19 10` 时，应输出 `6 20`。
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如果结果错误，可以临时输出中间变量：
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```cpp
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cout << "start=" << startMinutes << '\n';
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cout << "end=" << endMinutes << '\n';
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cout << "duration=" << duration << '\n';
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```
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提交 OJ 前要删除这些调试输出。
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### 补充案例：按格式反转数字
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输入形如 `123.4` 的固定格式数据，将其输出为 `4.321`。可以把输入看作 4 个字符和一个固定的小数点：
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```cpp
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#include <cstdio>
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int main() {
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char a, b, c, d;
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scanf("%c%c%c.%c", &a, &b, &c, &d);
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printf("%c.%c%c%c\n", d, c, b, a);
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return 0;
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}
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```
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这里的 `.` 是格式字符串中的普通字符，因此输入中也必须在对应位置出现小数点。
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### 常见错误
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- 把样例数据直接写死，程序无法处理其他合法输入。
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- 时间差分别计算小时差和分钟差，却没有处理借位。
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- 交换变量时直接写 `a = b; b = a;`，使原值丢失。
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- 复杂公式全部写在一行，出错后难以定位。
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- 只测试样例，不测试整点、临界值、最小值等情况。
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- 调试输出未删除，导致答案格式不匹配。
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## 2.4 提交评测与错误自查
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### 提交流程
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1. 在本地完成代码并成功编译。
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2. 输入题目样例，确认输出内容和格式一致。
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3. 把完整源代码提交到 OJ。
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4. 根据评测结果定位问题，修改后重新测试和提交。
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OJ 只检查程序输出的字符序列是否符合要求。不要擅自添加输入提示、答案说明或单位。
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### 常见评测结果
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| 结果 | 含义 | 优先检查 |
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| **AC（Accepted）** | 通过全部测试数据 | 程序已通过本题评测 |
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| **CE（Compile Error）** | 编译错误 | 分号、括号、变量名、头文件、中文标点 |
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| **WA（Wrong Answer）** | 答案错误 | 公式、条件、类型、边界情况、输出格式 |
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| RE（Runtime Error） | 运行时错误 | 除数为 0、非法访问、错误输入函数用法 |
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| TLE（Time Limit Exceeded） | 超出时间限制 | 算法效率、循环终止条件 |
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### 错误自查顺序
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#### 出现 CE
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1. 查看编译器给出的第一条错误信息和行号。
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2. 检查该行以及前一行是否漏写分号。
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3. 检查 `()`、`{}`、引号是否成对。
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4. 检查变量是否先定义后使用，名称是否拼写一致。
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5. 检查是否误用了中文标点或缺少头文件。
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#### 出现 WA
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1. 先检查输出格式：空格、换行、小数位数、文字大小写。
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2. 用草稿纸手算样例和一组自选数据。
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3. 分步输出中间变量，找出第一个与手算不一致的位置。
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4. 检查整数除法、数据类型和运算优先级。
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5. 检查最小值、最大值、临界值和特殊情况。
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#### 出现 RE(目前较少遇见)
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1. 检查除数是否可能为 0。
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2. 检查 `scanf` 的格式说明符和 `&`。
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## 本章练习
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### 一、基础知识
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1. 为下列数据选择合适的类型：学生人数、商品价格、考试等级字符、条件真假、较大的整数总数。
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2. 说明字符 `'7'` 与整数 `7` 的区别。
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3. 写出 `'0'`、`'A'`、`'a'` 的 ASCII 值。
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4. 写出以下转换表达式：
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- 数字字符 `ch` 转为对应的整数数字。
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- 大写英文字母 `upper` 转为对应的小写字母。
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- 整数 `code` 强制转换为字符。
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5. 写出下列转义序列的作用：`\n`、`\t`、`\\`、`\"`。
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7. `scanf` 读取 `int`、`double`、`char` 时分别使用什么格式说明符？
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<br><br>
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8. `printf` 输出 `double` 并保留两位小数时，格式说明符应怎样写？
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<br><br>
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9. `scanf` 中为什么通常要在变量名前加 `&`？
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10. 分别说明 AC、CE、WA 的含义。
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### 二、代码阅读与改错
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1. 写出程序的输出结果：
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```cpp
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char c = '6';
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int n = c - '0';
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cout << n + 4;
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```
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<br><br>
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2. 写出程序的输出结果：
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```cpp
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char upper = 'C';
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char lower = upper + ('a' - 'A');
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cout << lower;
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```
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3. 找出格式说明符的错误并改正：
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```cpp
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int age;
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double height;
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scanf("%lf%d", &age, &height);
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printf("%d %.2d\n", age, height);
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```
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<br><br>
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4. 找出变量交换失败的原因并改正：
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```cpp
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int a = 3, b = 8;
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a = b;
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b = a;
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cout << a << " " << b;
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```
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<br><br>
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### 三、程序设计
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1. **字符与 ASCII**
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输入一个字符，输出该字符以及它对应的 ASCII 值，中间用一个空格分隔。
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- 样例输入：`A`
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- 样例输出：`A 65`
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2. **数字字符转整数**
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输入一个 `'0'`～`'9'` 的数字字符，将它转换成整数后加 5，并输出结果。
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- 样例输入：`7`
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- 样例输出：`12`
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6. **格式化平均值**
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输入三个 `double` 数据，输出它们的平均值，结果需要严格保留 3 位小数。
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