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### **C++ 格式化输入与输出 讲义**
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#### **一、 引言**
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##### **问题引入：数字反转**
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【书本P21页 例2-7】我们来看一个问题：
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> 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。
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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**
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在揭晓新工具之前，我们先用已有的知识尝试解决。
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##### **思路铺垫**
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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”。
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##### **核心工具：提取器与削减器**
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我们回顾一下拆分整数的两个工具：
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1. **个位的提取器 (`% 10`)**
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* **作用**：获取一个整数的**最右边一位**。
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* **原理**：任何整数除以10的**余数**，正好就是它的个位数。
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* **示例**：`1234 % 10` 结果是 `4`。
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2. **数字的削减器 (`/ 10`)**
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* **作用**：**砍掉**一个整数的**最右边一位**。
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* **原理**：在C++中，`整数 / 整数` 的结果会**直接舍弃小数部分**。
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* **示例**：`1234 / 10` 结果是 `123`。
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##### **步骤拆解**
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1. **第一步（提取）**：使用 **提取器 (`% 10`)** 获得当前数字的个位数。
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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**
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让我们来手动拆解整数 `479`。
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**分步演示**：
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* **初始状态**: 我们有一个整数 `n = 479`。
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* **第一轮操作 (处理 `479`)**:
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1. **提取**: `479 % 10` -> 我们得到了数字 **`9`**。
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2. **削减**: `479 / 10` -> `n` 现在变成了 **`47`**。
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* *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`。*
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* **第二轮操作 (处理 `47`)**:
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1. **提取**: `47 % 10` -> 我们得到了数字 **`7`**。
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2. **削减**: `47 / 10` -> `n` 现在变成了 **`4`**。
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* *小结：我们又分离出了 `7`，问题变得更简单了：如何拆解 `4`。*
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* **第三轮操作 (处理 `4`)**:
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1. **提取**: `4 % 10` -> 我们得到了数字 **`4`**。
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2. **削减**: `4 / 10` -> `n` 现在变成了 **`0`**。
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* *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！*
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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。**
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我们就也能通过整数拆分的办法来解决了。
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1. **预处理**：`double num = 123.4; int n = num * 10;` -> 得到整数 `1234`。
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2. **逐位拆分**：
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* `int d = n % 10;` // d = 4
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* `int c = (n / 10) % 10;` // c = 3
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* `int b = (n / 100) % 10;` // b = 2
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* `int a = n / 1000;` // a = 1
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3. **重新组合输出**：
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* `cout << d << "." << c << b << a;`
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**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**
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1. **问：对一个个位数（比如 `8`）使用这两个工具会怎样？**
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* **答**：完全符合规则，不会出问题！
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* **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）
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* **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）
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2. **问：如果数字里有 `0` 呢？比如 `205`？**
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* **答**：规则同样适用！
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* **第一轮**: `205 % 10` -> `5`；`205 / 10` -> `20`。
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* **第二轮**: `20 % 10` -> `0`；`20 / 10` -> `2`。
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* **第三轮**: `2 % 10` -> `2`；`2 / 10` -> `0`。
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#### **要点回顾**
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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。
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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。
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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` **
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##### **核心概念与语法**
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`printf` 的全称是 **Print Formatted（格式化打印）**。
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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。**
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**语法格式：**
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> `printf("包含格式说明符(占位符)的字符串", 变量1, 变量2, ...);`
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##### **`printf` 的使用方法**
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1. **打印纯文本**
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```cpp
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printf("Hello, World!\n"); // \n 代表换行
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```
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2. **打印单个变量**
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`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。
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```cpp
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int age = 30;
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// %d 是专门用来放整数的占位符
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printf("我的年龄是 %d 岁。\n", age);
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```
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**逻辑解释：**
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1. `"我的年龄是%d岁。\n"` 是输出的模板字符串。
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2. `%d` 是一个占位符。
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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。
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3. **混合打印多个变量**
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`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。
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```cpp
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int age = 15;
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double height = 168.5;
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char rank = 'S';
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// 依次使用 %d, %lf, %c 作为占位符
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printf("我今年%d岁，身高是%lf厘米，综合评级：%c\n", age, height, rank);
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```
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**核心规则**：
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* **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`）。
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* **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。
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* **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`。
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##### **常用格式说明符（书本P24页，重要！）**
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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！
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| 占位符 | 对应数据类型 | 说明 |
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| ---------- | -------------- | ------------------------------------------------------------ |
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| **`%d`** | `int` | 打印整数 |
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| **`%f`** | `float`、`double` | 打印浮点数 (默认保留6位小数) |
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| **`%lf`** | `float`、`double` | 输出时与 `%f` 相同；小数位数由精度指定 |
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| **`%c`** | `char` | 打印单个字符 |
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| **`%.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。 |
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### `cout` 与 `printf` 写法对比
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| 操作目标 | `cout` 写法 | `printf` 写法 |
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| ---------------- | ------------------------------- | ------------------------------- |
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| 打印纯文本 | `cout << "输出的内容";` | `printf("输出的内容");` |
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| 打印单个变量 | `cout << num1;` | `printf("%d", num1);` |
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| 混合打印多个变量 | `cout << num1 << "和" << num2;` | `printf("%d和%d", num1, num2);` |
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#### **四、 `scanf` **
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##### **概念与语法**
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`scanf` 的全称是 **Scan Formatted（格式化扫描/输入）**。
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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。
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**语法格式：**
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> `scanf("格式控制字符串", &变量1, &变量2, ...);`
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##### **要注意 `scanf` 必须加 `&`（取地址符）**
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**原理：**
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* `cin` 很智能，你告诉它抽屉的名字（如 `age`），它就能自己找到。
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* `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。
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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！
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> **警告：** 如果忘记写 `&`，程序在运行到输入阶段时会直接崩溃！
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**基础使用示例：**
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```cpp
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int age;
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printf("请输入您的年龄：");
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scanf("%d", &age); // 从键盘输入获取一个整数，存入 age 所在的内存地址
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// 现在 age 中就储存了输入的数据
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```
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##### **`scanf` 的使用技巧**
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1. **一次性读取多个数据**
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```cpp
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int a;
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double b;
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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
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```
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*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。*
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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**
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* **错误写法**：`scanf("%d,%d", &a, &b);`
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* **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。
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* **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**
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##### **实战1：数字反转**
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**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！
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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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// 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
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scanf("%c%c%c.%c", &a, &b, &c, &d);
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// 按照 d.cba 的倒序格式输出
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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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*用 `scanf` 和 `printf`问题就会变得非常简单！*
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##### **实战2：再分肥宅水（书本P23页）**
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**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）。
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```cpp
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#include <cstdio>
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int main() {
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double t;
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int n;
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// 用 %lf 读 double, 用 %d 读 int
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scanf("%lf%d", &t, &n);
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// t/n 对应 %.3f (保留三位小数)， n*2 对应 %d，中间用 \n 换行
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printf("%.3f\n%d\n", t / n, n * 2);
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return 0;
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}
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```
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#### **六、 总结**
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* `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。
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* `scanf/printf`：
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* **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。
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* **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 `&`。
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* **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` 。 |