cpp-courseware/2.Course/1.深入浅出程序设计竞赛（基础篇）/1.语言入门/第2章 顺序结构程序设计/5.格式化输入输出/讲义资料/格式化输入输出 讲义.md

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

   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。

   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。

   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：

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

   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！

#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）。

#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 。