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# C++ 变量与常量 讲义
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## 一、 为什么我们需要变量？
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**例 1-8：存钱问题（参考书本 P9 1.3 节）**
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Uim 的银行账户里原有 100 元。经过了以下操作：
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1. 往里面存了 10 元；
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2. 购物花掉了 20 元；
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3. 把里面的钱全部取出。
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*需求：在每次操作后输出账户余额。*
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**分析：** 这个问题无法用一个简单的算式一次性解决。我们需要在每一步操作后，把算出来的**中间结果**保存下来，留给下一步继续计算。在编程中，用来**存储计算中间结果**的工具，就叫做**变量 **。
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## 二、 计算机里的容器
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在生活中，我们用**容器**（如碗、盘子）来存放物品。在计算机中，我们用**变量**来存放数据。
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**做菜的比喻（参考书本 P15 第一自然段）：**
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* **原材料** = 我们要处理的数据（数字、字符等）。
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* **容器** = 变量（用来装数据）。
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* **操作台** = 计算机的内存。
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**内存的物理形态：**
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内存就像一排排的小抽屉，一个抽屉就是一个**字节 (Byte)**。常用 1 字节 = 8 位（bit），每一位只能存 0 或 1。位是最小的数据单位。不同的数据类型，占用的字节数可能不同。
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## 三、 声明变量：挑个柜子写上自己的名字
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如果你想占用内存里的“抽屉”，必须先向计算机**声明**，否则别人（其他程序）可能也会去用这个抽屉，导致数据大乱斗。
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**声明变量的格式：** `数据类型 + 变量名;`
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### 1. 数据类型（选多大的柜子）
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*参考书本 P16 表 2-1*
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做菜时，装高汤不能用菜篓子。编程时，不同的数据也要选不同类型的柜子：
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| 分类 | 类型名称 | 关键字 | 说明 / 存储范围 |
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| ----------------- | ------------ | ----------- | ----------------------------------------------------- |
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| **整型 (整数)** | 短整型 | `short` | -32768 ~ 32767 |
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| | **基本整型** | `int` | **-2147483648 ~ 2147483647 (最常用)** |
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| | 长整型 | `long long` | 存非常大的整数 |
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| **浮点型 (小数)** | 单精度型 | `float` | 通常约有 6~7 位十进制有效数字 |
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| | **双精度型** | `double` | **通常约有 15~16 位十进制有效数字 (最常用)** |
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| **字符型** | 字符型 | `char` | 单个字符，例如 `A`, `!`, `?`, `b` 等 |
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| **布尔型** | 布尔型 | `bool` | 只有真 (`true` 正确的) 和假 (`false` 错误的) 两种状态 |
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### 2. 变量名命名规则（贴什么名字）
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*参考书本 P11 第三自然段*
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变量名必须做到**见名知意**（具有自解释性，比如用 `balance` 表示余额，用 `age` 表示年龄）。
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* **强制法则：** 只能由字母、数字和下划线（`_`）组成。
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* **数字禁忌：** 数字**绝对不能**出现在第一个位置上！（`num1` 正确，`1num` 错误）。
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* **避开关键字：** 不能使用 C++ 自带的指令词（如 `const`, `return`, `int`）。
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* **不可重复：** 同一作用域（范围）内，名字不能重复，你不能命名两个柜子都叫做`pingguo`。
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* **语言限制：** 英文不好可以用拼音（如 `pingguo`），但**严禁使用中文**！
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## 四、 赋值与初始化：往柜子里装东西
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声明了柜子后，我们如何把数据放进去呢？这就需要用到**赋值符 (`=`)**。
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**注意：** 在 C++ 中，`=` 不叫“等于”，它叫“赋值”。它的动作是：**将等号右边的数值，粘贴（覆盖）给左边的变量。**
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### 1. 变量的初始化
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初始化指的是**在定义变量的同时就给它赋值**，避免柜子里残留以前的垃圾数据。比方说之前有人往这个柜子里放了化学试剂，如果你直接往里放食材的话，肯定就会有危险！
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```cpp
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int num; // 未初始化，如果直接去读取里面的数据，会读取到随机的垃圾数字
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int a = 10; // 安全：定义整数 a，并初始化为 10
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double b = 3.123; // 安全：定义小数 b，并初始化为 3.123
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```
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### 2. 连续定义与赋值（补充知识，请记在书本 P15 页）
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如果我们需要同时申请多个同类型的变量，可以用逗号 `,` 连写：
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```cpp
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int a, b; // 同时申请两个空柜子 a 和 b
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int x = 10, y = 20; // 同时申请两个柜子 x 和 y 并装入初始值
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```
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### 3. 赋值的覆盖特性与累加
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对变量的赋值是一个**覆盖**过程。新数据装进去，旧数据就彻底消失了。
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**变量的自我更新：**
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```cpp
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int num1 = 1;
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num1 = num1 + 7; // 此时 num1 变成了 8
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```
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**简单写法（书本 P10 第六自然段）：**
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为了让代码更简洁，程序员发明了简写形式：
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* `num1 += 7;` 完全等同于 `num1 = num1 + 7;`
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* `a += b;` 完全等同于 `a = a + b;`
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## 五、 常量
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*例 1-9（P10 页）：求圆的周长面积和体积*
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在计算圆周率 $\pi$ 时，我们需要一个容器来装 `3.14159`。但是，圆周率是一个自然界的真理，在程序运行期间我们**不允许它被意外修改**。
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这时，我们需要使用关键字 **`const`** 来声明一个**常量**。因为在实际的工程中，一个软件是由很多程序员开发的，定义常量就能让别的程序员知道我定义的这个变量不能修改，改了会出问题。
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**常量的规则：**
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1. **必须在声明时就给它初始化**，否则编译直接报错。
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2. **终生不可更改**，不能再通过赋值符 `=` 修改它。
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```cpp
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// 声明一个双精度浮点数常量 PI
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const double PI = 3.14159;
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// PI = 3.0; // 如果写这行代码，计算机会报错！
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```
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## 六、 变量与字符串的区别
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在结合 `cin` 和 `cout` 使用时，初学者最容易在输出格式上栽跟头。请大家仔细观察以下四种写法的输出区别（假设前面已经运行了 `int x = 5, y = 6;`）：
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| 代码写法 | 控制台实际输出 | 解析 |
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| -------------------------- | -------------- | ----------------------------------------- |
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| `cout << x + y;` | **11** | 没有双引号，执行后台数学计算。 |
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| `cout << "x+y";` | **x+y** | 有双引号，纯文本复读机，原样输出。 |
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| `cout << x << "+" << y;` | **5+6** | 变量（抽出数字）与纯文本（加号）的拼接。 |
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| `cout << "x+y=" << x + y;` | **x+y=11** | 前面输出纯文本提示音 + 后面输出计算结果！ |
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## 六、 综合实战演练
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**练习：理解并练习书本例 1-10（P11 页），猴子吃桃问题**
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**题目描述：** 猴子第一天吃了所有桃子的一半又多吃了一个；第二天又吃了剩下的一半多一个；第三天同理。第四天发现只剩下一个了。问原来有几个？
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**解题思维（逆向）：**
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正向推导较为复杂，但如果运用倒推法，问题就能较为简单的解决。
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* 第四天：剩下 1 个。
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* 第三天：把第四天的数量加上它贪嘴多吃的那 1 个（吐出来），然后再翻倍。
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* 第二天、第一天：重复同样的动作。
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*我们可以利用变量来持续覆盖、更新当前的桃子数。*
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**代码思路：**
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- **第一步：`int peach = 1;`**
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- 计算机在内存里找了一个整数大小的空抽屉，在抽屉外面贴上了一个标签，名字叫 `peach`（桃子）。然后，把第四天最后剩下的数字 **1**，放进了抽屉里。 *【此时 peach =1】*
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- **第二步：`peach = (peach + 1) * 2;`**
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- 这行代码在数学上是不成立的，但在编程里，我们要**先看等号右边，再看等号左边**。 计算机先执行右边的计算：它拉开名为 `peach` 的抽屉，发现里面是 1。于是它在后台的大脑里计算 `(1 + 1) * 2`，算出来的结果是 4。 接着，执行等号（赋值）的动作：计算机地把抽屉里原来的 1 扔掉，把刚刚算出来的 **4** 装了进去！这代表第三天开始时有 4 个桃子。 *【此时 peach = 4】*
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- **第三步：`peach = (peach + 1) * 2;`**
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- 代码跟第二步长得一模一样，但结果完全不同！ 计算机再次拉开 `peach` 抽屉，此时里面装的已经是 4 了。计算机在大脑里计算 `(4 + 1) * 2`，得到 10。 然后再次执行覆盖：把 4 扔掉，把 **10** 装进抽屉。这代表第二天开始时有 10 个桃子。 *【此时 peach = 10】*
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- **第四步：`peach = (peach + 1) * 2;`**
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- 最后一次倒推。拉开抽屉拿出 10，计算 `(10 + 1) * 2`，得到 22。 扔掉 10，把 **22** 放进抽屉里。这代表第一天小猴子刚买回来的桃子总数。 *【此时 peach = 22】*
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- **第五步：`cout << peach;`**
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- 任务完成！我们 `cout` 输出 `peach` 抽屉，把它现在装的最终数字展示在屏幕上。屏幕上将打印出：**22**。
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**我们全程只用了一个名叫 `peach` 的抽屉，但通过反复使用 `=`（赋值符），我们让抽屉里的数据根据题意进行了变化和覆盖。**
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**程序代码:**
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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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// 1. 申请抽屉并放入第四天的数量
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int peach = 1;
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// 2. 倒推第三天的数量
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peach = (peach + 1) * 2;
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// 3. 倒推第二天的数量
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peach = (peach + 1) * 2;
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// 4. 倒推第一天（刚买回来时）的数量
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peach = (peach + 1) * 2;
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// 5. 展示抽屉里最终的结果
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cout << peach << endl;
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return 0;
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}
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```
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