第一章 C++ 程序结构与流程控制

作者： 作者的头像   huolong , 时间：2026-08-20 18:08:46 , 所有人可见, 阅读  38

第一章 C++ 程序结构与流程控制

在准备 CSP 和 GESP 的过程中，理解 C++ 的程序结构和流程控制是编写算法的基础。C++ 程序由一系列指令构成，通过合理的顺序、选择和循环结构，控制计算机高效地执行任务。

下面是我们编写的第一个 C++ 程序，用于计算两个整数的和（A+B 问题）：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() { // 程序入口
    int a, b;
    cin >> a >> b;
    cout << a + b << "\n"; 
    return 0; 
}

1.1 程序基本框架

1. 注释

注释用于提高代码的可读性，编译器会直接忽略它们。C++ 支持两种注释方式： * 单行注释 //：必须单独放置在一行，或紧跟在代码行的后面。 * 块注释 /* ... */：成对出现，可以插入到代码的任意位置，常用于注释多行代码。

2. 引用头文件

在代码开头使用 #include <头文件名> 引入标准库。 * 尖括号 < >：表示编译器只从系统标准目录中搜索该头文件（竞赛中绝大多数情况使用此方式）。 * 双引号 ""：表示编译器会先从当前源文件所在的目录搜索，如果找不到，再到系统标准目录中搜索（常用于引入自己编写的头文件）。

3. 命名空间

标准 C++ 库中的所有标识符都定义在一个名为 std 的命名空间中。为了避免每次都写 std::cin 或 std::cout，我们通常在头文件引入后加上：

using namespace std;

4. main() 主函数

main() 是所有 C++ 程序的入口。在算法竞赛（如 CSP-J、NOIP、GESP 考级）中，main() 函数的返回值必须是 0（通过 return 0; 返回）。如果返回其他非零值，评测系统会判定为程序异常终止（Runtime Error），从而导致该测试点得零分。

5. 语句与语句块

  • 语句：在 C++ 中，单条语句必须以分号 ; 结束。为了代码的美观与可读性，一条语句可以换行书写，多条语句也可以写在同一行。
  • 语句块：使用大括号 { 和 } 包围的多条语句。在语法上，一个完整的语句块被视为单条复合语句。

1.2 选择结构（分支结构）

1. if 条件分支语句

if 用于判断条件是否为真。如果条件为真，则执行紧跟其后的语句或语句块；否则执行 else 分支中的代码。如果没有编写 else 且条件为假，则直接跳过该分支。

格式一：基础单分支
if (条件) {
    语句或语句块;
}
格式二：双分支
if (条件) {
    语句或语句块A;
} else {
    语句或语句块B;
}
格式三：多分支（嵌套）
if (条件1) {
    语句或语句块A;
} else if (条件2) {
    语句或语句块B;
} else {
    语句或语句块N;
}
  • 注意：else if 中间必须留有空格。它在本质上是 else 分支中嵌套了另一个 if 语句。

2. switch 开关分支语句

switch 语句根据表达式的整数值（或字符值）进行多路分支选择，结构如下：

switch (表达式) {
    case 值1: 
        代码段A; 
        break;
    case 值2: 
        代码段B; 
        break;
    default: 
        代码段N; 
        break;
}
  • break 关键字：如果某个 case 分支中省略了 break，程序会继续执行其后的所有 case 分支代码（产生“穿透”现象），直到遇到 break 或 switch 语句结束。
  • default 分支：当所有 case 都不匹配时执行 default 段，此部分可以省略。
  • 结束分号：整个 switch 大括号闭合后不需要在结尾补分号（非强制，但保持代码整洁）。
实例：闰年判定与月份天数计算

输入一个日期，判断其所在年份是否为闰年，并输出该月份的天数。 （提示：闰年的判断方法为：四年一闰，百年不闰，四百年又闰。）

int year, month, day;
bool is_leap = false;
cin >> year >> month >> day;

// 判断是否为闰年
if (year % 400 == 0) {
    is_leap = true;
} else if (year % 100 != 0 && year % 4 == 0) {
    is_leap = true;
}

if (is_leap) {
    cout << year << "是闰年。\n";
} else {
    cout << year << "不是闰年。\n";
}

// 判断所在月份的天数
switch (month) {
    case 1: case 3: case 5: case 7: case 8: case 10: case 12:
        cout << "这个月有31天。\n"; 
        break;
    case 4: case 6: case 9: case 11:
        cout << "这个月有30天。\n"; 
        break;
    case 2:
        cout << "这个月有" << (is_leap ? 29 : 28) << "天。\n"; 
        break;
}

1.3 循环结构

1. while 语句

先判断条件，若条件成立则执行循环体，重复此过程直到条件不成立为止。

while (条件) {
    循环体;
}

2. do-while 语句

先执行一次循环体，再判断条件。若条件成立则继续循环。它与 while 的主要区别在于：do-while 的循环体至少会被执行一次。

do {
    循环体;
} while (条件); // 注意：结尾的分号不可省略

3. for 语句

for 循环将循环的控制结构集中在一行，包含：初始化、循环判定条件、更新变量（状态转移）以及循环体。

for (初始条件; 继续循环的条件; 状态转移的条件) {
    循环体;
}

其等价的 while 循环形式为：

初始条件;
while (继续循环的条件) {
    循环体;
    状态转移;
}
  • for 语句括号内的三个表达式都可以省略，但两个分号 ; 必须保留（如 for (;;) 构成无限循环）。

4. 循环控制：break 与 continue

  • break：强行终止并跳出当前所在的最内层循环。
  • continue：跳过当前循环体中剩余的语句，直接进入下一次循环判定或更新变量阶段。

5. 编写循环时的避坑指南

  • 计数器变量冲突：小心拼写，特别是在多重循环复制粘贴代码时，切勿混淆循环变量（如将 j 误写为 i）。
  • 边界条件：要明确关系运算符是 <、> 还是 <=、>=。
  • 逆序死循环：在进行逆序循环（递减）时，切勿将自减 -- 误写为自增 ++。
实例：求多个数的阶乘值

读入多个正整数 $n$，输出 $n!$ （$n! = 1 \times 2 \times 3 \times \dots \times n$）。当输入为负数时，结束程序。

int n;
long long r = 1;
cin >> n;
while (n > -1) {
    r = 1;
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        r *= i;
    }
    cout << n << "! = " << r << "\n";
    cin >> n;
}

1.4 goto 语句

goto 语句用于无条件跳转。使用时，需先在代码中定义一个标签（标识符后加冒号 :），然后通过 goto 标签名; 跳转。

在结构化编程中，一般不建议过多使用 goto，因为它容易破坏程序的结构、降低可读性。但在某些特定场景下，goto 具有独特的作用，例如快速跳出多重循环：

for (int i = 0; i < 9; i++) {
    for (int j = 0; j < 9; j++) {
        for (int k = 0; k < 9; k++) {
            if (满足某种跳出条件) {
                goto __exited; // 直接跳出三重循环
            }
        }
    }
}
__exited:
// 执行跳转后的后续代码

1.5 C 语言与 C++ 的重要区别

在算法竞赛中，C++ 是基于 C 语言发展而来的，绝大多数 C 语言代码可以直接在 C++ 编译器中运行。以下是两者在竞赛中的主要区别：

  1. 输入与输出：C++ 推荐使用灵活的流输入输出 cin/cout，而 C 语言仅支持 scanf/printf。
  2. 字符串处理：C++ 提供了强大的标准库 std::string 类，极大地简化了字符串操作，避免了传统 C 风格字符数组容易发生的越界、溢出等低级内存错误。
  3. 标准模板库（STL）：C++ 拥有极其强大的 STL（包含 vector, queue, stack, set, map 等数据结构及 sort 等算法），而 C 语言不提供这些工具，需要手写。
  4. 头文件命名：C 语言的传统头文件可以在 C++ 中使用，但建议规范写成去 .h 并在前端加 c 的形式（例如 <stdio.h> 写作 <cstdio>，<stdlib.h> 写作 <cstdlib>）。
  5. 运行效率：原生 C 语言的运行效率在部分场景下略优于 C++。但在通过 ios::sync_with_stdio(false) 取消同步后，C++ 的流输入输出效率能与 C 语言基本持平。

1.6 课后推荐练习题

为了熟悉 C++ 的程序基本框架、选择结构与循环结构，推荐在工作台中练习以下题目：

  • 题目编号：1 —— 第一个C++程序与A+B
    • 考点：熟悉 C++ 最基础的程序框架、头文件引用、命名空间以及基本的输入输出流程。
  • 题目编号：5 —— 鸡兔同笼
    • 考点：练习基本的算术运算与 if-else 条件选择结构。在计算出不可能的组合时，需要进行特殊的分支处理。
  • 题目编号：25 —— 倍数判断
    • 考点：练习关系运算符（余数等于 0）和逻辑或运算符 ||。通过分支结构输出对应的字符串结果。
  • 题目编号：33 —— 城市名称查询
    • 考点：本题提供了清晰的映射关系。非常适合用来练习编写多级 if-else if 嵌套结构或 switch-case 分支语句。
  • 题目编号：4 —— 所有约数之和
    • 考点：练习基础的 for 循环。通过循环遍历 1 到 N 之间的每一个整数，利用条件分支判断其是否为约数并累加。
  • 题目编号：46 —— 递增序列输出
    • 考点：练习使用 while 循环读入数据。要求读取一系列整数，并对每一个非零数据通过 for 循环输出对应的递增序列，直到读入 0 时终止程序。
  • 题目编号：56 —— 等差数列与终止条件
    • 考点：练习循环中的输入与控制。在读取每对数据的同时需要进行多重条件判断，一旦读入 0 或负数则需要立即跳出循环结束程序。

—— 本文来自火龙信奥（义乌睿码科技）：义乌青少年信息学奥赛与编程教育平台，专注 CSP-J/S、NOIP、GESP 竞赛培训，线上线下融合教学，助力编程升学。网址：hlcoding.com