C++程序設計基礎實驗：C++對C的擴展特性與應用

🔥 本文詳細講解C++基礎實驗，包含C++對C語言的擴充與增強特性，從零開始掌握函數重載、引用、指針等核心概念，附詳細代碼分析與運行結果。適合C++初學者和有C語言基礎想學習C++的同學！

一、實驗目的

1. 熟悉Dev-C++開發環境，了解C++對C語言的擴充與增強
2. 掌握集成開發環境下C++程序的編輯、編譯、鏈接和運行方法
3. 掌握C++中特有的引用、函數重載等核心特性

二、實驗環境

• 開發工具：Dev-C++ 5.11或更高版本
• 操作系統：Windows 10/11
• 編譯器：MinGW GCC

三、實驗內容

1. 閱讀程序并驗證結果

(1) 程序1：C++基本輸入輸出

#include<iostream>using namespace std;int main() {int a, b, c;printf("Please enter a and b\n");scanf("%d%d", &a, &b);c = a + b;printf("a+b=%d", c);return 0;
}

代碼分析：

• 雖然引入了iostream頭文件和namespace std，但實際使用的是C語言的printf和scanf函數
• 這個程序演示了C++對C的兼容性，即在C++中可以混用C風格的輸入輸出
• C++風格的等價寫法應該使用cin和cout，如cin >> a >> b;和cout << "a+b=" << c;

實驗步驟：

1. 在Dev-C++環境中創建新項目
2. 輸入上述代碼并編譯運行
3. 輸入兩個整數，如3和4
4. 觀察輸出結果：a+b=7

(2) 程序2：指針操作

#include<iostream>using namespace std;int main() {int a[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12};int *p = a + 5, *q = a;*q = *(p+5);printf("%d %d", *p, *q);return 0;
}

代碼分析：

• 聲明整型數組a包含12個元素（1到12）
• 指針p指向數組第6個元素（索引5，值為6）
• 指針q指向數組第1個元素（索引0，值為1）
• *q = *(p+5)將第11個元素（索引10，值為11）賦值給第1個元素
• 最后打印指針p和q指向的值，即6 11

內存示意圖：

數組a：[1][2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12]↑           ↑p           p+5↑q (初始指向1，后來值變為11)

運行結果：6 11

(3) 程序3：引用參數傳遞

#include<iostream>using namespace std;void fun(int x, int &y) {x += y;  // x僅在函數內改變y += x;  // y的改變會影響調用處
}int main() {int x = 5, y = 10;fun(x, y);  // 第一次調用fun(y, x);  // 第二次調用printf("x=%d, y=%d", x, y);return 0;
}

代碼分析：

• 函數fun第一個參數是值傳遞，第二個參數是引用傳遞
• 第一次調用fun(x, y)時：
  • x=5, y=10
  • 函數內：x變為5+10=15（僅函數內有效）
  • 函數內：y變為10+15=25（影響main函數中y的值）
  • 調用后：x=5（未變），y=25
• 第二次調用fun(y, x)時：
  • x=5, y=25
  • 函數內：參數x（對應main中的y）變為25+5=30（僅函數內有效）
  • 函數內：參數y（對應main中的x）變為5+30=35（影響main函數中x的值）
  • 調用后：x=35，y=25

運行結果：x=35, y=25

2. 程序查錯改錯題

(1) 修改程序使其編譯通過

原代碼：

#include<iostream>
using namespace std;int main()
int a, b;
// ... 省略部分代碼

錯誤分析：

• main函數缺少左花括號{
• 變量聲明應在函數體內

修正后代碼：

#include<iostream>
using namespace std;int main() {  // 添加了左花括號int a, b;  // 將變量聲明移到函數體內scanf("%d%d", &a, &b);b += a;printf("%d", b);return 0;
}

運行結果：
當輸入3 4時，輸出7

3. 程序設計題

(1) 求最大數（函數重載實現）

要求： 實現重載的max函數，分別求兩個數和三個數的最大值

實現代碼：

#include<iostream>
using namespace std;// 兩個整數取最大值
int max(int a, int b) { return a > b ? a : b; 
}// 三個整數取最大值（利用兩個數的max函數）
int max(int a, int b, int c) { return max(max(a,b), c); 
}int main() {cout << "兩個數的最大值：" << max(3,5) << endl;        // 輸出5cout << "三個數的最大值：" << max(2,8,4) << endl;      // 輸出8return 0;
}

代碼分析：

• 函數重載是C++特有的特性，允許同名但參數列表不同的函數共存
• 在本例中，編譯器根據傳入的參數個數自動選擇對應的max函數
• 三參數版本的max函數復用了兩參數版本，體現了代碼復用

運行結果：

兩個數的最大值：5
三個數的最大值：8

(2) 三數排序（指針和引用實現）

要求： 使用指針和引用分別實現三個數的升序排序

a. 指針形參實現

#include<iostream>
using namespace std;// 使用指針實現三數排序
void sort(int *a, int *b, int *c) {if (*a > *b) swap(*a, *b);if (*a > *c) swap(*a, *c);if (*b > *c) swap(*b, *c);
}int main() {int x, y, z;cout << "請輸入三個整數：";cin >> x >> y >> z;sort(&x, &y, &z);cout << "排序后結果：" << x << " " << y << " " << z << endl;return 0;
}

b. 引用形參實現

#include<iostream>
using namespace std;// 使用引用實現三數排序
void sortByReference(int &a, int &b, int &c) {if (a > b) swap(a, b);if (a > c) swap(a, c);if (b > c) swap(b, c);
}int main() {int x, y, z;cout << "請輸入三個整數：";cin >> x >> y >> z;sortByReference(x, y, z);cout << "排序后結果：" << x << " " << y << " " << z << endl;return 0;
}

指針與引用實現對比：

1. 語法差異：
   • 指針實現需要傳遞地址&x，并使用*a訪問值
   • 引用實現直接傳遞變量x，直接使用a訪問值
2. 安全性：
   • 引用必須初始化且不能為空，相對更安全
   • 指針可以為NULL，使用前需檢查
3. 代碼簡潔性：
   • 引用實現的代碼更簡潔易讀

運行實例：
輸入：3 1 4
輸出：1 3 4

四、實驗總結

通過本次實驗，我們：

1. 熟悉了Dev-C++環境下C++的基本編程流程
2. 深入理解了C++對C的重要擴充特性：
   • 函數重載：同名不同參的函數可以共存，增強代碼可讀性
   • 引用參數：相比指針更安全、語法更簡潔的參數傳遞方式
   • 指針操作：C++繼承并增強了C語言的指針功能
3. 掌握了不同參數傳遞方式的特點與應用場景：
   • 值傳遞：參數在函數內的修改不影響原值
   • 引用傳遞：參數在函數內的修改直接影響原值
   • 指針傳遞：通過地址間接修改原值

五、思考與拓展

1. 函數重載與函數默認參數有何區別？在什么場景下各自更適用？
2. C++11及以后版本中引入了移動語義和右值引用，如何理解這些新特性？
3. 智能指針如何解決傳統指針的內存泄漏問題？

💡 小貼士：在實際開發中，C++的標準庫（STL）提供了豐富的容器和算法，如vector、sort等，可以更優雅地實現本實驗中的功能，有興趣的同學可以進一步探索。

參考資料

1. C++ Primer（第5版）
2. Effective C++（第3版）
3. C++標準庫（第2版）

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