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2.2 變數與輸入

像 1, 24, 3.14 這樣的數，我們稱為 字面常數(literal constant)，它的值是固定不變的。

另外像我們在數學代數中用到的 x, y, z 等，則稱為 變數 ，它的值可以改變。

在電腦程式中，變數是很重要的。它可以用來儲存輸入的資料，計算中的數值，表示某個狀態等。

使用 cin 輸入資料

下面這段程式在執行之後，會先詢問你的年齡，在你輸入年齡並按下 [Enter] 後，輸出 "You are xx years old."。這個 xx 會是你輸入的值。

int age;

cout << "How old are you?";
cin >> age;
cout << "You are " << age << " years old." << endl;

標準輸入

在程式中出現的 cin 是用來由 標準輸入(standard input) 將資料讀入電腦，我們可以把它想像成和 cout 相反的流向。

一般來說標準輸入指的是鍵盤的輸入，而輸入的值必須被存放到電腦裡，供後續運算和使用。

變數

我們可以把變數想像成是一塊有名字的記憶體。但是它除了有名字之外還有 型別 ，一個型別為整數(integer)的變數，裡面只能放整數；型別為字串(string)的變數，裡面只能放字串。

宣告

在上面程式碼的第一行 int age;，是在 宣告(declare) 這個變數。每一個變數在使用前都必須先宣告，明確指出變數的型別和名字。

一個典型的變數宣告，長這個樣子。

型別 變數名;

例如：

int age;

如果不宣告就使用變數，會發生什麼事呢？

#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
    cout << "How old are you?";
    cin >> age;
    cout << "You are " << age << " years old." << endl;
    
    return 0;
}

在上面這個程式的第 8 行，我們想使用 age 這個變數。但是往前看卻沒有看到這個變數的宣告。

這個程式在編譯時，編譯器(compiler)會發出如下的錯誤訊息。

main.cpp: In function ‘int main()’:
main.cpp:8:12: error: ‘age’ was not declared in this scope
    8 |     cin >> age;
      |            ^~~

編譯器的錯誤訊息都是英文的，但是同學們一定要學會看錯誤訊息，看懂錯誤訊息可以讓你很快抓到重點，把錯誤修正。

在這段錯誤息裡

  • 第一行是告訴我們，它抓到錯誤的位置在 main.cpp 這個檔案裡的 int main() 函數裡。

  • 第二行可以看到精確的位置，第 8 列(row)，第 12 行(column)。所以到第 8 列第 12 個字元的位置，你就可以看到這個錯誤訊息描述的 'age'。

  • 繼續往下看 error 表示這是個「錯誤」，不修正它程式就無法成功編譯執行。

  • 之後則是錯誤的描述 ‘age’ was not declared in this scope，它說「這個 'age' 沒有在這個範圍內宣告」(它有在下面把位置標記給你看)

稍後我們還會看到編譯器給出 `warring` 也就是「警告」的狀況，這是編譯器發現某處可能有問題，但程式依然可以完成編譯並執行。

看懂錯誤訊息後，下一步就是修正它。我們在前面補上宣告即可。

#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
    int age; // <-- 我們在這裡補上宣告
    cout << "How old are you?";
    cin >> age;
    cout << "You are " << age << " years old." << endl;
    
    return 0;
}

變數的資料型別和名字

前面提到了兩個重點

  • 變數在使用前要 宣告(declare)
  • 宣告時要明定其 「型別」 和 「名字」

變數名命規則

我們可以自行命名每一個變數，但是必須遵守以下規則：

  1. 變數名稱的第一個字元必須是底線 _ 或英文字母 A~Z, a~z
  2. 除了第一個字元外，變數名稱只能由底線 _ 、英文字母 A~Z, a~z 和數字 0~9 組成。
  • 合法的變數名稱例子，如：Age, age, length, _name, id1246
  • 不合法的變數名稱例子，如：369city (開頭不能是數字), my#name(變數名稱不能用 #)

注意！ C++裡的變數名稱是有區分大小寫的，也就是 Age 和 age，會被視為 2 個不同的變數。

常用的基本資料型別

名稱 關鍵字 大小 範圍 備註
字元 char 1 Byte $0 \sim 255$
  • ASCII
  • 如：'a', '@'
    		•
    整數 int 4 Byte $-2^{31} \sim 2^{31}-1$ 如：12, -65
    無號整數 unsigned int 4 Byte $0 \sim 2^{32}-1$ 如：23, 656372
    單精確浮點數 float 4 Byte
  • IEEE 754
  • 如：3.14, 5.0
    		•
    雙精確浮點數 double 8 Byte
  • IEEE 754
  • 如：3.14, 5.0
    		•
    字串 string 如："Peter"

    資料型別牽涉到資料如何被儲存到記憶體裡，以及記憶體中的資料要如何被解讀。

    避免誤用或使用不合適的型別

    在下面這個用半徑計算圓周長的程式裡，我們宣告了一個名為 pi 的整數(int)型別變數，但是卻把一個浮點數 3.14 放入這個變數裡。

        int r;
    cout << "請輸入半徑 r:";
    cin >> r;

    int pi;
    pi=3.14;
    cout << "半徑為 " << r << " 的圓，其周長為 " << 2*pi*r << endl;

    編譯時沒有出現任何錯誤訊息，執行結果如下。

    如果把第 5 行的 pi 宣告成浮點數

        double pi;

    執行結果則為

    修改前因為 int 無法儲存小數的值，所以在 pi=3.14; 這裡發生了一些狀況。

    3.14 本來是個浮點數，因為被指定(assign)到 int 型別的變數 pi，所以隱式轉型(implicit casting)為 int，喪失精確度變成了 3，過程中沒有出現任何錯誤訊息。如果我們在寫一個需要精確到小數以下 2 位的程式時，誤用 int 型別的變數來儲存數值，那麼結果可能會造成重大的損失。

    如果是連喪失精確度轉型都做不到的狀況呢？

    #include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
    int name;

    name = "Peter";  // <--我們在這裡把字串放入整數型別的變數裡
    cout << "Hello, " << name << endl;

    return 0;
}

    會出現錯誤訊息。

    重點在這句 invalid conversion from ‘const char*’ to ‘int’

    不可以把 const char* 轉型為 int，因為「字串」沒辦法轉換成「整數」。

    連續讀取多個值

    cout 可以像這樣串接，一次輸出多組資料。

    cout << "I am " << 16 << " years old.";

    cin 也可以串接，讀取多個輸入值。

    string name;
int age;
  
cin >> name >> age;
cout << name << " is " << age << " years old.";

    原則上判斷輸入的斷句是在 [空白] 或 [Enter]

    程式執行後，你可以輸入 Peter [空格] 16 [Enter]，或是輸入 Peter [Enter] 16 [Enter]

    第一個輸入的值("Peter")會被放入變數 name 裡，第二個輸入的值(16)會被放入變數 age 裡。

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