[APG4b]C++の基礎文法をAtCoderで学ぶ。

C++の基本文法

以下のサイトを参考にしている。

目的

• C++の基本文法を整理
• プログラミング言語の主流の文法を整理

第1章 基本文法(1.00~1.15)

3つの制御構造

• 順次
• 分岐
• 反復

ファイルの主な構造

#include <bits/stdc++.h> // incloudeディレクティブで機能を読み込み
using namespace std; // プログラムを短く書くための機能

int main() {
// 処理
}

入力と出力

複数の入力の場合は、スペースか改行で区切られていれば自動的に分解して入力してくれる。

// 入力
cin >> 変数; // 入口をイメージ
cin >> 変数1 >> 変数2; // 複数を入力

// 出力
cout << 値; // 出口をイメージ
cout << 値 << endl; // 改行を含む
cout << 値1 << 値2 << 値3 << endl; // 複数を出力

2通りのコメント方法

// コメント

/*
コメント
*/

プログラムの主な3つのエラー

• コンパイルエラー（Compile-Error）：書いたプログラムの文法にミスがあるときに発生するエラー
• 実行時エラー（Runtime-Error）：実行時エラーとは、プログラムの文法に間違いはなかったが、内容に致命的な間違いがあったときに発生するエラー（例、3÷0のゼロ除算）
• 論理エラー（Wrong-Answer）：プログラムは一見正しく動作しているが、その動作が実は正しくないときに発生するエラー
• 実行時間制限超過（Time-Limit-Exceeded）

変数を宣言

「データ型」と「変数」を指定

データ型 変数;
データ型 変数 = 値; // 変数の宣言と代入（初期化）
データ型 変数 = 値1, 変数 = 値2; // 同時に複数を宣言

5つのデータ型

• int型：整数
• double型：小数
• string型：文字列
• char型：文字（1字）
• bool型：真偽値

int 変数 = 整数;
double 変数 = 小数;
string 変数 = "文字列"; // ダブルクオーテーション
char 変数 = '文字'; // シングルクオーテーション
bool 変数 = 真偽値;

if文で条件分岐（分岐）

if (条件式1) {
  //処理1
}
else if (条件式2) {
  //処理2
}
else {
  //処理3
}

6つの比較演算子（うち2つ）

• 「==」：等しい
• 「!=」：等しくない

// 等しい場合
if (変数 == 値) {
cout << "等しい" << endl;
}

// 等しくない
if (変数 != 値) {
cout << "等しくない" << endl;
}

3つの論理演算子

• !(条件式)：条件式の結果の反転
• 条件式1 && 条件式2：条件式1が真 かつ 条件式2が真
• 条件式1 || 条件式2：条件式1が真 または 条件式2が真

if (!(変数1 == 変数2)) {
cout << "変数1と変数2は等しくない" << endl;
}

if (変数1 == 値 && 変数2 == 値) {
cout << "変数1と変数2は値" << endl;
}

if (変数1 == 値 || 変数2 == 値) {
cout << "変数1か変数2は値" << endl;
}

5つの複合代入演算子（うち1つ）

• 「+=」：足して再代入

// 以下は同じ
変数 = 変数 + 値;
変数 += 値;

インクリメントとデクリメント

• 「++」：値を1ずつ増やす。
• 「--」：値を1ずつ減らす。
  このように、プログラムを短く書くための記法のことをシンタックスシュガーと言う。

// 以下は同じ
変数 = 変数 + 1;
変数 += 1;
変数++;

while文で繰り返し処理（反復）

while (条件式) {
  // 処理
}

for文で繰り返し処理（反復）

for (初期化; 条件式; 更新) {
  //処理
}

//N回処理する
for (int i = 0; i < N; i++) {
  //処理
}

break;でループを抜ける

breakはループを途中で抜けるための命令です。

// breakがなければこのループはN回まで繰り返す
for (int i = 0; i < N; i++) {

if (条件式) {
  cout << "ぬける" << endl;
  break; // 条件を満たすと、ループから抜ける
}

// 処理 
}

continueでその後の処理をとばして次のループへ行く

continueはその後の処理をとばして次のループへ行くための命令です。

for (int i = 0; i < N; i++) {

if (条件式) {
  cout << "とばす" << endl;
  continue; // 条件を満たすとき、これより後の処理をとばす
  // 処理
}

// 処理
}

「メンバ関数」

文字列の長さ

• 文字列変数.size()

string str = "Hello";
cout << str.size() << endl;

i番目の文字

• 文字列.at(i)

string str = "Hello";
char c = str.at(0); // 0番目のchar型の値が得られる

エスケープシーケンス（\n）

「改行」などの特殊な文字をプログラム中で表現する場合、エスケープシーケンスを利用します。

cout << "こんにちは\nAtCoder";

行単位での入力（getline関数）

cinを使うと空白や改行区切りの入力を簡単に扱えますが、空白で区切らずに行単位で入力を受け取りたいこともあります。
その場合はgetlineを使います。

• getline(cin, 文字列変数);

string s, t;
getline(cin, s); // 変数sで入力を一行受け取る
getline(cin, t); // 変数tで入力を一行受け取る

cout << "一行目 " << s << endl;
cout << "二行目 " << t << endl;

//入力
I have a pen.
I have an apple.

//実行結果
一行目 I have a pen.
二行目 I have an apple.

配列の宣言と、その操作

配列を宣言

//配列の宣言します。
vector<型> 配列変数名;

//配列の初期化
vector<型> 配列名(要素数);

// 初期値の指定
vector<型> 配列名(要素数, 初期値);

配列を操作します。
配列は文字列のように+=で要素を追加することはできません。
代わりに配列変数.push_backを使えば、配列の末尾に要素を追加することができます。

//i番目の要素
配列変数.at(i)

//配列の要素数
配列変数.size()

// 要素の追加
配列変数.push_back()

// 要素の削除
配列変数.pop_back()

for文を使った入力

// 100要素の配列で初期化
vector<int> vec(100);

// 100個の入力を受け取る
for (int i = 0; i < 100; i++) {
cin >> vec.at(i);
}

STL (Standard Template Library)

C++で用意されている、関数等がまとまっているもののことをSTL (Standard Template Library)といいます。
min関数では2つの引数がありましたが、引数の数は関数によって異なります。
関数の計算結果の値のことを返り値（かえりち）または戻り値（もどりち）と言います。

5つの関数

// aとbのうち小さい方の値を返す
min(a, b);

// aとbのうち大きい方の値を返す
max(a, b);

// 変数aと変数bの値を交換する
swap(a, b);

// 配列変数をソートする（要素を小さい順に並び替える）
sort(配列変数.begin(), 配列変数.end());

// 配列変数vecの要素の並びを逆にする
reverse(配列変数.begin(), 配列変数.end())l;

配列を渡す形式

関数名(配列変数.begin(), 配列変数.end())

関数を定義

返り値の型 関数名(引数1の型 引数1の名前, 引数2の型 引数2の名前, ...) {
  // 処理
  return 返り値;
}

// 返り値がない関数
void 関数名(引数1の型 引数1の名前, 引数2の型 引数2の名前, ...) {
  // 処理
  return;
}

// 引数がない関数
返り値の型 関数名() {  
  cin >> 変数; // cinで入力
  // 処理
  return 返り値;
}

第2章 複雑な計算処理の書き方(2.00~2.03)

範囲for文

全ての要素を取り出し終わるとループを抜けます。

for (配列の要素の型 変数名 : 配列変数) {
  // 各要素に対する処理
}

ループ構文の使い分け

• 範囲for文：配列の全ての要素に対する処理
• for文：一定回数、繰り返す処理
• while文：条件に合う限り繰り返す処理

多重ループのbreak/continue

  bool finished = false;  // 外側のループを抜ける条件を満たしているかどうか(フラグ変数)

  for (int i = 0; i < ... ; i++) {
    for (int j = 0; j < ... ; j++) {

      /* 処理 */

      if (/* 2重ループを抜ける条件 */) {
        finished = true;
        break;  // (＊)
        // finishをtrueにしてからbreakすることで、
        //   内側のループを抜けたすぐ後に外側のループも抜けることができる
      }
    }
    // (＊)のbreakでここに来る

    if (finished) {
      break;  // (＊＊)
    }
  }
  // (＊＊)のbreakでここに来る

多次元配列と表形式

配列を宣言します。

vector<vector<要素の型>> 変数名(要素数1, vector<要素の型>(要素数2, 初期値));
vector<vector<要素の型>> 変数名(要素数1, vector<要素の型>(要素数2));  // 初期値を省略

// 表の場合
vector<vector<要素の型>> 変数名(縦の要素数, vector<要素の型>(横の要素数));

2次元配列の要素にアクセス

変数名.at(添字1).at(添字2);

// 表の場合
変数名.at(上から何番目か).at(左から何番目か);

配列の要素数の取得

// 縦の要素数を取得
変数.size();

// 横の要素数を取得する
変数.at(0).size();

N×0の二次元配列

後から配列に要素を追加して使う場合などに、N×0の配列を宣言することがあります。

vector<vector<型>> 変数名(N);  // 「要素数0の配列」の配列

長方形にならない二次元配列(ジャグ配列)

N×0の二次元配列に後から要素を追加していく場合などに「行毎に要素数の違う二次元配列」ができることがあります。

多次元配列

// 3次元配列の宣言
vector<vector<vector<要素の型>>> 変数名(要素数1, vector<vector<要素の型>>(要素数2, vector<要素の型>(要素数3, 初期値)));
vector<vector<vector<要素の型>>> 変数名(要素数1, vector<vector<要素の型>>(要素数2, vector<要素の型>(要素数3)));  // 初期値を省略