C++编程：数字运算、鼠标交互及常见问题处理

### C++ 编程：数字运算、鼠标交互及常见问题处理 #### 1. 常量声明 在 C++ 中，对于那些不能改变的值，使用常量声明是个好主意。例如，对于圆周率 PI 这样的值，需要保证其不变性。对于整数类型，有一种方便的常量声明方式——使用枚举（enum）。 ```cpp //Location and dimensions for a box we might draw enum {BOX_LEFT=100, BOX_TOP=50, BOX_WIDTH=200, BOX_HEIGHT=100}; ``` 这种方式比分别使用 `const int` 声明更简洁： ```cpp const int BOX_LEFT =100; const int BOX_TOP = 50; const int BOX_WIDTH =200; const int BOX_HEIGHT=100; ``` 使用常量而非字面量值有两个主要原因： - **清晰性**：在程序中看到一个字面量值，如 7，很难立刻知道它代表什么含义，可能是一周的天数、七宗罪的数量或者其他含义。使用常量可以通过清晰的名称来明确其含义。 - **可维护性**：如果后续发现使用的数字有误，使用常量只需修改一处，而使用字面量则需要在整个程序中查找并修改，工作量大。 常量声明的黄金法则是：只要一个数字字面量的用途不明显，就将其定义为一个全大写的常量符号，并在引用时使用该名称。 #### 2. 数学运算符 在 C++ 中，无论是使用 `float`、`double` 类型还是 `int` 类型，都可以使用以下算术运算符： | 运算符 | 含义 | | ---- | ---- | | + | 加法 | | - | 减法、取反 | | * | 乘法 | | / | 除法 | | % | 取模 | 这些运算符的使用方式与预期一致，例如 `2.6+0.4`、`alpha/beta` 或 `-2*(5+3)`。 #### 3. 整数除法 在 C++ 中，整数除法的结果是整数。例如，`5/2` 的结果是 2，而不是 2.5。这是因为两个操作数都是整数，所以进行的是整数除法。取模运算符 `%` 用于获取除法的余数，例如 `5%2` 的结果是 1。 #### 4. 赋值运算符 赋值运算符 `=` 用于给变量赋值。常量一旦赋值就不能再改变，而变量可以随时改变其值。例如： ```cpp const SSDL_Color MAHOGANY = SSDL_CreateColor(192, 64, 0); int seasonsOfAmericanIdol = 13; x = 5; y = 10; x = 10; seasonsOfAmericanIdol = seasonsOfAmericanIdol + 1; ``` 还可以使用复合赋值运算符，如 `+=`、`-=`、`*=`、`/=` 和 `%=`。例如，`seasonsOfAmericanIdol += 1` 与 `seasonsOfAmericanIdol = seasonsOfAmericanIdol + 1` 含义相同。 #### 5. 跳水板示例 下面是一个使用枚举和数学运算符的程序示例，用于展示跳水运动员的路径： ```cpp //Program to draw the path of a diver // -- from _C++ for Lazy Programmers_ #include "SSDL.h" int main(int argc, char** argv) { SSDL_SetWindowTitle("Sploosh! Hit a key to end"); //Stuff about the board enum {BOARD_WIDTH = 60, BOARD_THICKNESS = 8, BOARD_INIT_Y =20}; SSDL_RenderDrawRect(0, BOARD_INIT_Y, BOARD_WIDTH, BOARD_THICKNESS); //...the water enum { SKY_HEIGHT = 440 }; SSDL_SetRenderDrawColor(BLUE); SSDL_RenderFillRect(0, SKY_HEIGHT, SSDL_GetWindowWidth(), SSDL_GetWindowHeight() - SKY_HEIGHT); //...the diver enum {WIDTH = 10, HEIGHT = 10};//Dimensions of the "diver" enum {DISTANCE_TO_TRAVEL = 20};//How far to go right each time enum {FACTOR_TO_INCREASE = 2};//Increase Y this much each time enum { INIT_X = 50, INIT_Y = 10 }; int x = INIT_X; //Move diver to end of board int y = INIT_Y; //and just on top of it const SSDL_Color DIVER_COLOR = SSDL_CreateColor(200, 150, 90); SSDL_SetRenderDrawColor(DIVER_COLOR); //Now draw several images, going down as if falling, and right //Remember x+=DISTANCE_TO_TRAVEL means x=x+DISTANCE_TO_TRAVEL // ...and so on SSDL_RenderFillRect(x, y, WIDTH, HEIGHT); x += DISTANCE_TO_TRAVEL; //go right the same amount each time, y *= FACTOR_TO_INCREASE; // down by an ever-increasing amount //Same thing repeated several times SSDL_RenderFillRect(x, y, WIDTH, HEIGHT); x += DISTANCE_TO_TRAVEL; y *= FACTOR_TO_INCREASE; SSDL_RenderFillRect(x, y, WIDTH, HEIGHT); x += DISTANCE_TO_TRAVEL; y *= FACTOR_TO_INCREASE; SSDL_RenderFillRect(x, y, WIDTH, HEIGHT); x += DISTANCE_TO_TRAVEL; y *= FACTOR_TO_INCREASE; SSDL_RenderFillRect(x, y, WIDTH, HEIGHT); x += DISTANCE_TO_TRAVEL; y *= FACTOR_TO_INCREASE; SSDL_RenderFillRect(x, y, WIDTH, HEIGHT); x += DISTANCE_TO_TRAVEL; y *= FACTOR_TO_INCREASE; //end program SSDL_WaitKey(); return 0; } ``` 这个程序有几个需要注意的地方： - 所有变量都进行了初始化。 - 在任何计算或变量初始化中都没有使用裸数字字面量，全部使用了常量。 - 相同的两行代码重复了六次，后续会有更好的实现方式。 #### 6. 数学运算符的“无忧”列表 C++ 在处理数学运算符时，有一些特性无需特别记忆： - **优先级**：与代数课一样，乘法和除法的优先级高于加法和减法。如果需要改变运算顺序，可以使用括号。例如，`2*5+3` 的结果是 `(2*5)+3 = 13`，而不是 `2*(5+3) = 16`。 - **结合性**：算术运算从左到右进行，赋值运算从右到左进行。例如，`27/3/3` 会先计算 `(27/3)/3`，而 `x=5+2` 会先计算 `5+2` 的值，再将结果赋给 `x`。 - **强制类型转换**：如果需要将一个类型的变量转换为另一个类型，C++ 会自动进行转换。例如，`double Nothing = 0;` 会将 `Nothing` 初始化为 0.0，而 `int Something = 2.7;` 会将 `Something` 初始化为 2，因为整数不能有小数部分。如果在计算中混合使用整数和浮点数，结果将是浮点数。 #### 7. 内置函数和类型转换 在 C++ 中，可以使用 `cmath` 头文件中的数学函数，如 `sin` 和 `cos`。下面是一个使用这些函数绘制五角星的程序示例： ```cpp //Program to make a 5-point star in center of screen // -- from _C++ for Lazy Programmers_ #include <cmath> #include "SSDL.h" int main(int argc, char** argv) { const double PI = 3.14159; //Starting out with some generally useful numbers... const int CENTER_X=SSDL_GetWindowWidth() /2; //center of screen const int CENTER_Y=SSDL_GetWindowHeight()/2; enum { RADIUS = 200 }; enum { NUMBER_OF_POINTS = 5 }; //angle information... double angle = 0; //angle starts at 0 const double ANGLE_INCREMENT = (2 / NUMBER_OF_POINTS) * PI; //...now we make the successive lines int x, y; //endpt of line (other endpt is center) x = CENTER_X + int(RADIUS * cos(angle)); //calc endpoint y = CENTER_Y + int(RADIUS * sin(angle)); SSDL_RenderDrawLine(CENTER_X, CENTER_Y, x, y); //draw line angle += ANGLE_INCREMENT; //go on to next x = CENTER_X + int(RADIUS * cos(angle)); //calc endpoint y = CENTER_Y + int(RADIUS * sin(angle)); SSDL_RenderDrawLine(CENTER_X, CENTER_Y, x, y); //draw line angle += ANGLE_INCREMENT; //go on to next x = CENTER_X + int(RADIUS * cos(angle)); //calc endpoint y = CENTER_Y + int(RADIUS * sin(angle)); SSDL_RenderDrawLine(CENTER_X, CENTER_Y, x, y); //draw line angle += ANGLE_INCREMENT; //go on to next x = CENTER_X + int(RADIUS * cos(angle)); //calc endpoint y = CENTER_Y + int(RADIUS * sin(angle)); SSDL_RenderDrawLine(CENTER_X, CENTER_Y, x, y); //draw line angle += ANGLE_INCREMENT; //go on to next x = CENTER_X + int(RADIUS * cos(angle)); //calc endpoint y = CENTER_Y + int(RADIUS * sin(angle)); SSDL_RenderDrawLine(CENTER_X, CENTER_Y, x, y); //draw line angle += ANGLE_INCREMENT; //go on to next //end program SSDL_WaitKey(); return 0; } ``` 在这个程序中，最初的 `ANGLE_INCREMENT` 计算结果为 0，因为 `2` 和 `NUMBER_OF_POINTS` 都是整数，进行的是整数除法。需要使用类型转换来解决这个问题，例如： ```cpp const double ANGLE_INCREMENT=(2/double(NUMBER_OF_POINTS))*PI; ``` #### 8. 常见问题及解决方法 - **调用有返回值的函数但未使用结果**：如果调用了一个有返回值的函数，但没有使用其返回值，C++ 不会报错，但这会浪费时间。例如： ```cpp SSDL_GetScreenWidth(); SSDL_RenderTextCentered (320, 240, "Blastoff!"); ``` 应该使用返回值，例如： ```cpp SSDL_RenderTextCentered(SSDL_GetScreenWidth ()/2, SSDL_GetScreenHeight()/2, "Blastoff!"); ``` 或者将返回值存储在变量或常量中： ```cpp const int SCREEN_WIDTH = SSDL_GetScreenWidth (); const int SCREEN_HEIGHT = SSDL_GetScreenHeight(); SSDL_RenderTextCentered (SCREEN_WIDTH/2, SCREEN_HEIGHT/2, "Blastoff!"); ``` - **整数除法得到错误结果**：如果希望得到浮点数结果，需要将其中一个操作数转换为浮点数或双精度数。例如，将 `2/NUMBER_OF_POINTS` 改为 `double(2)/NUMBER_OF_POINTS` 或 `2/double(NUMBER_OF_POINTS)` 或 `2.0 / NUMBER_OF_POINTS`。 - **类型转换警告**：如果收到类型转换警告，可以通过类型转换来消除警告，让编译器知道这是有意为之。 #### 9. 鼠标函数 可以使用 `SSDL_GetMouseX`、`SSDL_GetMouseY` 和 `SSDL_WaitMouse` 函数来获取鼠标的位置和等待鼠标点击。下面是一个示例程序： ```cpp //Program to get a mouse click, and report its location // -- from _C++ for Lazy Programmers_ #include "SSDL.h" int main(int argc, char** argv) { sout << "Click the mouse and we'll see where you clicked.\n"; //Get the mouse click SSDL_WaitMouse(); //wait for click... int xLocation = SSDL_GetMouseX(), yLocation = SSDL_GetMouseY(); //and get its X, Y location //Print the mouse click sout << "The X position of your click was " << xLocation << "\n"; sout << "The Y position of your click was " << yLocation << "\n"; //End the program sout << "\n\nHit a key to end the program.\n"; SSDL_WaitKey(); return 0; } ``` 这些鼠标函数的原型如下： | 函数 | 描述 | | ---- | ---- | | int SSDL_GetMouseX(); | 返回鼠标指针的 X 位置 | | int SSDL_GetMouseY(); | 返回鼠标指针的 Y 位置 | | void SSDL_WaitMouse(); | 等待任何鼠标按钮被点击 | #### 10. 变量声明位置 变量声明的位置有两种常见方式：一种是在函数开头声明所有变量，另一种是在需要使用变量时再声明。“尽可能晚地声明变量”似乎更符合“偷懒”的原则，因为这样可以减少注释的需求，并且更容易找到变量的使用位置。 综上所述，C++ 提供了丰富的功能来处理数字运算、鼠标交互等问题。在编程过程中，需要注意常量的使用、运算符的优先级和类型转换等细节，以避免出现错误。同时，合理使用内置函数和类型转换可以提高代码的效率和可读性。 ### C++ 编程：数字运算、鼠标交互及常见问题处理（续） #### 11. 练习与拓展 在掌握了前面的 C++ 编程知识后，我们可以通过一些练习来巩固和拓展技能。 - **练习 1：调整五角星方向** 对于之前绘制五角星的程序，需要调整使其顶部的点垂直向上。可以通过调整起始角度来实现这一目标。我们知道五角星每个点之间的角度间隔是 `2π/5` 弧度，要让顶部点垂直向上，需要将起始角度设置为合适的值。例如，我们可以将起始角度设置为 `-π/2` 弧度（因为在数学坐标系中，垂直向上对应的角度是 `-π/2`）。修改后的代码如下： ```cpp #include <cmath> #include "SSDL.h" int main(int argc, char** argv) { const double PI = 3.14159; const int CENTER_X = SSDL_GetWindowWidth() / 2; const int CENTER_Y = SSDL_GetWindowHeight() / 2; enum { RADIUS = 200 }; enum { NUMBER_OF_POINTS = 5 }; double angle = -PI / 2; // 调整起始角度 const double ANGLE_INCREMENT = (2.0 / NUMBER_OF_POINTS) * PI; int x, y; for (int i = 0; i < NUMBER_OF_POINTS; ++i) { x = CENTER_X + int(RADIUS * cos(angle)); y = CENTER_Y + int(RADIUS * sin(angle)); SSDL_RenderDrawLine(CENTER_X, CENTER_Y, x, y); angle += ANGLE_INCREMENT; } SSDL_WaitKey(); return 0; } ``` - **练习 2：获取系统时间并转换格式** 要获取系统时间并将其转换为小时、分钟和秒的格式，可以使用 `<ctime>` 头文件中的 `time` 函数。以下是实现代码： ```cpp #include <ctime> #include <iostream> int main() { int timeInSeconds = static_cast<int>(time(nullptr)); int hours = timeInSeconds / 3600; int minutes = (timeInSeconds % 3600) / 60; int seconds = timeInSeconds % 60; std::cout << "Current time: " << hours << ":" << minutes << ":" << seconds << std::endl; return 0; } ``` 这里的操作步骤如下： 1. 包含 `<ctime>` 头文件，以便使用 `time` 函数。 2. 调用 `time(nullptr)` 获取当前系统时间的秒数，并将其强制转换为 `int` 类型。 3. 使用 `/` 和 `%` 运算符将总秒数转换为小时、分钟和秒。 4. 输出转换后的时间。 - **练习 3：制作时钟表盘（较难）** 制作时钟表盘需要绘制一个圆，并在合适的位置标注数字 1 - 12。可以使用三角函数来计算每个数字的位置。以下是一个简单的实现思路： ```cpp #include <cmath> #include "SSDL.h" const double PI = 3.14159; int main(int argc, char** argv) { const int CENTER_X = SSDL_GetWindowWidth() / 2; const int CENTER_Y = SSDL_GetWindowHeight() / 2; const int RADIUS = 200; // 绘制圆 for (int i = 0; i < 360; ++i) { double angle = i * PI / 180; int x = CENTER_X + int(RADIUS * cos(angle)); int y = CENTER_Y + int(RADIUS * sin(angle)); SSDL_RenderDrawPoint(x, y); } // 标注数字 1 - 12 for (int i = 1; i <= 12; ++i) { double angle = (i * 30 - 90) * PI / 180; // 每个数字间隔 30 度，起始角度 -90 度 int x = CENTER_X + int((RADIUS - 20) * cos(angle)); int y = CENTER_Y + int((RADIUS - 20) * sin(angle)); SSDL_RenderTextCentered(x, y, std::to_string(i).c_str()); } SSDL_WaitKey(); return 0; } ``` 实现步骤如下： 1. 计算时钟表盘的圆心位置 `CENTER_X` 和 `CENTER_Y` 以及半径 `RADIUS`。 2. 使用循环绘制圆，通过三角函数计算圆上每个点的坐标。 3. 再次使用循环标注数字 1 - 12，根据每个数字的角度间隔（30 度）和起始角度（-90 度）计算数字的位置。 4. 使用 `SSDL_RenderTextCentered` 函数在计算好的位置上显示数字。 #### 12. 总结与注意事项 在 C++ 编程中，我们需要注意以下几个方面： - **常量的使用**：使用常量可以提高代码的可读性和可维护性。尽量避免使用裸数字字面量，而是将其定义为常量并使用常量名称。 - **运算符的优先级和结合性**：要清楚运算符的优先级和结合性，必要时使用括号来明确运算顺序。例如，在进行复杂的数学运算时，使用括号可以避免因优先级问题导致的错误。 - **类型转换**：在进行除法运算时，如果需要得到浮点数结果，要注意进行类型转换。同时，对于类型转换警告，要根据情况进行处理，确保代码的正确性。 - **函数的使用**：调用有返回值的函数时，要确保使用其返回值，避免浪费资源。 以下是一个简单的流程图，展示了在编写 C++ 程序时的基本注意事项： ```mermaid graph LR A[开始编程] --> B{使用常量?} B -- 是 --> C[定义常量并使用] B -- 否 --> D[可能降低代码可读性和可维护性] C --> E{注意运算符优先级?} E -- 是 --> F[正确使用运算符和括号] E -- 否 --> G[可能导致运算结果错误] F --> H{进行类型转换?} H -- 是 --> I[正确处理类型转换] H -- 否 --> J[可能得到错误的结果] I --> K{使用函数返回值?} K -- 是 --> L[有效利用函数结果] K -- 否 --> M[浪费资源] D --> N[重新审视代码] G --> N J --> N M --> N N --> A ``` 通过不断练习和总结经验，我们可以更好地掌握 C++ 编程，编写出高效、可靠的代码。希望这些知识和练习能够帮助你在 C++ 编程的道路上不断前进。