C++学习日记 | LAB 4 Makefile_c++ makefile-优快云博客

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资料来源：南科大于仕琪 C/C++ Program Design
LINK：CPP/week04 at main · ShiqiYu/CPP · GitHub

一、本节内容

1. Makefile的使用

1.1 Makefile简介

Makefile是一个简化和组织编译的工具。
Makefile是一组带有变量名和目标的命令，可以使用Makefile编译您的项目（程序）或仅编译项目中的更新文件。
当存在非常多的文件需要一起编译时，使用Makefile是一个很好的选择

1.2 Makefile中的宏/变量定义

如果只修改一个源文件，则不需要编译所有文件，接着可以将makefile修改成这种互相引用的结构

1.3 Makefile中的函数

wildcard: 查找文件

patsubst：替换文件

1.4 总结：通用的makefile指令模板

# Using functions

SOURCE 	= $(wildcard ./*.cpp)
OBJS	= $(patsubst %.cpp, %.o, $(SOURCE))
TARGET	= #Enter target name here

CC		= g++
CFLAGS 	= -c -Wall

$(TARGET):$(OBJS)
	$(CC) -o $@ $(OBJS)
%.o: %.cpp
	$(CC) $(CFLAGS) $< -o $@

.PHONY:clean
clean:
	rm -f *.o $(TARGET)

2. 输入与输出指令

scanf & printf

scanf使用空格、tab、和回车分割字符(是否结束)

gets & puts

gets()可以读入含有空格的句子，同时以回车判读是否结束

C++:

cin & cout

cin使用空格、tab、和回车分割字符(是否结束)

C++:

cin.getline( )

& cin.get( )

getline()和get()都读取整个输入行，直到换行符终止读取。但是，getline()遇到换行符后会在输入队列中丢弃换行符，而get()会将其保留在输入队列中。

二、习题笔记

习题1

#include <iostream>
#include <string.h>
using namespace std;

int main()
{
    int cards[4]{};
    int hands[4];
    double price[] = {2.8,3.7,5,9};
    char direction[4] {'L',82,'U',68};
    char title[] = "ChartGPT is an awesome tool.";

    cout    << "sizeof(cards) = "       << sizeof(cards) 
            << ",sizeof of cards[0] = " << sizeof(cards[0]) << endl;
    cout    << "sizeof(price) = "       << sizeof(price) 
            << ",sizeof of price[0] = " << sizeof(price[1]) << endl;
    cout    << "sizeof(direction) = "   << sizeof(direction) 
            << ",length of direction = " << strlen(direction) << endl;
    cout    << "sizeof(title) = "       << sizeof(title) 
            << ",length of title = "    << strlen(title) << endl;

    //Print the value and address of each element in cards and hands respectively.
    
    int i;
    for (i = 0; i < 4; i++)
    {
        printf("value of cards[%d] is %d,\t address is %p\n", i, cards[i], &cards[i]);
    }
    
    for (i = 0; i < 4; i++)
    {
        printf("value of hands[%d] is %d,\t address is %p\n", i, hands[i], &hands[i]);
    }
    
    return 0;
}

Tips：

输出地址：%p，变量加&。参考文档：c语言：编辑程序输出取数组地址_输出数组的地址c语言-优快云博客
遍历输出数组，含有每次标号的，用printf最便利
cards定义的数组没有填写具体的值，便默认为0；hands只是定义了数组，初始值为随机的

习题2

知识点：字节序

字节序（Endianness）是指在计算机内存中多字节数据（例如整数、浮点数）的存储顺序。具体来说，它涉及到字节在内存中的排列方式。

有两种常见的字节序类型：

小端序（Little-endian）：在小端序中，最低有效字节（Least Significant Byte，LSB）存储在最低内存地址处，而最高有效字节（Most Significant Byte，MSB）存储在最高内存地址处。这意味着数据的低位字节排在前面。
大端序（Big-endian）：在大端序中，最高有效字节（MSB）存储在最低内存地址处，而最低有效字节（LSB）存储在最高内存地址处。这意味着数据的高位字节排在前面。

假设我们有一个16位整数，其十六进制表示为0x1234。在小端序中，它在内存中的存储方式如下：

低地址 -> 0x34
高地址 -> 0x12

而在大端序中，它在内存中的存储方式如下：

低地址 -> 0x12
高地址 -> 0x34

字节序在计算机体系结构、网络通信和文件格式中都非常重要。例如，网络协议通常需要指定数据的字节序，以确保不同计算机之间的数据传输正确解释。

需要注意的是，不同的体系结构和操作系统可能使用不同的字节序。因此，在处理二进制数据时，我们需要了解所使用的字节序，以避免出现错误。

运行结果：

原理分析：

这段 C++ 代码使用了联合体（union），工作原理如下：

首先，定义了一个名为 data 的联合体。联合体允许在相同的内存位置存储不同类型的数据，但同一时刻只能使用其中一个成员。
data 联合体有三个成员：
- int n：整数类型。
- char ch：字符类型。
- short m：短整数类型。
- 在32/64位系统中，char 占1 byte，int 占 4 byte, short 占 2 byte。可参考：int、long、long int、long long、uint64_t字节长度-优快云博客
在 main 函数中，我们创建了一个名为 a 的 data 联合体变量。
我们使用 sizeof 运算符来获取 a 的大小（字节数），并打印出来。注意，联合体的大小等于其最大成员的大小，因为它们共享相同的内存空间。关于联合体、结构体的大小计算参考：关于结构体、联合体大小的计算-优快云博客
接下来，我们对 a 的成员进行赋值和打印：
- a.n = 0x40;：将整数成员 n 设置为十六进制值 0x40。
- a.ch = '9';：将字符成员 ch 设置为字符 '9'。
- a.m = 0x2059;：将短整数成员 m 设置为十六进制值 0x2059。
- a.n = 0x3E25AD54;：将整数成员 n 设置为十六进制值 0x3E25AD54。
每次设置成员后，我们使用 printf 打印出 a.n、a.ch 和 a.m 的值。

现在，让我们逐行分析输出结果：

sizeof(a) 和 sizeof(union data) 都是 4 字节，因为 int 是联合体中最大的成员且是最小成员char的倍数，因此首先输出两个4
第二次打印：0x40, @, 40。a.n 的十六进制值是 0x40，对应的 ASCII 字符是 '@'，a.m 的十六进制值是 0x40。
第三次打印：0x39, 9, 39。a.ch 的值是字符 '9'，对应的 ASCII 值是 0x39，a.m 的十六进制值是 0x39。
第四次打印：0x2059, Y, 2059。a.m 的十六进制值是 0x2059，a.n 的十六进制值也是 0x2059，a.ch 的十六进制值是 0x59（因为只有1个byte，20超出范围被舍弃了），对应的 ASCII 字符是 'Y'。
第五次打印：0x3E25AD54, T, AD54。a.n 的十六进制值是 0x3E25AD54，a.ch 的十六进制值是 0x54（因为只有1个byte，；剩余的超出范围被舍弃了），对应的 ASCII 字符是 'T'，a.m 的十六进制值是 0xAD54（剩余的超限被舍弃）。
由此可以看出是小端序（Little-endian）

总结：这段代码展示了联合体的特性，以及在不同成员之间共享内存的能力。需要注意的是，联合体的使用需要谨慎，因为它涉及到不同类型之间的内存共享，可能导致未定义行为。

习题3

#include <iostream>
using namespace std;

enum class Day {
    Sunday,
    Monday,
    Tuesday,
    Wednesday,
    Thursday,
    Friday,
    Saturday
};

enum class Weather {
    Sunny,
    Rainy,
    Cloudy,
    Snowy
};

struct DayInfo {
    Day day;
    Weather weather;
};

bool canTravel(DayInfo dayInfo) {
    return (dayInfo.day == Day::Saturday || dayInfo.day == Day::Sunday) &&
           dayInfo.weather == Weather::Sunny;
    // 以一种简单的方式实现单一 return
}

// 将字符串映射到 Day 枚举
Day stringToDay(const string& dayStr) {
    if (dayStr == "Sunday")     return Day::Sunday;
    if (dayStr == "Monday")     return Day::Monday;
    if (dayStr == "Tuesday")    return Day::Tuesday;
    if (dayStr == "Wednesday")  return Day::Wednesday;
    if (dayStr == "Thursday")   return Day::Thursday;
    if (dayStr == "Friday")     return Day::Friday;
    if (dayStr == "Saturday")   return Day::Saturday;
    // 如果输入无效，返回默认值
    return Day::Sunday;
}

// 将字符串映射到 Weather 枚举
Weather stringToWeather(const string& weatherStr) {
    if (weatherStr == "Sunny")  return Weather::Sunny;
    if (weatherStr == "Rainy")  return Weather::Rainy;
    if (weatherStr == "Cloudy") return Weather::Cloudy;
    if (weatherStr == "Snowy")  return Weather::Snowy;
    // 如果输入无效，返回默认值
    return Weather::Sunny;
}

int main() {
    DayInfo today;

    cout << "请输入今天的星期（英文）：" << endl;
    string dayInput;
    cin >> dayInput;
    today.day = stringToDay(dayInput);

    cout << "请输入今天的天气（英文）：" << endl;
    string weatherInput;
    cin >> weatherInput;
    today.weather = stringToWeather(weatherInput);

    if (canTravel(today)) {
        cout << "今天可以出行！" << endl;
    } 
    else {
        cout << "今天不适合出行。" << endl;
    }

    return 0;
}

Tips：

1. enum枚举类型不能采用cin直接输入，需要编写映射函数或采用强制类型转换。参考：C语言枚举类型（enum）的各种用法_枚举类型enum用法-优快云博客

2. 映射函数中，由于只需要读取dayStr或weatherStr的值，因此采用const string& 的方式进行定义更好。

const string& dayStr：

const string& 表示一个对字符串的引用。
引用是一个别名，它指向实际存储的字符串。
使用引用可以避免复制大型字符串，提高性能。
如果函数内部不需要修改字符串，使用引用是一种好的选择。

习题4

main.cpp

#include <iostream>
#include "fib.hpp"
using namespace std;

int main() {
    int n;
    do
    {
        cout << "请输入一个正整数 n: ";
        cin >> n;
    }while (n <= 0 );

    cout << "斐波那契数列前 " << n << " 个数:\n";
    for (int i = 1; i <= n; i++) 
    {
        cout << fibonacci(i) << " ";
        if (i % 10 == 0)
        {
            cout << "\n";            
        }
        else if (i == n)
        {
            cout << "\n";
        }
    }
    return 0;
}

fib.cpp

int fibonacci(int n) {
    if (n <= 1)
        return n;
    int a = 0, b = 1, c;
    for (int i = 2; i <= n; i++) {
        c = a + b;
        a = b;
        b = c;
    }
    return b;
}

fib.hpp

#pragma once

int fibonacci(int n);

makefile

# Using functions

SOURCE 	= $(wildcard ./*.cpp)
OBJS	= $(patsubst %.cpp, %.o, $(SOURCE))
TARGET	= main		#change here

CC		= g++
CFLAGS 	= -c -Wall

$(TARGET):$(OBJS)
	$(CC) -o $@ $(OBJS)
%.o: %.cpp
	$(CC) $(CFLAGS) $< -o $@

.PHONY:clean
clean:
	rm -f *.o $(TARGET)