C++ 核心编程
C++ 是一种强大且复杂的编程语言，结合了 低级系统编程 和 高级抽象 的特性。了解 C++ 的核心概念是高效编程的基础。以下是 C++ 核心编程的几个重要概念，涵盖了从基础到高级的常见特性。
1. C++ 基础语法
1.1 变量与数据类型
C++ 支持多种数据类型，常见的包括：
int a = 10; // 整数类型
float f = 3.14; // 浮点数类型
double d = 3.141592; // 双精度浮点类型
char c = 'A'; // 字符类型
bool b = true; // 布尔类型
int：整型，用于表示整数。float：单精度浮点型。double：双精度浮点型。char：字符型，通常用于存储一个字符。bool：布尔型，存储true或false。
1.2 控制结构
C++ 支持标准的控制结构，如 if、for、while 等。
// 条件语句
if (a > b) {
cout << "a is greater than b" << endl;
} else {
cout << "b is greater than or equal to a" << endl;
}
// 循环语句
for (int i = 0; i < 5; ++i) {
cout << i << " ";
}
cout << endl;
// while 循环
int i = 0;
while (i < 5) {
cout << i << " ";
++i;
}
cout << endl;
2. 面向对象编程 (OOP)
C++ 支持面向对象编程，通过类和对象的概念来组织代码。
2.1 类与对象
类是数据和函数的封装体，用于创建对象。
class Car {
public:
// 数据成员
string brand;
int year;
// 构造函数
Car(string b, int y) : brand(b), year(y) {}
// 成员函数
void display() {
cout << "Brand: " << brand << ", Year: " << year << endl;
}
};
int main() {
Car car1("Toyota", 2020); // 创建对象
car1.display(); // 调用成员函数
return 0;
}
2.2 继承
C++ 支持通过继承创建新类，使得一个类可以继承另一个类的属性和方法。
class Vehicle {
public:
string brand;
Vehicle(string b) : brand(b) {}
void display() {
cout << "Brand: " << brand << endl;
}
};
class Car : public Vehicle {
public:
int year;
Car(string b, int y) : Vehicle(b), year(y) {}
void display() {
Vehicle::display(); // 调用基类的 display
cout << "Year: " << year << endl;
}
};
int main() {
Car car("Toyota", 2021);
car.display();
return 0;
}
2.3 多态
C++ 支持多态，通过虚函数和继承实现。
class Animal {
public:
virtual void sound() { cout << "Animal sound" << endl; } // 虚函数
};
class Dog : public Animal {
public:
void sound() override { cout << "Bark" << endl; } // 重写基类方法
};
int main() {
Animal* animal = new Dog(); // 父类指针指向子类对象
animal->sound(); // 输出 "Bark"
delete animal;
return 0;
}
3. C++ 高级特性
3.1 模板 (Templates)
模板是 C++ 强大的泛型编程特性，可以让你编写通用的代码，适用于不同的数据类型。
template <typename T>
T add(T a, T b) {
return a + b;
}
int main() {
cout << add(3, 4) << endl; // 整数
cout << add(3.5, 4.2) << endl; // 浮点数
return 0;
}
3.2 智能指针
C++11 引入了智能指针，主要包括 std::unique_ptr、std::shared_ptr 和 std::weak_ptr，用于自动管理动态分配的内存。
#include <memory>
int main() {
// unique_ptr 不允许拷贝，但可以转移所有权
std::unique_ptr<int> p1 = std::make_unique<int>(10);
cout << *p1 << endl;
// shared_ptr 可以共享所有权
std::shared_ptr<int> p2 = std::make_shared<int>(20);
cout << *p2 << endl;
return 0;
}
3.3 Lambda 表达式
Lambda 表达式允许你创建匿名函数，可以在需要函数作为参数时使用。
#include <algorithm>
#include <vector>
int main() {
vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
// 使用 lambda 表达式打印每个元素
for_each(vec.begin(), vec.end(), [](int i) { cout << i << " "; });
cout << endl;
return 0;
}
3.4 STL（标准模板库）
C++ 提供了标准模板库（STL），其中包括常用的数据结构和算法，如向量（std::vector）、列表（std::list）、集合（std::set）等。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
int main() {
std::vector<int> vec = {5, 2, 8, 1, 3};
// 排序
std::sort(vec.begin(), vec.end());
// 打印排序后的结果
for (int num : vec) {
std::cout << num << " ";
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}
4. 异常处理
C++ 支持异常处理机制，通过 try、catch 和 throw 来捕获和抛出异常。
#include <iostream>
using namespace std;
int divide(int a, int b) {
if (b == 0) {
throw runtime_error("Division by zero");
}
return a / b;
}
int main() {
try {
cout << divide(10, 2) << endl; // 正常
cout << divide(10, 0) << endl; // 会抛出异常
} catch (const exception& e) {
cout << "Error: " << e.what() << endl;
}
return 0;
}
5. C++ 内存管理
C++ 提供了低级的内存管理功能，开发者需要手动管理内存的分配和释放。
5.1 new 与 delete
int* ptr = new int(10); // 动态分配内存
cout << *ptr << endl; // 输出 10
delete ptr; // 释放内存
5.2 new[] 与 delete[]
int* arr = new int[5]; // 动态分配数组
arr[0] = 10; // 数组赋值
delete[] arr; // 释放数组内存
6. C++ 编译与调试
- 编译 C++ 程序：
使用g++编译器来编译 C++ 代码：g++ -o my_program my_program.cpp # 编译源代码为可执行文件 ./my_program # 运行程序 - 调试 C++ 程序：
使用gdb调试器来调试 C++ 程序：g++ -g -o my_program my_program.cpp # 使用 -g 选项生成调试信息 gdb ./my_program # 启动调试器
总结
C++ 是一种功能强大的编程语言，它结合了低级操作的灵活性和高级抽象的便捷性。通过掌握 C++ 的基本语法、面向对象编程、模板编程、异常处理以及内存管理，你可以高效地编写复杂的应用程序。在 C++ 的学习过程中，理解其核心概念，如类与对象、继承与多态、STL 和内存管理，对于深入掌握 C++ 编程至关重要。
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