C++新手入门学习教程(完整版)

猿享天开 2024-09-16 09:35:01 阅读 94

        以下教程覆盖了 C++ 学习的各个方面,适合初学者循序渐进地学习。学习过程中,建议初学者多做练习和项目,以加深对理论知识的理解。希望这个教程能为你提供一个清晰的学习路径。

目录

第一章:C++ 简介

1.1 C++ 的历史与演变

1.2 C++ 的特点和优势

1.3 C++ 的应用领域

1.4 C++ 的未来展望

第二章:环境搭建

2.1 安装 C++ 编译器与 IDE

Windows

Linux

Mac

2.2 配置开发环境

2.3 编译与运行示例程序

第三章:基本语法

3.1 C++ 程序结构

3.2 注释的使用

3.3 数据类型与变量

示例

3.4 常量与输入输出

第四章:控制结构

4.1 条件语句

if 语句示例

switch 语句示例

4.2 循环结构

for 循环示例

do-while 循环示例

第五章:函数

5.1 函数的定义与调用

5.2 参数传递方式

5.3 函数重载

5.4 默认参数与 inline 函数

5.5 Lambda表达式与函数对象

第六章:数组与字符串

6.1 一维数组与多维数组

一维数组示例

多维数组示例

6.2 字符串的处理

6.3 常用字符串函数

第七章:指针与引用

7.1 指针的概念与使用

7.2 指针与数组的关系

7.3 引用的概念与使用

7.4 指针与动态内存分配

第八章:结构体与联合体

8.1 结构体的定义与使用

8.2 结构体数组

8.3 联合体的定义与使用

8.4 枚举类型的使用

第九章:类与对象

9.1 面向对象的基本概念

9.2 类的定义与对象的创建

9.3 构造函数与析构函数

9.4 成员函数与属性

9.5 访问控制

第十章:继承与多态

10.1 继承的概念与实现

10.2 基类与派生类

10.3 虚函数与多态

10.4 多态的实现

第十一章:模板与泛型编程

11.1 函数模板

11.2 类模板

11.3 模板特化

11.4 STL(标准模板库)简介

第十二章:异常处理

12.1 异常的概念

12.2 try, catch, throw 语句

12.3 自定义异常类

示例:定义自定义异常类

代码解析

额外信息

第十三章:文件操作

13.1 文件的读写操作

示例:写入文件

示例:读取文件

13.2 二进制文件与文本文件

示例:写入二进制文件

示例:读取二进制文件

13.3 文件流的使用

示例

第十四章:标准库与命名空间

14.1 C++ 标准库概述

14.2 常用标准库函数与算法

示例:使用 vector

示例:使用 algorithm 库

14.3 命名空间的使用

第十五章:高级特性

15.1 智能指针的使用

示例:使用 std::unique_ptr

示例:使用 std::shared_ptr

15.2 Lambda 表达式与并发编程

示例:使用 Lambda 表达式

15.3 C++11/14/17/20 新特性

第十六章:综合项目

16.1 项目设计与结构

16.2 代码实现与管理

16.3 代码调试与优化

第十七章:学习资源与实践

17.1 推荐书籍

17.2 在线课程

17.3 开源项目与参与

17.4 C++ 社区与论坛

第十八章:附录

18.1 C++ 关键字

18.2 常用函数与算法汇总

18.3 参考文献


第一章:C++ 简介

1.1 C++ 的历史与演变

C++ 由 Bjarne Stroustrup 在 1979 年开始开发,最初被称为 "C with Classes",以扩展 C 语言的功能。1985 年发布了第一个完整版本,并随后的标准化过程使其不断演化。C++ 的标准化版本包括 C++98、C++03、C++11、C++14、C++17 和 C++20。

1.2 C++ 的特点和优势

面向对象编程:支持封装、继承和多态,提高代码的可重用性。高效性:为系统层面的编程提供了高效的内存管理机制。标准模板库 (STL):包含丰富的算法和数据结构,极大地提高了开发效率。多范式支持:支持过程式、面向对象和泛型编程。

1.3 C++ 的应用领域

系统软件:操作系统、编译器和网络系统。应用软件:桌面应用、数据库和图形用户界面。游戏开发:高性能游戏引擎,如 Unreal Engine。嵌入式系统:汽车、家电和机器人设计。

1.4 C++ 的未来展望

随着技术的不断发展,C++ 正在与时俱进,越来越多的特性(如概念和协程)正在被引入,以满足现代开发的需求。社区对于可维护性和安全性的关注也在增加。


第二章:环境搭建

2.1 安装 C++ 编译器与 IDE

Windows

MinGW:轻量级的编译器,简单易用。Visual Studio:功能强大的 IDE,适合 Windows 开发。

Linux

使用命令:<code>sudo apt-get install g++ 或 sudo yum install gcc-c++

Mac

使用 Homebrew:brew install gcc

2.2 配置开发环境

确保将编译器添加到系统路径中。可使用命令行工具或终端进行编译和运行。

2.3 编译与运行示例程序

创建一个名为 hello.cpp 的文件,内容如下:

#include <iostream>

using namespace std;

int main() {

cout << "Hello, C++!" << endl; // 输出 "Hello, C++!"

return 0; // 返回 0,表示程序正常结束

}

在命令行中,使用以下命令编译并运行程序:

g++ hello.cpp -o hello

./hello

第三章:基本语法

3.1 C++ 程序结构

一个基本的 C++ 程序通常包括头文件、主函数和必要的逻辑。

3.2 注释的使用

使用注释可以提高代码的可读性。

// 这是单行注释

/* 这是多行注释

可以跨越多行 */

3.3 数据类型与变量

数据类型

C++ 为程序员提供了种类丰富的内置数据类型和用户自定义的数据类型。下表列出了七种基本的

类型 关键字
布尔型 bool
字符型 char
整型 int
浮点型 float
双浮点型 double
无类型 void
宽字符型

wchar_t

其实 wchar_t 是这样来的:

typedef short int wchar_t;

所以 wchar_t 实际上的空间是和 short int 一样。

一些基本类型可以使用一个或多个类型修饰符进行修饰:

signedunsignedshortlong

下表显示了各种变量类型在内存中存储值时需要占用的内存,以及该类型的变量所能存储的最大值和最小值。

注意:不同系统会有所差异,一字节为 8 位。

注意:默认情况下,int、short、long都是带符号的,即 signed。

注意:long int 8 个字节,int 都是 4 个字节,早期的 C 编译器定义了 long int 占用 4 个字节,int 占用 2 个字节,新版的 C/C++ 标准兼容了早期的这一设定。

类型 范围
char 1 个字节 -128 到 127 或者 0 到 255
unsigned char 1 个字节 0 到 255
signed char 1 个字节 -128 到 127
int 4 个字节 -2147483648 到 2147483647
unsigned int 4 个字节 0 到 4294967295
signed int 4 个字节 -2147483648 到 2147483647
short int 2 个字节 -32768 到 32767
unsigned short int 2 个字节 0 到 65,535
signed short int 2 个字节 -32768 到 32767
long int 8 个字节 -9,223,372,036,854,775,808 到 9,223,372,036,854,775,807
signed long int 8 个字节 -9,223,372,036,854,775,808 到 9,223,372,036,854,775,807
unsigned long int 8 个字节 0 到 18,446,744,073,709,551,615
float 4 个字节 精度型占4个字节(32位)内存空间,+/- 3.4e +/- 38 (~7 个数字)
double 8 个字节 双精度型占8 个字节(64位)内存空间,+/- 1.7e +/- 308 (~15 个数字)
long long 8 个字节 双精度型占8 个字节(64位)内存空间,表示 -9,223,372,036,854,775,807 到 9,223,372,036,854,775,807 的范围
long double 16 个字节 长双精度型 16 个字节(128位)内存空间,可提供18-19位有效数字。
wchar_t 2 或 4 个字节 1 个宽字符

注意,各种类型的存储大小与系统位数有关,但目前通用的以64位系统为主。

以下列出了32位系统与64位系统的存储大小的差别(windows 相同):

从上表可得知,变量的大小会根据编译器和所使用的电脑而有所不同。

下面实例会输出您电脑上各种数据类型的大小。

示例

<code>#include<iostream>

#include <limits>

using namespace std;

int main()

{

cout << "type: \t\t" << "************size**************"<< endl;

cout << "bool: \t\t" << "所占字节数:" << sizeof(bool);

cout << "\t最大值:" << (numeric_limits<bool>::max)();

cout << "\t\t最小值:" << (numeric_limits<bool>::min)() << endl;

cout << "char: \t\t" << "所占字节数:" << sizeof(char);

cout << "\t最大值:" << (numeric_limits<char>::max)();

cout << "\t\t最小值:" << (numeric_limits<char>::min)() << endl;

cout << "signed char: \t" << "所占字节数:" << sizeof(signed char);

cout << "\t最大值:" << (numeric_limits<signed char>::max)();

cout << "\t\t最小值:" << (numeric_limits<signed char>::min)() << endl;

cout << "unsigned char: \t" << "所占字节数:" << sizeof(unsigned char);

cout << "\t最大值:" << (numeric_limits<unsigned char>::max)();

cout << "\t\t最小值:" << (numeric_limits<unsigned char>::min)() << endl;

cout << "wchar_t: \t" << "所占字节数:" << sizeof(wchar_t);

cout << "\t最大值:" << (numeric_limits<wchar_t>::max)();

cout << "\t\t最小值:" << (numeric_limits<wchar_t>::min)() << endl;

cout << "short: \t\t" << "所占字节数:" << sizeof(short);

cout << "\t最大值:" << (numeric_limits<short>::max)();

cout << "\t\t最小值:" << (numeric_limits<short>::min)() << endl;

cout << "int: \t\t" << "所占字节数:" << sizeof(int);

cout << "\t最大值:" << (numeric_limits<int>::max)();

cout << "\t最小值:" << (numeric_limits<int>::min)() << endl;

cout << "unsigned: \t" << "所占字节数:" << sizeof(unsigned);

cout << "\t最大值:" << (numeric_limits<unsigned>::max)();

cout << "\t最小值:" << (numeric_limits<unsigned>::min)() << endl;

cout << "long: \t\t" << "所占字节数:" << sizeof(long);

cout << "\t最大值:" << (numeric_limits<long>::max)();

cout << "\t最小值:" << (numeric_limits<long>::min)() << endl;

cout << "unsigned long: \t" << "所占字节数:" << sizeof(unsigned long);

cout << "\t最大值:" << (numeric_limits<unsigned long>::max)();

cout << "\t最小值:" << (numeric_limits<unsigned long>::min)() << endl;

cout << "double: \t" << "所占字节数:" << sizeof(double);

cout << "\t最大值:" << (numeric_limits<double>::max)();

cout << "\t最小值:" << (numeric_limits<double>::min)() << endl;

cout << "long double: \t" << "所占字节数:" << sizeof(long double);

cout << "\t最大值:" << (numeric_limits<long double>::max)();

cout << "\t最小值:" << (numeric_limits<long double>::min)() << endl;

cout << "float: \t\t" << "所占字节数:" << sizeof(float);

cout << "\t最大值:" << (numeric_limits<float>::max)();

cout << "\t最小值:" << (numeric_limits<float>::min)() << endl;

cout << "size_t: \t" << "所占字节数:" << sizeof(size_t);

cout << "\t最大值:" << (numeric_limits<size_t>::max)();

cout << "\t最小值:" << (numeric_limits<size_t>::min)() << endl;

cout << "string: \t" << "所占字节数:" << sizeof(string) << endl;

// << "\t最大值:" << (numeric_limits<string>::max)() << "\t最小值:" << (numeric_limits<string>::min)() << endl;

cout << "type: \t\t" << "************size**************"<< endl;

return 0;

}

本实例使用了 endl,这将在每一行后插入一个换行符,<< 运算符用于向屏幕传多个值,sizeof() 运算符用来获取各种数据类型的大小。

当上面的代码被编译和执行时,它会产生以下的结果,结果会根据所使用的计算机而有所不同:

type: ************size**************

bool: 所占字节数:1 最大值:1 最小值:0

char: 所占字节数:1 最大值: 最小值:?

signed char: 所占字节数:1 最大值: 最小值:?

unsigned char: 所占字节数:1 最大值:? 最小值:

wchar_t: 所占字节数:4 最大值:2147483647 最小值:-2147483648

short: 所占字节数:2 最大值:32767 最小值:-32768

int: 所占字节数:4 最大值:2147483647 最小值:-2147483648

unsigned: 所占字节数:4 最大值:4294967295 最小值:0

long: 所占字节数:8 最大值:9223372036854775807 最小值:-9223372036854775808

unsigned long: 所占字节数:8 最大值:18446744073709551615 最小值:0

double: 所占字节数:8 最大值:1.79769e+308 最小值:2.22507e-308

long double: 所占字节数:16 最大值:1.18973e+4932 最小值:3.3621e-4932

float: 所占字节数:4 最大值:3.40282e+38 最小值:1.17549e-38

size_t: 所占字节数:8 最大值:18446744073709551615 最小值:0

string: 所占字节数:24

type: ************size**************

 变量类型

基本的变量类型如下:

基于前一章讲解的基本类型,有以下几种基本的变量类型,将在下一章中进行讲解:

类型 描述
bool 布尔类型,存储值 true 或 false,占用 1 个字节。
char 字符类型,用于存储 ASCII 字符,通常占用 1 个字节。
int 整数类型,通常用于存储普通整数,通常占用 4 个字节。
float

单精度浮点值,用于存储单精度浮点数。单精度是这样的格式,1 位符号,8 位指数,23 位小数,通常占用4个字节。

double

双精度浮点值,用于存储双精度浮点数。双精度是 1 位符号,11 位指数,52 位小数,通常占用 8 个字节。

void 表示类型的缺失。
wchar_t 宽字符类型,用于存储更大范围的字符,通常占用 2 个或 4 个字节。

C++ 也允许定义各种其他类型的变量,比如枚举、指针、数组、引用、数据结构、类等等,这将会在后续的章节中进行讲解。

整数类型(Integer Types):

<code>int:用于表示整数,通常占用4个字节。short:用于表示短整数,通常占用2个字节。long:用于表示长整数,通常占用4个字节。long long:用于表示更长的整数,通常占用8个字节。

浮点类型(Floating-Point Types):

float:用于表示单精度浮点数,通常占用4个字节。double:用于表示双精度浮点数,通常占用8个字节。long double:用于表示更高精度的浮点数,占用字节数可以根据实现而变化。

字符类型(Character Types):

char:用于表示字符,通常占用1个字节。wchar_t:用于表示宽字符,通常占用2或4个字节。char16_t:用于表示16位Unicode字符,占用2个字节。char32_t:用于表示32位Unicode字符,占用4个字节。

布尔类型(Boolean Type):

bool:用于表示布尔值,只能取truefalse

枚举类型(Enumeration Types):

enum:用于定义一组命名的整数常量。

指针类型(Pointer Types):

type*:用于表示指向类型为type的对象的指针。

数组类型(Array Types):

type[]type[size]:用于表示具有相同类型的元素组成的数组。

结构体类型(Structure Types):

struct:用于定义包含多个不同类型成员的结构。

类类型(Class Types):

class:用于定义具有属性和方法的自定义类型。

共用体类型(Union Types):

union:用于定义一种特殊的数据类型,它可以在相同的内存位置存储不同的数据类型。

在 C++ 中,类型的长度(即占用的字节数)取决于编译器和计算机架构,然而,C++ 标准规定了不同整数类型的最小范围,而不是具体的字节数,这是为了确保代码在不同的系统上都能正确运行。

请注意,以上类型的范围只是 C++ 标准规定的最小要求,实际上,许多系统上这些类型可能占用更多的字节,例如,很多现代计算机上 int 通常占用 4 字节,而 long 可能占用 8 字节。

3.4 常量与输入输出

使用 const 关键字定义常量。

const float gravity = 9.81; // 定义常量

使用 cincout 进行输入输出:

#include <iostream>

using namespace std;

int main() {

int number;

cout << "请输入一个数字: ";

cin >> number; // 从用户输入读取数字

cout << "你输入的数字是: " << number << endl; // 输出用户输入的数字

return 0;

}

第四章:控制结构

4.1 条件语句

if 语句示例

int a = 10;

if (a > 0) {

cout << "a 是正数" << endl; // 如果 a 大于 0

} else {

cout << "a 不是正数" << endl; // 否则

}

switch 语句示例

int day = 4;

switch (day) {

case 1:

cout << "星期一" << endl;

break;

case 2:

cout << "星期二" << endl;

break;

default:

cout << "不是工作日" << endl;

}

4.2 循环结构

for 循环示例

for (int i = 0; i < 5; i++) {

cout << "i 的值: " << i << endl; // 输出 i 的值

}

 while 循环示例

int j = 0;

while (j < 5) {

cout << "j 的值: " << j << endl; // 输出 j 的值

j++;

}

do-while 循环示例

int k = 0;

do {

cout << "k 的值: " << k << endl; // 输出 k 的值

k++;

} while (k < 5);

第五章:函数

5.1 函数的定义与调用

函数用于将代码逻辑模块化,便于重用。

int add(int a, int b) {

return a + b; // 返回 a 和 b 的和

}

int main() {

int result = add(5, 3); // 调用函数

cout << "5 + 3 = " << result << endl;

return 0;

}

5.2 参数传递方式

值传递:将参数的副本传递给函数。引用传递:将参数的引用传递给函数(可以修改原变量)。

void modify(int &num) {

num += 10; // 修改引用参数

}

int main() {

int x = 5;

modify(x);

cout << "x 的值: " << x << endl; // 输出 15

return 0;

}

5.3 函数重载

允许同名函数,但参数类型或数量不同。

float multiply(float a, float b) {

return a * b;

}

int multiply(int a, int b) {

return a * b;

}

5.4 默认参数与 inline 函数

默认参数示例:

void greet(string name = "World") {

cout << "Hello, " << name << "!" << endl;

}

inline 函数示例:

inline int square(int x) {

return x * x;

}

5.5 Lambda表达式与函数对象

使用 lambda 表达式定义简单的函数。

auto add = [](int a, int b) {

return a + b;

};

cout << "Lambda add: " << add(5, 3) << endl; // 输出 8

第六章:数组与字符串

6.1 一维数组与多维数组

一维数组示例

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};

for (int i = 0; i < 5; i++) {

cout << arr[i] << " "; // 输出数组元素

}

多维数组示例

int matrix[2][3] = { {1, 2, 3}, {4, 5, 6}};

for (int i = 0; i < 2; i++) {

for (int j = 0; j < 3; j++) {

cout << matrix[i][j] << " "; // 输出矩阵元素

}

}

6.2 字符串的处理

C 风格字符串:以 \0 结尾的字符数组。C++ 字符串:使用 std::string

#include <string>

string str = "Hello, World!";

cout << "字符串长度: " << str.length() << endl; // 输出字符串长度

6.3 常用字符串函数

string str = "Hello";

str += " World"; // 连接字符串

cout << str << endl; // 输出 "Hello World"

第七章:指针与引用

7.1 指针的概念与使用

指针是存储变量地址的变量。

int a = 10;

int *p = &a; // p 存储 a 的地址

cout << "a 的值: " << *p << endl; // 输出 10

7.2 指针与数组的关系

数组名代表数组的首地址,可以用指针访问数组元素。

int arr[3] = {1, 2, 3};

int *p = arr; // 等价于 int *p = &arr[0];

cout << *(p + 1) << endl; // 输出 2

7.3 引用的概念与使用

引用是变量的别名。

int b = 20;

int &r = b; // r 是 b 的引用

r = 30; // 修改 r 也会修改 b

cout << "b 的值: " << b << endl; // 输出 30

7.4 指针与动态内存分配

使用 newdelete 进行动态内存管理。

int *ptr = new int; // 动态分配内存

*ptr = 42;

cout << "动态内存中的值: " << *ptr << endl;

delete ptr; // 释放内存

第八章:结构体与联合体

8.1 结构体的定义与使用

结构体用于将不同类型的数据组合在一起。

struct Person {

string name;

int age;

};

Person p;

p.name = "Alice";

p.age = 30;

cout << "姓名: " << p.name << ", 年龄: " << p.age << endl;

8.2 结构体数组

创建结构体数组以存储多个结构体实例。

Person people[2] = { {"Alice", 30}, {"Bob", 25}};

for (int i = 0; i < 2; i++) {

cout << "姓名: " << people[i].name << ", 年龄: " << people[i].age << endl;

}

8.3 联合体的定义与使用

联合体用于节省内存,所有成员共享相同的内存。

union Data {

int intValue;

float floatValue;

};

Data data;

data.intValue = 10;

cout << "整数值: " << data.intValue << endl;

data.floatValue = 5.5; // 修改 floatValue 会影响 intValue 的值

cout << "浮点值: " << data.floatValue << endl;

8.4 枚举类型的使用

枚举用于定义一组命名的整数常量。

enum Color { RED, GREEN, BLUE };

Color c = GREEN;

cout << "选择的颜色值: " << c << endl; // 输出 1

第九章:类与对象

9.1 面向对象的基本概念

类是对象的蓝图,对象是类的实例。

9.2 类的定义与对象的创建

class Car {

public:

string brand;

int year;

void display() {

cout << "品牌: " << brand << ", 年份: " << year << endl;

}

};

int main() {

Car myCar;

myCar.brand = "Toyota";

myCar.year = 2020;

myCar.display();

return 0;

}

9.3 构造函数与析构函数

构造函数用于初始化对象,析构函数用于清理资源。

class Point {

public:

int x, y;

Point(int xVal, int yVal) : x(xVal), y(yVal) {} // 构造函数

~Point() {} // 析构函数

};

Point p(10, 20); // 创建对象时调用构造函数

9.4 成员函数与属性

类的成员函数可以访问和修改类的属性。

class Circle {

public:

double radius;

double area() {

return 3.14 * radius * radius; // 计算面积

}

};

Circle c;

c.radius = 5;

cout << "圆的面积: " << c.area() << endl; // 输出 78.5

9.5 访问控制

C++ 提供了三种访问控制:public、private、protected。

class Box {

private:

double width; // 私有属性

public:

void setWidth(double w) {

width = w; // 通过公有方法访问私有属性

}

double getWidth() {

return width;

}

};

第十章:继承与多态

10.1 继承的概念与实现

继承允许一个类从另一个类派生,重用代码。

class Animal {

public:

void eat() {

cout << "Eating..." << endl;

}

};

class Dog : public Animal { // Dog 继承 Animal

public:

void bark() {

cout << "Barking..." << endl;

}

};

int main() {

Dog d;

d.eat(); // 调用基类方法

d.bark(); // 调用派生类方法

return 0;

}

10.2 基类与派生类

基类提供公共接口,派生类扩展或修改基类的行为。

10.3 虚函数与多态

虚函数允许在派生类中重写基类的方法。

class Base {

public:

virtual void show() { // 虚函数

cout << "Base class" << endl;

}

};

class Derived : public Base {

public:

void show() override { // 重写

cout << "Derived class" << endl;

}

};

int main() {

Base* b = new Derived();

b->show(); // 输出 "Derived class"

delete b;

return 0;

}

10.4 多态的实现

通过基类指针调用派生类的重写方法。

Base* basePtr = new Derived();

basePtr->show(); // 输出 "Derived class"

delete basePtr;

第十一章:模板与泛型编程

11.1 函数模板

函数模板允许编写可以处理不同数据类型的函数。

template <typename T>

T add(T a, T b) {

return a + b;

}

int main() {

cout << "int: " << add(5, 10) << endl; // 输出 15

cout << "double: " << add(5.5, 3.5) << endl; // 输出 9.0

return 0;

}

11.2 类模板

类模板允许定义可以处理不同数据类型的类。

template <typename T>

class Pair {

private:

T first, second;

public:

Pair(T a, T b) : first(a), second(b) {}

T getFirst() { return first; }

T getSecond() { return second; }

};

int main() {

Pair<int> p(10, 20);

cout << "First: " << p.getFirst() << ", Second: " << p.getSecond() << endl;

return 0;

}

11.3 模板特化

可以为特定类型创建模板特化。

template <>

class Pair<string> {

private:

string first, second;

public:

Pair(string a, string b) : first(a), second(b) {}

string getConcatenated() { return first + second; }

};

int main() {

Pair<string> p("Hello", " World");

cout << "Concatenated: " << p.getConcatenated() << endl;

return 0;

}

11.4 STL(标准模板库)简介

STL 提供了许多通用数据结构和算法,如 vector, list, map, set 等。

#include <vector>

int main() {

vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};

for (int num : vec) {

cout << num << " "; // 输出 1 2 3 4 5

}

return 0;

}

第十二章:异常处理

12.1 异常的概念

异常处理用于处理运行时错误,确保程序的稳定性。

12.2 try, catch, throw 语句

使用 try 块捕获异常,使用 catch 块处理异常。

try {

throw runtime_error("发生错误");

} catch (const runtime_error& e) {

cout << "捕获到异常: " << e.what() << endl; // 输出异常信息

}

12.3 自定义异常类

在 C++ 中,你可以根据需要自定义异常类,以提供更具体的错误信息,增强程序的可读性和可维护性。自定义异常类通常继承自 std::exception 类,并重写 what() 方法,以提供错误描述。

示例:定义自定义异常类

#include <iostream>

#include <exception>

#include <string>

using namespace std;

// 自定义异常类,继承自 std::exception

class MyException : public std::exception {

private:

string message; // 错误信息

public:

// 构造函数

MyException(const string& msg) : message(msg) {}

// 重写 what() 方法

virtual const char* what() const noexcept override {

return message.c_str(); // 返回错误信息

}

};

// 函数,可能会抛出异常

void riskyFunction(int value) {

if (value < 0) {

throw MyException("负数错误:不能为负数"); // 抛出自定义异常

}

cout << "输入的值是: " << value << endl;

}

int main() {

try {

riskyFunction(-1); // 调用可能抛出异常的函数

} catch (const MyException& e) {

cout << "捕获到异常: " << e.what() << endl; // 输出异常信息

} catch (const std::exception& e) {

cout << "捕获到标准异常: " << e.what() << endl;

}

return 0;

}

代码解析

自定义异常类 MyException

继承自 std::exception 类。在构造函数中接受一个字符串参数,表示错误信息。重写 what() 方法,返回错误信息字符串。

函数 riskyFunction

接受一个整数参数。如果参数小于 0,则抛出 MyException 异常。

主函数

使用 try 块调用 riskyFunction。如果抛出 MyException 异常,使用 catch 块捕获并处理异常,打印出异常信息。

额外信息

异常安全性:在设计代码时,确保在抛出异常时不会导致资源泄漏或不一致的状态。使用 RAII(资源获取即初始化)技术可以帮助管理资源。异常层次结构:可以创建更复杂的异常层次结构,允许捕获不同类型的异常,提供更详细的错误处理机制。

通过自定义异常类,您可以为程序中的错误和异常情况提供更清晰和更具体的处理方式。这种方法可以提高代码的可读性,并使调试过程更容易。

第十三章:文件操作

13.1 文件的读写操作

示例:写入文件

#include <fstream>

#include <iostream>

using namespace std;

int main() {

ofstream outFile("example.txt"); // 创建输出文件流

if (outFile.is_open()) {

outFile << "Hello, file!" << endl; // 写入内容

outFile.close(); // 关闭文件

} else {

cout << "无法打开文件进行写入。" << endl;

}

return 0;

}

示例:读取文件

#include <fstream>

#include <iostream>

using namespace std;

int main() {

ifstream inFile("example.txt"); // 创建输入文件流

string line;

if (inFile.is_open()) {

while (getline(inFile, line)) { // 按行读取文件

cout << line << endl; // 输出每一行

}

inFile.close(); // 关闭文件

} else {

cout << "无法打开文件进行读取。" << endl;

}

return 0;

}

13.2 二进制文件与文本文件

文本文件:以人类可读的格式存储数据。二进制文件:以二进制格式存储数据,通常用于高效存储和读取。

示例:写入二进制文件

#include <fstream>

using namespace std;

int main() {

ofstream outFile("binary.dat", ios::binary); // 创建二进制输出文件流

int num = 42;

outFile.write(reinterpret_cast<char*>(&num), sizeof(num)); // 写入整数

outFile.close();

return 0;

}

示例:读取二进制文件

#include <fstream>

#include <iostream>

using namespace std;

int main() {

ifstream inFile("binary.dat", ios::binary); // 创建二进制输入文件流

int num;

inFile.read(reinterpret_cast<char*>(&num), sizeof(num)); // 读取整数

cout << "读取的数: " << num << endl;

inFile.close();

return 0;

}

13.3 文件流的使用

C++ 提供 fstream,用于同时读取和写入文件。

示例

#include <fstream>

#include <iostream>

using namespace std;

int main() {

fstream file("example.txt", ios::in | ios::out | ios::app); // 以读写模式打开文件

if (file.is_open()) {

file << "追加内容!" << endl; // 追加内容

file.seekg(0); // 将文件指针移到文件开头

string line;

while (getline(file, line)) { // 读取文件内容

cout << line << endl;

}

file.close(); // 关闭文件

}

return 0;

}

第十四章:标准库与命名空间

14.1 C++ 标准库概述

C++ 标准库包含了丰富的函数、类和模板,极大地提高了开发效率。常用的 STL 组件有容器、算法和迭代器。

14.2 常用标准库函数与算法

示例:使用 vector

#include <iostream>

#include <vector>

using namespace std;

int main() {

vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};

vec.push_back(6); // 添加元素

for (int num : vec) {

cout << num << " "; // 输出每个元素

}

cout << endl;

return 0;

}

示例:使用 algorithm

#include <iostream>

#include <algorithm>

#include <vector>

using namespace std;

int main() {

vector<int> vec = {5, 3, 1, 4, 2};

sort(vec.begin(), vec.end()); // 排序

for (int num : vec) {

cout << num << " "; // 输出已排序的元素

}

cout << endl;

return 0;

}

14.3 命名空间的使用

命名空间用于组织代码,避免命名冲突。

namespace MyNamespace {

void display() {

cout << "Hello from MyNamespace!" << endl;

}

}

int main() {

MyNamespace::display(); // 调用命名空间中的函数

return 0;

}

第十五章:高级特性

15.1 智能指针的使用

智能指针自动管理内存,减少内存泄漏的风险。

示例:使用 std::unique_ptr

#include <iostream>

#include <memory>

using namespace std;

int main() {

unique_ptr<int> ptr(new int(10)); // 创建智能指针

cout << "值: " << *ptr << endl; // 输出值

// 不需要手动 delete,ptr 超出作用域后会自动释放内存

return 0;

}

示例:使用 std::shared_ptr

#include <iostream>

#include <memory>

using namespace std;

int main() {

shared_ptr<int> p1(new int(20)); // 创建共享指针

{

shared_ptr<int> p2 = p1; // 共享所有权

cout << "值: " << *p2 << endl; // 输出值

} // p2 超出作用域后不会释放内存,p1 仍然存在

cout << "值: " << *p1 << endl; // 输出值

return 0;

}

15.2 Lambda 表达式与并发编程

Lambda 表达式用于简化函数对象的定义,适合回调和并行执行。

示例:使用 Lambda 表达式

#include <iostream>

#include <vector>

#include <algorithm>

using namespace std;

int main() {

vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};

for_each(vec.begin(), vec.end(), [](int n) {

cout << n << " "; // 输出每个元素

});

cout << endl;

return 0;

}

15.3 C++11/14/17/20 新特性

C++11:引入了 auto 关键字、范围 for 循环、nullptr、线程库等。C++14:改进了 lambda 表达式,支持泛型 lambda。C++17:引入了结构化绑定、if constexpr、std::optional 等。C++20:引入了概念(concept)、范围(ranges)等。

第十六章:综合项目

16.1 项目设计与结构

设计一个小型项目,定义功能模块与类结构,使用面向对象的设计原则。

16.2 代码实现与管理

使用版本控制工具(如 Git)管理代码,记录每次更新。

16.3 代码调试与优化

使用调试工具(如 GDB 或 IDE 内置调试工具)进行调试,分析性能瓶颈并进行优化。


第十七章:学习资源与实践

17.1 推荐书籍

《C++ Primer》 - Stanley B. Lippman《Effective C++》 - Scott Meyers《The C++ Programming Language》 - Bjarne Stroustrup《高质量程序设计指南-C++\C语言》第三版

17.2 在线课程

Coursera、edX、Udacity 等平台的 C++ 课程。B站的编程教程频道。

17.3 开源项目与参与

参与 GitHub 上的 C++ 开源项目,学习最佳实践,提升编程能力。

17.4 C++ 社区与论坛

加入 C++ 相关的社区与讨论组(如 Stack Overflow、Reddit 的 C++ 版块),向他人学习。


第十八章:附录

18.1 C++ 关键字

列出 C++ 中的所有关键字,比如 class, public, private, virtual, template 等。

18.2 常用函数与算法汇总

排序:sort()查找:find()复制:copy()变换:transform()

18.3 参考文献

C++ 标准文档各大编程网站的相关教程与文档。


        这个C++ 学习教程,可以帮助初学者系统地掌握 C++ 语言的基础与进阶知识,同时提供了丰富的示例和练习,结合项目实践,有助于巩固所学的知识。希望对你有所帮助!



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