目录

1. C++简介

C++的历史与发展

C++的特点与优势

2. 基本语法

注释

数据类型与变量

常量

运算符

输入与输出

3. 控制结构

条件语句

循环语句

4. 函数

函数定义与声明

参数传递

返回值

函数重载

5. 数组与字符串

一维数组

多维数组

字符串处理

6. 指针

指针的定义与使用

指针运算

指针与数组

函数指针

7. 引用

引用的定义与用法

引用与指针的区别

8. 结构体与联合体

结构体定义与使用

联合体定义与使用

枚举类型

9. 类与对象

类的定义与成员

对象的创建与使用

构造函数与析构函数

类的继承

多态与虚函数

运算符重载

10. 模板

函数模板

类模板

11. STL（标准模板库）

容器

算法

迭代器

12. 文件操作

文件读写

文件流

13. 异常处理

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1. C++简介

C++的历史与发展

C++是一种面向对象的编程语言，由Bjarne Stroustrup在20世纪80年代初开发。它是在C语言的基础上增加了面向对象的特性，从而既具有C语言的高效性，又提供了高级的编程抽象。C++已经成为许多系统级软件、游戏、嵌入式系统以及高性能计算应用程序的主要编程语言。

C++的特点与优势

面向对象编程：支持类和对象、继承、多态和封装。高效性：C++编译后的程序运行速度很快，接近于C语言。灵活性：支持多范式编程，包括面向对象、泛型编程和过程式编程。丰富的库：拥有丰富的标准库（STL），提供了大量的容器和算法。

2. 基本语法

注释

C++支持单行注释和多行注释。

// 这是单行注释/*这是多行注释*/

数据类型与变量

C++支持多种基本数据类型，包括整型（int）、字符型（char）、浮点型（float, double）等。

int a = 10;char b = 'A';float c = 3.14;

C++还支持布尔型（bool），用于表示真（true）或假（false）。

bool isTrue = true;

常量

常量可以使用const关键字定义，一旦定义不能改变。

const int MAX = 100;

在C++11及之后的版本中，可以使用constexpr关键字定义常量表达式。

constexpr int MIN = 1; // 常量表达式

 

运算符

C++提供了丰富的运算符，包括算术运算符、关系运算符、逻辑运算符等。

int a = 5 + 3; // 加法bool b = (a > 3) && (a < 10); // 逻辑与

C++还支持位运算符，用于按位操作。

int x = 5; // 0101int y = 3; // 0011int z = x & y; // 0001，按位与运算

 

输入与输出

使用cin进行输入，使用cout进行输出。

int num;std::cin >> num;std::cout << "Number is " << num << std::endl;

还可以使用getline函数读取一整行输入。

std::string line;std::getline(std::cin, line); // 读取一整行输入std::cout << "Line is: " << line << std::endl;

 

3. 控制结构

条件语句

条件语句用于根据条件执行不同的代码段。

if (condition) { // statements} else if (another_condition) { // statements} else { // statements}switch (variable) { case value1: // statements break; case value2: // statements break; default: // statements}

示例：根据用户输入的年龄判断是否成年。

int age;std::cin >> age;if (age >= 18) { std::cout << "You are an adult." << std::endl;} else { std::cout << "You are not an adult." << std::endl;}

 

循环语句

循环语句用于重复执行代码块。

for (int i = 0; i < 10; ++i) { // statements}while (condition) { // statements}do { // statements} while (condition);

示例：打印从1到10的数字。 

for (int i = 1; i <= 10; ++i) { std::cout << i << std::endl;}

4. 函数

函数定义与声明

函数是执行特定任务的代码块。

// 函数声明int add(int a, int b);// 函数定义int add(int a, int b) { return a + b;}

示例：定义一个函数计算两个数的乘积。

int multiply(int a, int b) { return a * b;}

 

参数传递

参数传递可以通过值传递和引用传递。

void swap(int &a, int &b) { int temp = a; a = b; b = temp;}

示例：通过引用传递数组元素。

void increment(int &num) { num++;}

 

返回值

函数可以返回一个值，也可以返回多个值（通过指针或引用）。

int max(int a, int b) { return (a > b) ? a : b;}

示例：返回两个数的较大值。

int getMax(int a, int b) { return (a > b) ? a : b;}

 

函数重载

C++支持函数重载，即允许多个同名函数根据参数类型或数量的不同而存在。

int add(int a, int b) { return a + b;}double add(double a, double b) { return a + b;}

示例：定义一个函数用于打印整数和一个用于打印浮点数。

void print(int num) { std::cout << "Integer: " << num << std::endl;}void print(double num) { std::cout << "Double: " << num << std::endl;}

 

5. 数组与字符串

一维数组

一维数组用于存储相同类型的多个元素。

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

示例：遍历数组并打印元素。

for (int i = 0; i < 5; ++i) { std::cout << arr[i] << std::endl;}

 

多维数组

多维数组用于存储矩阵等结构。

int matrix[3][3] = { {1, 2, 3}, {4, 5, 6}, {7, 8, 9}};

示例：打印二维数组的元素。

for (int i = 0; i < 3; ++i) { for (int j = 0; j < 3; ++j) { std::cout << matrix[i][j] << " "; } std::cout << std::endl;}

字符串处理

C++标准库提供了string类用于字符串处理。

#include <string>std::string str = "Hello, World!";

示例：拼接两个字符串。

std::string str1 = "Hello";std::string str2 = "World";std::string result = str1 + ", " + str2 + "!";std::cout << result << std::endl;

 

6. 指针

指针的定义与使用

指针用于存储变量的内存地址。

int a = 10;int *p = &a;

示例：通过指针修改变量的值。

*p = 20;std::cout << "a = " << a << std::endl; // 输出20

 

指针运算

指针可以进行算术运算。

p++; // 移动到下一个内存位置

示例：遍历数组的指针。

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};int *p = arr;for (int i = 0; i < 5; ++i) { std::cout << *(p + i) << std::endl;}

 

指针与数组

指针可以用于遍历数组。

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};int *p = arr;for (int i = 0; i < 5; ++i) { std::cout << *(p + i) << std::endl;}

示例：数组名实际上是指向第一个元素的指针。

int *p = arr; // 数组名arr是一个指针，指向第一个元素

 

函数指针

函数指针用于指向函数。

void print(int a) { std::cout << a << std::endl;}void (*funcPtr)(int) = print;funcPtr(10);

示例：使用函数指针数组调用不同的函数。

void func1(int a) { std::cout << "Function 1: " << a << std::endl; }void func2(int a) { std::cout << "Function 2: " << a << std::endl; }void (*funcArray[2])(int) = {func1, func2};funcArray ;funcArray ;

 

7. 引用

引用的定义与用法

引用是变量的别名。

int a = 10;int &ref = a;

示例：通过引用修改变量的值。

ref = 20;std::cout << "a = " << a << std::endl; // 输出20

 

引用与指针的区别

引用必须在定义时初始化且不能更改引用对象，而指针可以改变指向。

int a = 10;int b = 20;int *p = &a;p = &b; // 允许int &ref = a;// ref = b; // 错误

示例：使用引用作为函数参数。

void increment(int &num) { num++;}int value = 5;increment(value);std::cout << "value = " << value << std::endl; // 输出6

 

8. 结构体与联合体

结构体定义与使用

结构体用于定义新的数据类型，包含多个成员变量。

struct Person { std::string name; int age;};Person person = {"John", 30};

示例：访问结构体成员。

std::cout << "Name: " << person.name << std::endl;std::cout << "Age: " << person.age << std::endl;

 

联合体定义与使用

联合体用于在相同的内存位置存储不同类型的数据。

union Data { int i; float f; char c;};Data data;data.i = 10;

示例：访问联合体成员。

data.f = 3.14;std::cout << "Float: " << data.f << std::endl;

 

枚举类型

枚举类型用于定义一组命名常量。

enum Color { RED, GREEN, BLUE };Color color = RED;

示例：使用枚举类型。

if (color == RED) { std::cout << "The color is red." << std::endl;}

 

9. 类与对象

类的定义与成员

类是面向对象编程的基本单元，包含成员变量和成员函数。

class Box {public: int length; int width; int height;};

示例：定义类的成员函数。

class Box {public: int length; int width; int height; int volume() { return length * width * height; }};

 

对象的创建与使用

对象是类的实例，通过对象可以访问类的成员。

Box box;box.length = 10;

示例：通过对象调用成员函数。

Box box;box.length = 10;box.width = 5;box.height = 2;std::cout << "Volume: " << box.volume() << std::endl;

 

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 Box {public: Box(int l, int w, int h) : length(l), width(w), height(h) {} ~Box() {}private: int length; int width; int height;};

示例：定义和使用构造函数和析构函数。

Box box(10, 5, 2);std::cout << "Volume: " << box.volume() << std::endl;

 

类的继承

继承用于创建新的类，该类从现有类继承属性和行为。

class Rectangle : public Box {public: Rectangle(int l, int w) : Box(l, w, 0) {}};

示例：定义和使用派生类。

Rectangle rect(10, 5);std::cout << "Area: " << rect.length * rect.width << std::endl;

 

多态与虚函数

多态允许通过基类指针或引用调用派生类的函数。

class Base {public: virtual void show() { std::cout << "Base class" << std::endl; }};class Derived : public Base {public: void show() override { std::cout << "Derived class" << std::endl; }};

示例：使用多态调用虚函数。 

Base *b;Derived d;b = &d;b->show(); // 输出"Derived class"

运算符重载

运算符重载允许自定义运算符的行为。

class Complex {public: int real, imag; Complex operator + (const Complex &obj) { Complex res; res.real = real + obj.real; res.imag = imag + obj.imag; return res; }};

示例：重载加法运算符。

Complex c1{1, 2}, c2{3, 4};Complex c3 = c1 + c2;std::cout << "Sum: " << c3.real << " + " << c3.imag << "i" << std::endl;

 

10. 模板

函数模板

函数模板用于定义泛型函数。

template <typename T>T add(T a, T b) { return a + b;}

示例：使用函数模板

std::cout << "Int sum: " << add(1, 2) << std::endl;std::cout << "Double sum: " << add(1.1, 2.2) << std::endl;

 

类模板

类模板用于定义泛型类。

template <typename T>class Box { T data;public: Box(T val) : data(val) {} T getData() { return data; }};

示例：使用类模板。

Box<int> intBox(10);Box<double> doubleBox(3.14);std::cout << "Int data: " << intBox.getData() << std::endl;std::cout << "Double data: " << doubleBox.getData() << std::endl;

 

11. STL（标准模板库）

容器

STL容器用于存储和管理数据。

#include <vector>std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};

 示例：使用vector容器。

vec.push_back(6);for (int val : vec) { std::cout << val << " ";}std::cout << std::endl;

算法

STL算法用于操作容器数据。

#include <algorithm>std::sort(vec.begin(), vec.end());

示例：使用sort算法对vector排序。 

std::vector<int> numbers = {4, 2, 5, 3, 1};std::sort(numbers.begin(), numbers.end());for (int num : numbers) { std::cout << num << " ";}std::cout << std::endl;

 

迭代器

迭代器用于遍历容器。

std::vector<int>::iterator it;for (it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) { std::cout << *it << std::endl;}

示例：使用反向迭代器遍历容器。

for (std::vector<int>::reverse_iterator rit = vec.rbegin(); rit != vec.rend(); ++rit) { std::cout << *rit << " ";}std::cout << std::endl;

12. 文件操作

文件读写

C++提供了fstream库用于文件读写操作。

#include <fstream>std::ofstream outFile("example.txt");outFile << "Hello, World!" << std::endl;outFile.close();std::ifstream inFile("example.txt");std::string line;std::getline(inFile, line);std::cout << line << std::endl;inFile.close();

示例：写入和读取多个数据。

std::ofstream outFile("data.txt");outFile << 1 << " " << 2 << " " << 3 << std::endl;outFile.close();std::ifstream inFile("data.txt");int a, b, c;inFile >> a >> b >> c;std::cout << a << " " << b << " " << c << std::endl;inFile.close();

文件流

文件流用于处理文件输入输出。

std::fstream file("example.txt", std::ios::in | std::ios::out);

示例：使用文件流进行读写操作。

std::fstream file("example.txt", std::ios::out | std::ios::in);file << "New content" << std::endl;file.seekg(0); // 移动到文件开头std::string content;std::getline(file, content);std::cout << "Read from file: " << content << std::endl;file.close();

 

13. 异常处理

异常处理用于处理程序中的错误情况。

try { // 可能抛出异常的代码} catch (const std::exception &e) { std::cerr << "Exception: " << e.what() << std::endl;} catch (...) { std::cerr << "Unknown exception" << std::endl;}

示例：自定义异常类并抛出异常。

class MyException : public std::exception {public: const char* what() const noexcept override { return "My custom exception"; }};void functionThatThrows() { throw MyException();}int main() { try { functionThatThrows(); } catch (const MyException &e) { std::cerr << "Caught exception: " << e.what() << std::endl; } return 0;}