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
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:
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:
- signed
- unsigned
- short
- long
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 | 位 | 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
#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):
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true
或false
。
-
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[]
或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 cin
和 cout
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 15return 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
new
和delete
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 15cout << "double: " << add(5.5, 3.5) << endl; // 输出 9.0return 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。
- 继承自
-
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。
- 使用
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
库
#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!