《C++对C的扩展》课件

《对的扩展》C++C本课件旨在全面介绍对语言的扩展，涵盖从基础语法到高级特性的各个方C++C面我们将深入探讨在面向对象编程、内存管理、模板编程、异常处理以C++及等方面的增强通过学习本课件，您将能够掌握的核心概念和技术，STL C++为开发高性能、可维护的软件系统打下坚实的基础让我们一起开始探索C++的强大之处！简介C++什么是？的优势C++C++是一种通用的、面向对象的编程语言，它是在语言的基础上具有卓越的性能，可以直接操作内存，实现精细的资源控制C++C C++发展起来的既支持过程化编程，也支持面向对象编程，使它支持丰富的特性，如类、继承、多态、模板等，使得代码更易C++得开发者可以根据具体需求选择合适的编程范式它广泛应用于于组织和重用还拥有庞大的社区和丰富的库，为开发者提C++系统软件、游戏开发、嵌入式系统等领域，因其高性能和灵活性供了强大的支持，加速了开发进程而备受青睐的发展历程C++起源世纪年代末20701C++起源于20世纪70年代末，由Bjarne Stroustrup在贝尔实验室开发最初被称为“带类的C”，旨在为C语言添加面向对象的特性标准化C++199821998年，C++标准发布，标志着C++成为一种正式的、标准化的编程语言这个标准定义了C++的核心特性和库，为C++的广泛应用奠定了基础C++1120113C++11是C++的一个重要里程碑，引入了许多新特性，如智能指针、Lambda表达式、自动类型推导等，使得C++更加现代化和易用后续发展C++14/17/204C++在C++11之后持续发展，C++

14、C++17和C++20等标准不断推出，进一步完善了C++的特性，提升了性能和开发效率的特点C++面向对象高性能12支持类、对象、继承、多可以直接操作内存，实现C++C++态等面向对象编程的核心概念，精细的资源控制，从而获得卓使得开发者可以更加自然地模越的性能这使得在对性C++拟现实世界，构建模块化、可能要求极高的应用场景中具有重用的代码显著优势通用性3是一种通用的编程语言，可以应用于各种领域，如系统软件、游戏C++开发、嵌入式系统、高性能计算等它具有广泛的适应性和强大的表达能力基本语法概述C++变量和数据类型运算符支持多种基本数据类型，如提供了丰富的运算符，包括C++C++、、、等算术运算符、关系运算符、逻辑int floatdouble char变量在使用前需要声明，并指定运算符、位运算符等运算符可其数据类型还支持用户自以用于对变量进行各种操作，实C++定义数据类型，如结构体和类现复杂的计算和逻辑判断控制流支持多种控制流语句，如语句、循环、循环、C++if-else forwhile switch语句等这些语句可以用于控制程序的执行流程，实现条件判断和循环操作基本数据类型C++类型描述大小字节取值范围int整型4-2147483648到2147483647float单精度浮点型4约±

1.2E-38到±

3.4E+38double双精度浮点型8约±

2.3E-308到±

1.7E+308char字符型1-128到127或0到255取决于编译器bool布尔型1true或falseC++提供了多种基本数据类型，用于存储不同类型的数据这些数据类型包括整型（int）、浮点型（float、double）、字符型（char）和布尔型（bool）每种数据类型都有其特定的取值范围和大小，开发者需要根据具体需求选择合适的数据类型变量声明和定义变量声明变量定义变量声明是告诉编译器变量的名称和类型，但不分配内存空间变量定义是分配内存空间，并为变量赋予初始值（可选）例如例如int age;int age=25;这只是声明了一个名为的整型变量，但并没有为其分配内存这不仅声明了变量，还为其分配了内存空间，并将其初始化age age为定义也是一种声明25在中，变量必须先声明才能使用声明和定义可以分开进行，也可以合并在一起区分声明和定义有助于理解的内存管理和作用C++C++域规则操作符和表达式算术运算符包括加（+）、减（-）、乘（*）、除（/）、取模（%）等，用于进行基本的数学计算例如int sum=a+b;关系运算符包括等于（==）、不等于（!=）、大于（）、小于（）、大于等于（=）、小于等于（=）等，用于比较两个值的大小关系例如if ab{...}逻辑运算符包括与（）、或（||）、非（!）等，用于进行逻辑判断例如if ab{...}C++提供了丰富的操作符，用于对变量进行各种操作表达式是由操作符和操作数组成的，用于计算一个值操作符的优先级和结合性决定了表达式的计算顺序程序的基本结构主函数程序的入口点，程序必须包含一个头文件C++2名为的函数程序的执行从函main main包含程序所需的声明和定义，例如函数数开始声明、变量声明、类定义等使用1#include函数程序的基本组成单元，用于完成特定的任指令引入头文件务函数可以接受参数，并返回一个值3一个程序通常由头文件、主函数和若干个函数组成头文件包含了程序所需的声明和定义，主函数是程序的入口点，函数用于完成特C++定的任务程序的执行流程从主函数开始，依次调用各个函数，最终完成程序的逻辑函数声明和定义函数声明函数定义函数声明是告诉编译器函数的名称、函数定义是实现函数的功能，包括函参数列表和返回类型例如数体内的代码例如int addinta,int b;int addinta,int b{return a+b;}这只是声明了一个名为的函数，add但并没有实现其功能这不仅声明了函数，还实现了其add加法功能在中，函数必须先声明才能使用声明和定义可以分开进行，也可以合并C++在一起如果函数在调用之前定义，则可以省略声明但为了代码的可读性和可维护性，建议始终先声明函数，再定义函数函数参数传递方式引用传递1形参是实参的别名，对形参的修改会直接影响实参指针传递2形参是指向实参的指针，可以通过指针修改实参的值值传递3形参是实参的副本，对形参的修改不会影响实参支持三种函数参数传递方式值传递、指针传递和引用传递值传递是将实参的值复制给形参，对形参的修改不会影响实参；指针传C++递是将实参的地址传递给形参，可以通过指针修改实参的值；引用传递是将实参的别名传递给形参，对形参的修改会直接影响实参选择合适的参数传递方式可以提高程序的效率和灵活性全局变量和局部变量全局变量1在函数外部定义的变量，作用域为整个程序，可以在任何函数中使用局部变量2在函数内部定义的变量，作用域仅限于该函数，只能在该函数中使用全局变量和局部变量是根据变量的作用域划分的全局变量在函数外部定义，作用域为整个程序，可以在任何函数中使用；局部变量在函数内部定义，作用域仅限于该函数，只能在该函数中使用在使用变量时，应尽量使用局部变量，以减少命名冲突和提高代码的可读性静态变量和动态变量静态变量动态变量在程序编译时分配内存空间，生存期为整个程序运行期间静态变在程序运行时分配内存空间，生存期由程序员控制动态变量可以量只初始化一次，即使在函数调用结束后，其值仍然保持不变通过new运算符分配内存，通过delete运算符释放内存静态变量和动态变量是根据变量的生存期划分的静态变量在程序编译时分配内存空间，生存期为整个程序运行期间；动态变量在程序运行时分配内存空间，生存期由程序员控制动态变量的优点是可以根据需要动态分配和释放内存，但需要程序员手动管理内存，容易出现内存泄漏等问题内存管理机制栈内存由编译器自动分配和释放，用于存储局部变量、函数参数等栈内存的特点是快速分配和释放，但空间有限堆内存由程序员手动分配和释放，用于存储动态分配的变量堆内存的特点是空间较大，但需要程序员手动管理，容易出现内存泄漏等问题静态存储区用于存储全局变量、静态变量等静态存储区的特点是在程序编译时分配内存空间，生存期为整个程序运行期间的内存管理机制包括栈内存、堆内存和静态存储区栈内存由编译器自动分配和C++释放，用于存储局部变量、函数参数等；堆内存由程序员手动分配和释放，用于存储动态分配的变量；静态存储区用于存储全局变量、静态变量等了解的内存管理C++机制有助于编写高效、稳定的程序数组和指针数组指针一组具有相同数据类型的元素的集合，可以通过下标访问数组中存储变量地址的变量，可以通过指针访问变量的值例如的元素例如int*p=arr

[0];int arr

[5];定义了一个指向数组第一个元素的指针定义了一个包含个整型元素的数组5数组和指针是中非常重要的数据类型数组用于存储一组具有相同数据类型的元素的集合，指针用于存储变量的地址通过指针可以C++方便地访问和操作数组中的元素理解数组和指针的概念是掌握的关键C++引用类型引用的概念引用的用途12引用是变量的别名，对引用的操引用主要用于函数参数传递和函作相当于对原变量的操作引用数返回值使用引用可以避免值在声明时必须初始化，且一旦初传递的开销，提高程序的效率始化后就不能再引用其他变量同时，使用引用可以修改原变量的值引用与指针的区别3引用在声明时必须初始化，且一旦初始化后就不能再引用其他变量；指针可以不初始化，且可以随时指向其他变量引用不是一种新的数据类型，而指针是一种新的数据类型引用是中一种重要的特性，它提供了一种安全、高效的方式来操作变量引用是C++变量的别名，对引用的操作相当于对原变量的操作引用主要用于函数参数传递和函数返回值，可以避免值传递的开销，提高程序的效率同时，使用引用可以修改原变量的值类和对象类对象1是对具有相同属性和行为的对象的抽象是类的实例，是具体的实体，包含类定描述类定义了对象的属性和方法，但2义的属性和方法，并存储具体的数据不包含具体的数据类和对象是面向对象编程的核心概念类是对具有相同属性和行为的对象的抽象描述，对象是类的实例通过类可以定义对象的属性和方法，通过对象可以访问和操作类的成员类是对象的蓝图，对象是类的具体实现类的封装和继承封装继承将类的属性和方法隐藏在类的内部，只提供公共接口供外部访问允许一个类继承另一个类的属性和方法继承可以实现代码的重封装可以保护数据，提高代码的安全性和可维护性用，提高开发效率支持单继承和多继承C++封装和继承是面向对象编程的两个重要特性封装将类的属性和方法隐藏在类的内部，只提供公共接口供外部访问，可以保护数据，提高代码的安全性和可维护性；继承允许一个类继承另一个类的属性和方法，可以实现代码的重用，提高开发效率理解封装和继承的概念是掌握面向对象编程的关键虚函数和多态虚函数在基类中声明为的函数，可以在派生类中重新定义通过虚函数可virtual以实现多态性多态指同一操作作用于不同的对象，可以有不同的解释，产生不同的执行结果多态可以通过虚函数实现虚函数和多态是面向对象编程的重要特性虚函数允许在派生类中重新定义基类的函数，从而实现多态性多态性指同一操作作用于不同的对象，可以有不同的解释，产生不同的执行结果通过虚函数和多态可以编写更加灵活、可扩展的代码模板编程模板的概念模板的用途模板是一种泛型编程技术，可以用于编写不依赖于具体数据类型的模板可以用于编写通用的数据结构和算法，提高代码的重用性和效代码模板可以用于函数和类率例如，可以使用模板编写通用的排序函数，可以对不同数据类型的数组进行排序模板是一种泛型编程技术，可以用于编写不依赖于具体数据类型的代码模板可以用于函数和类通过模板可以编写通用的数据结构和算法，提高代码的重用性和效率模板是中一种强大的特性，可以提高代码的灵活性和可维护性C++异常处理try用于包含可能抛出异常的代码块如果在块中抛出了异常，则会跳try转到相应的块进行处理catchcatch用于捕获并处理异常可以有多个块，分别处理不同类型的异常catchthrow用于抛出异常可以抛出任何类型的异常，例如、、、int floatchar等，也可以抛出自定义的异常类string异常处理是一种用于处理程序运行时错误的机制提供了、和关C++try catchthrow键字来实现异常处理通过异常处理可以使程序更加健壮，避免因运行时错误而崩溃理解异常处理的概念是编写高质量代码的关键C++文件输入输出ofstream ifstream用于将数据写入文件可以创建对象，并使用用于从文件读取数据可以创建对象，并使用ofstream ifstream运算符将数据写入文件运算符从文件读取数据提供了文件输入输出流来实现文件的读写操作用于将数据写入文件，用于从文件读取数据通过文件输入输出C++ofstream ifstream可以实现数据的持久化存储和读取掌握文件输入输出是编程的重要技能C++输入输出流iostream cinC++标准库提供的输入输出流，包括cin、标准输入流，用于从键盘读取数据可以使cout、cerr、clog等iostream提供了丰用富的输入输出函数，可以用于实现各种输入输出操作运算符从cin读取数据cout标准输出流，用于将数据输出到屏幕可以使用运算符将数据输出到coutC++的输入输出流是用于实现输入输出操作的标准库iostream是C++标准库提供的输入输出流，包括cin、cout、cerr、clog等cin用于从键盘读取数据，cout用于将数据输出到屏幕掌握输入输出流的使用是C++编程的基本技能动态内存分配释放内存delete使用delete1运算符释放动态分配的内存，避免内存泄漏检查指针if p2在使用指针之前，应该检查指针是否为空，避免空指针异常分配内存new使用3new运算符在堆内存中动态分配内存空间C++提供了动态内存分配机制，允许程序员在程序运行时动态分配和释放内存空间使用new运算符在堆内存中动态分配内存空间，使用delete运算符释放动态分配的内存，避免内存泄漏在使用指针之前，应该检查指针是否为空，避免空指针异常动态内存分配是C++编程的重要技能，但需要谨慎使用，避免出现内存问题运算符重载返回类型1定义重载运算符的返回类型，可以返回任何类型，例如int、float、对象等运算符函数定义重载运算符的函数，函数名以2operator关键字开头，后面跟着要重载的运算符重载运算符3允许程序员为已有的运算符赋予新的含义，使其可以用于自定义的数据类型运算符重载是C++中一种强大的特性，允许程序员为已有的运算符赋予新的含义，使其可以用于自定义的数据类型通过运算符重载可以使代码更加简洁、易读例如，可以重载加法运算符（+），使其可以用于对两个对象进行加法运算运算符重载需要谨慎使用，避免过度使用导致代码难以理解标准模板库STL的组成的优点STL STL主要由容器、迭代器、算法和函数对象组成容器用于存储数提供了高效、可重用的数据结构和算法，可以大大提高开发效STL STL据，迭代器用于遍历容器中的元素，算法用于对容器中的元素进率的代码经过了严格的测试和优化，具有良好的性能和稳定STL行各种操作，函数对象是一种具有函数行为的对象性标准模板库（）是标准库的重要组成部分，提供了高效、可重用的数据结构和算法主要由容器、迭代器、算法和函数对象STL C++STL组成可以大大提高开发效率，并且具有良好的性能和稳定性掌握的使用是编程的重要技能STL STL C++容器类型顺序容器例如、、等顺序容器中的元素按照插入顺序排列，vector listdeque可以通过下标或迭代器访问元素关联容器例如、等关联容器中的元素按照键值排序，可以通过键值快set map速查找元素容器适配器例如、、等容器适配器是对现有容器的stack queuepriority_queue封装，提供了特定的接口和功能提供了多种容器类型，包括顺序容器、关联容器和容器适配器顺序容器中的元素STL按照插入顺序排列，可以通过下标或迭代器访问元素；关联容器中的元素按照键值排序，可以通过键值快速查找元素；容器适配器是对现有容器的封装，提供了特定的接口和功能选择合适的容器类型可以提高程序的效率和灵活性迭代器迭代器的概念迭代器的类型迭代器是一种用于遍历容器中元素的通用接口迭代器可以指向提供了多种迭代器类型，例如、STL input_iterator容器中的某个元素，并可以进行移动、访问等操作、、、output_iterator forward_iterator bidirectional_iterator等不同类型的迭代器支持不同的操作random_access_iterator迭代器是一种用于遍历容器中元素的通用接口提供了多种迭代器类型，例如、、、STL input_iterator output_iterator forward_iterator、等不同类型的迭代器支持不同的操作通过迭代器可以方便地访问和操作容器中的bidirectional_iterator random_access_iterator元素算法排序算法查找算法拷贝算法例如、等用于对容例如、等用于在例如、等用于在容sort stable_sort findbinary_search copytransform器中的元素进行排序容器中查找元素器之间拷贝元素提供了大量的算法，用于对容器中的元素进行各种操作这些算法包括排序算法、查找算法、拷贝算法、删除算法、修改算法等使STL用算法可以大大简化代码，提高开发效率算法经过了严格的测试和优化，具有良好的性能和稳定性STL STL函数对象函数对象的概念函数对象的用途函数对象是一种具有函数行为的对象函数对象可以用于算法中，作为STL函数对象可以像函数一样被调用，但算法的参数，实现自定义的操作例又可以像对象一样拥有状态如，可以使用函数对象作为算法sort的比较函数，实现自定义的排序规则函数对象是一种具有函数行为的对象函数对象可以像函数一样被调用，但又可以像对象一样拥有状态函数对象可以用于算法中，作为算法的参数，实现STL自定义的操作函数对象是中一种强大的特性，可以提高代码的灵活性和C++可扩展性命名空间命名空间的概念命名空间的用途命名空间是一种用于组织代码的机制，可以避免命名冲突可以命名空间主要用于组织代码，避免命名冲突，提高代码的可维护将相关的代码放在同一个命名空间中，从而避免不同命名空间中性标准库中的代码都放在命名空间中C++std的代码发生冲突命名空间是一种用于组织代码的机制，可以避免命名冲突可以将相关的代码放在同一个命名空间中，从而避免不同命名空间中的代码发生冲突标准库中的代码都放在命名空间中使用命名空间可以提高代码的可维护性，避免命名冲突C++std预处理器条件编译根据条件选择性地编译代码例如，可以使用#ifdef、#ifndef、#else、#endif等指令实现条件编译宏定义使用#define指令定义宏宏是一种简单的文本替换机制，可以用于定义常量、函数等包含头文件使用#include指令包含头文件头文件中包含了程序所需的声明和定义预处理器是一种在编译之前对代码进行处理的程序C++提供了多种预处理指令，例如#include编译和链接链接编译将目标代码和库文件链接成可执行文件1将源代码翻译成目标代码编译器将源链接器将各个目标代码模块组合在一起，代码逐行分析，检查语法错误，并将源解决模块之间的引用关系，并将目标代2代码翻译成机器可以执行的目标代码码和库文件链接成一个完整的可执行文件编译和链接是将源代码转换成可执行文件的两个关键步骤编译将源代码翻译成目标代码，链接将目标代码和库文件链接成可执行文件理解编译和链接的过程有助于理解程序的执行过程，并解决编译和链接过程中出现的问题调试技术断点调试单步调试在代码中设置断点，程序执行到逐行执行代码，可以查看每一行断点时会暂停，可以查看变量的代码的执行结果值、执行流程等打印调试在代码中插入打印语句，输出变量的值、执行流程等调试是软件开发过程中不可或缺的环节提供了多种调试技术，例如断点C++调试、单步调试、打印调试等断点调试可以在代码中设置断点，程序执行到断点时会暂停，可以查看变量的值、执行流程等；单步调试可以逐行执行代码，查看每一行代码的执行结果；打印调试可以在代码中插入打印语句，输出变量的值、执行流程等掌握调试技术可以快速定位和修复程序中的错误性能优化代码剖析算法优化内存优化使用性能分析工具分析代码的性能瓶颈，找选择合适的算法和数据结构，减少时间复杂减少内存分配和释放的次数，避免内存泄漏出耗时较多的代码段度和空间复杂度性能优化是提高程序运行效率的重要手段提供了多种性能优化技术，例如代码剖析、算法优化、内存优化等代码剖析可以使用性C++能分析工具分析代码的性能瓶颈，找出耗时较多的代码段；算法优化可以选择合适的算法和数据结构，减少时间复杂度和空间复杂度；内存优化可以减少内存分配和释放的次数，避免内存泄漏掌握性能优化技术可以编写高效的程序C++新特性C++11智能指针例如、、等智能指针可以自动管unique_ptr shared_ptr weak_ptr理内存，避免内存泄漏表达式Lambda一种匿名函数，可以方便地定义简单的函数对象自动类型推导使用关键字，编译器可以自动推导出变量的类型auto是的一个重要里程碑，引入了许多新特性，例如智能指针、表达C++11C++Lambda式、自动类型推导等智能指针可以自动管理内存，避免内存泄漏；表达式Lambda是一种匿名函数，可以方便地定义简单的函数对象；自动类型推导使用关键字，auto编译器可以自动推导出变量的类型的新特性使得更加现代化和易用C++11C++智能指针unique_ptr shared_ptr weak_ptr独占式指针，只能有一个指向共享式指针，可以有多个指向弱指针，指向所指向的对象，unique_ptr shared_ptr shared_ptr同一个对象，当销毁时，会自同一个对象，当最后一个销毁但不增加对象的引用计数可unique_ptr shared_ptr weak_ptr动释放所指向的对象时，会自动释放所指向的对象以用于解决的循环引用问题shared_ptr智能指针是引入的一种用于自动管理内存的指针提供了三种智能指针、和C++11C++unique_ptr shared_ptr weak_ptr unique_ptr是独占式指针，是共享式指针，是弱指针使用智能指针可以避免内存泄漏，提高代码的安全性shared_ptr weak_ptr线程和并发线程互斥锁条件变量程序执行的最小单元一个程序可以包用于保护共享资源，避免多个线程同时用于线程之间的同步一个线程可以等含多个线程，多个线程可以并发执行访问共享资源导致数据不一致待某个条件满足时再继续执行线程和并发是中用于实现并行执行的重要概念线程是程序执行的最小单元，一个程序可以包含多个线程，多个线程可以并发执行C++为了避免多个线程同时访问共享资源导致数据不一致，需要使用互斥锁保护共享资源为了实现线程之间的同步，可以使用条件变量掌握线程和并发编程可以提高程序的性能，但需要谨慎使用，避免出现线程安全问题正则表达式正则表达式的概念正则表达式的用途正则表达式是一种用于描述字符串模式的工具可以使用正则表正则表达式广泛应用于文本处理、数据验证、网络爬虫等领域达式来匹配、查找、替换字符串正则表达式是一种用于描述字符串模式的工具可以使用正则表达式来匹配、查找、替换字符串正则表达式广泛应用于文本处理、数据验证、网络爬虫等领域引入了正则表达式库，使得可以方便地使用正则表达式C++11C++开发环境C++集成开发环境IDE例如、、等提供了代码编辑、Visual StudioEclipse Code::Blocks IDE编译、调试等功能编译器例如、等编译器用于将源代码翻译成目标代码GCC Clang调试器例如等调试器用于调试程序，查找和修复程序中的错误GDB开发环境通常包括集成开发环境（）、编译器和调试器提供了代码编辑、C++IDE IDE编译、调试等功能，例如、、等；编译器用于将Visual StudioEclipse Code::Blocks源代码翻译成目标代码，例如、等；调试器用于调试程序，查找和修复程GCC Clang序中的错误，例如等选择合适的开发环境可以提高开发效率GDB示例代码演示#include#include#includeint main{std::vector numbers={5,2,8,1,9};std::sortnumbers.begin,numbers.end;for intnumber:numbers{std::coutnumber;}std::coutstd::endl;return0;}上面的代码演示了如何使用STL中的vector和sort算法对一个整型数组进行排序代码首先包含iostream、vector和algorithm头文件，然后在main函数中定义一个整型数组numbers，并使用sort算法对其进行排序，最后使用循环输出排序后的数组这个例子展示了C++的简洁和高效常见的编程问题C++内存泄漏空指针异常动态分配的内存没有被释放，导访问空指针指向的内存，导致程致内存资源浪费序崩溃数组越界访问数组中不存在的元素，导致程序出错在编程中，常见的错误包括内存泄漏、空指针异常和数组越界内存泄漏C++是指动态分配的内存没有被释放，导致内存资源浪费；空指针异常是指访问空指针指向的内存，导致程序崩溃；数组越界是指访问数组中不存在的元素，导致程序出错为了避免这些错误，需要养成良好的编程习惯，例如及时释放动态分配的内存，在使用指针之前检查指针是否为空，避免访问数组越界的元素总结的强大之处的学习之路C++C++12是一种功能强大的编程语的学习需要掌握基本语法、C++C++言，具有面向对象、高性能、面向对象编程、内存管理、通用性等特点广泛应用等知识可以通过阅读书C++STL于系统软件、游戏开发、嵌入籍、参加课程、实践项目等方式系统等领域式学习C++的未来C++3在不断发展，、、、等标准不断推出，C++C++11C++14C++17C++20将继续保持其在编程领域的领先地位C++本课件对对的扩展进行了全面的介绍，包括的基本语法、面向对象编C++C C++程、内存管理、、新特性等通过学习本课件，相信您已经对有STLC++11C++了更深入的了解是一种功能强大的编程语言，具有广泛的应用前景希C++望您在的学习和应用中取得更大的成功！C++。