C++程序设计案例教程（李丹）C++按章课件

程序设计案例教程（李丹C++）欢迎来到C++程序设计案例教程！本课程基于李丹老师的教程，旨在通过案例驱动的方式，帮助大家系统学习C++编程我们将从C++的基础概念入手，逐步深入到高级特性和应用，并通过大量的实例练习，让大家掌握C++编程的核心技能无论您是编程新手还是有一定基础的开发者，都能在本课程中找到适合自己的内容让我们一起开启C++编程之旅！第一章编程环境搭建与基本概念C++本章我们将学习如何搭建C++编程环境，并了解C++的基本概念首先，我们会介绍C++语言的特点和应用领域然后，我们会详细讲解如何在Windows、macOS和Linux等操作系统上配置常用的C++开发环境，例如Visual Studio和Code::Blocks最后，我们会编写第一个C++程序，并分析其基本结构通过本章的学习，您将能够搭建自己的C++开发环境，并对C++编程有一个初步的认识编程环境搭建基本概念理解123Hello,World!选择合适的IDE并完成安装配置掌握C++语言的特点和基本语法编写并运行你的第一个C++程序语言概述与特点C++C++是一种通用的编程语言，由Bjarne Stroustrup于1979年在贝尔实验室开发C++在C语言的基础上增加了面向对象编程的特性，使其既具有高效性，又具备良好的可维护性和扩展性C++广泛应用于系统软件、游戏开发、嵌入式系统、高性能计算等领域C++的主要特点包括面向对象、高效性、可移植性、丰富的库支持等理解C++的这些特点，有助于我们更好地掌握这门语言面向对象高效性可移植性支持封装、继承和多态等特性编译型语言，执行效率高可在多种操作系统上运行开发环境配置（Visual Studio,）Code::Blocks选择一个合适的开发环境对于C++编程至关重要Visual Studio是一款功能强大的IDE，适用于Windows平台，提供了丰富的调试和开发工具Code::Blocks则是一款轻量级的跨平台IDE，可在Windows、macOS和Linux上运行配置开发环境的步骤包括下载安装IDE、配置编译器、设置环境变量等确保开发环境配置正确，是顺利进行C++编程的基础下载安装IDE从官网下载Visual Studio或Code::Blocks配置编译器设置编译器路径，例如MinGW设置环境变量添加编译器路径到系统环境变量第一个程序C++Hello,World!让我们一起编写第一个C++程序Hello,World!这个程序的作用是在控制台输出Hello,World!程序的代码非常简单，包括头文件引用、主函数定义和输出语句通过编写这个程序，您可以熟悉C++程序的基本结构，并验证开发环境是否配置正确这是学习C++编程的第一步，也是非常重要的一步头文件引用主函数定义#include intmain{}输出语句std::coutHello,World!std::endl;变量与数据类型int,float,double,char,bool在C++中，变量用于存储数据，而数据类型则定义了变量可以存储的数据种类C++提供了多种内置数据类型，包括int（整型）、float（单精度浮点型）、double（双精度浮点型）、char（字符型）和bool（布尔型）每种数据类型都有其特定的存储空间和取值范围选择合适的数据类型，可以有效地利用内存空间，并提高程序的运行效率理解变量和数据类型，是C++编程的基础int1float24char double3运算符算术运算符、关系运算符、逻辑运算符运算符用于执行各种操作，例如算术运算、关系比较和逻辑判断C++提供了丰富的运算符，包括算术运算符（+、-、*、/、%）、关系运算符（==、!=、、、=、=）和逻辑运算符（、||、!）理解运算符的优先级和结合性，可以编写出正确的表达式熟练掌握运算符的使用，是C++编程的关键算术运算符1用于执行加减乘除等运算关系运算符2用于比较两个值的大小关系逻辑运算符3用于执行逻辑判断控制流语句语句if-else控制流语句用于控制程序的执行流程if-else语句是最基本的控制流语句之一，用于根据条件判断来选择不同的执行路径if语句用于判断一个条件是否成立，如果成立则执行if块中的代码，否则执行else块中的代码if-else语句可以嵌套使用，以实现更复杂的条件判断熟练掌握if-else语句，可以编写出具有逻辑判断能力的程序if12else if3else控制流语句循环forfor循环是一种常用的控制流语句，用于重复执行一段代码for循环由三个部分组成初始化语句、循环条件和更新语句初始化语句用于初始化循环变量，循环条件用于判断是否继续执行循环，更新语句用于更新循环变量for循环可以嵌套使用，以实现更复杂的循环逻辑熟练掌握for循环，可以编写出高效的循环程序初始化循环变量判断是否继续执行循环更新循环变量控制流语句循环whilewhile循环是另一种常用的控制流语句，用于重复执行一段代码while循环只有一个条件判断，如果条件成立，则执行循环体中的代码，否则退出循环while循环适用于循环次数不确定的情况与for循环类似，while循环也可以嵌套使用熟练掌握while循环，可以编写出灵活的循环程序条件判断1循环体2退出循环3第二章函数与程序结构本章我们将学习C++中的函数和程序结构函数是C++程序的基本组成单元，用于封装一段可重用的代码我们将学习函数的定义、调用、参数传递和重载此外，我们还会介绍变量的作用域和生命周期，以及命名空间和头文件的使用通过本章的学习，您将能够编写出结构清晰、可维护性强的C++程序函数定义与调用1参数传递2作用域与生命周期3命名空间与头文件4函数的定义与调用函数是C++程序的基本组成单元，用于封装一段可重用的代码函数的定义包括函数名、参数列表、返回类型和函数体函数的调用则是指执行函数体中的代码C++支持多种函数调用方式，例如直接调用、间接调用和递归调用理解函数的定义和调用方式，是C++编程的关键函数定义函数调用包括函数名、参数列表、返回类型和函数体执行函数体中的代码函数参数传递值传递、引用传递函数参数传递是指将实参的值传递给形参的过程C++支持两种参数传递方式值传递和引用传递值传递是指将实参的值复制一份传递给形参，形参的修改不会影响实参的值引用传递则是指将实参的地址传递给形参，形参的修改会直接影响实参的值选择合适的参数传递方式，可以提高程序的效率和灵活性值传递形参的修改不会影响实参的值引用传递形参的修改会直接影响实参的值函数重载函数重载是指在同一个作用域内，定义多个函数名相同但参数列表不同的函数函数重载可以提高代码的灵活性和可读性编译器会根据函数的参数列表来选择调用哪个函数函数重载的条件包括函数名相同、参数列表不同（参数类型、参数个数或参数顺序不同）理解函数重载的概念和使用方法，可以编写出更加灵活的C++程序1函数名相同参数列表不同2递归函数递归函数是指在函数体内部调用自身的函数递归函数可以用于解决一些具有递归性质的问题，例如计算阶乘、斐波那契数列等递归函数需要设置递归出口，以防止无限递归使用递归函数时需要注意栈溢出的问题理解递归函数的概念和使用方法，可以编写出简洁优雅的C++程序递归调用1函数体内部调用自身递归出口2防止无限递归变量的作用域与生命周期变量的作用域是指变量可以被访问的范围变量的生命周期是指变量从创建到销毁的时间段C++中的变量作用域包括全局作用域、局部作用域、块作用域和函数作用域变量的生命周期取决于其存储类型（自动存储、静态存储、动态存储）理解变量的作用域和生命周期，可以避免一些常见的编程错误全局作用域1局部作用域2块作用域3命名空间命名空间用于组织和管理C++代码，以避免命名冲突C++标准库中的所有标识符都定义在std命名空间中可以使用using namespace语句来引入命名空间，也可以使用命名空间限定符来访问命名空间中的标识符理解命名空间的概念和使用方法，可以编写出更加规范的C++程序组织和管理C++代码避免命名冲突头文件的使用头文件包含了函数、类、变量等的声明使用头文件可以将代码模块化，提高代码的可重用性和可维护性C++标准库提供了大量的头文件，例如iostream、string、vector等可以使用#include指令来包含头文件理解头文件的作用和使用方法，可以编写出更加模块化的C++程序声明1模块化23#include第三章类与对象本章我们将学习C++中的类和对象类是C++中实现面向对象编程的基础类定义了一种新的数据类型，可以包含成员变量和成员函数对象是类的实例我们将学习类的定义、成员变量、成员函数、构造函数、析构函数、访问控制和this指针通过本章的学习，您将能够编写出具有面向对象特性的C++程序类定义1成员变量与成员函数2构造函数与析构函数3访问控制4类的定义与成员变量类是C++中实现面向对象编程的基础类定义了一种新的数据类型，可以包含成员变量和成员函数成员变量用于存储对象的状态，成员函数用于操作对象的状态类的定义包括类名、成员变量声明和成员函数声明理解类的定义和成员变量的作用，是C++面向对象编程的基础类名成员变量类的标识符存储对象的状态成员函数成员函数是定义在类中的函数，用于操作对象的状态成员函数可以访问类的所有成员变量，包括public、private和protected成员成员函数可以分为普通成员函数、静态成员函数和虚函数理解成员函数的作用和使用方法，是C++面向对象编程的关键普通成员函数静态成员函数虚函数构造函数与析构函数构造函数是一种特殊的成员函数，用于在对象创建时初始化对象的状态构造函数可以重载，以提供不同的初始化方式析构函数也是一种特殊的成员函数，用于在对象销毁时释放对象占用的资源理解构造函数和析构函数的作用和使用方法，可以编写出更加健壮的C++程序1构造函数析构函数2访问控制public,private,protected访问控制用于控制类的成员变量和成员函数的访问权限C++提供了三种访问控制修饰符public、private和protectedpublic成员可以被类的外部访问，private成员只能被类的内部访问，protected成员可以被类的内部和派生类访问理解访问控制的作用和使用方法，可以编写出更加安全的C++程序public1private2protected3对象的创建与使用对象是类的实例可以使用new运算符在堆上创建对象，也可以直接在栈上创建对象创建对象后，可以使用点运算符或箭头运算符来访问对象的成员变量和成员函数理解对象的创建和使用方法，是C++面向对象编程的关键new1栈2指针thisthis指针是一个隐含的指针，指向当前对象可以使用this指针来访问当前对象的成员变量和成员函数this指针在成员函数中自动传递，不需要显式声明理解this指针的作用和使用方法，可以编写出更加灵活的C++程序指向当前对象友元函数与友元类友元函数和友元类可以访问类的private和protected成员友元关系是一种特权关系，需要谨慎使用友元函数不是类的成员函数，而友元类则是指一个类可以访问另一个类的private和protected成员理解友元函数和友元类的作用和使用方法，可以编写出更加灵活的C++程序特权关系1谨慎使用2第四章继承与多态本章我们将学习C++中的继承和多态继承是面向对象编程的重要特性，允许一个类继承另一个类的成员变量和成员函数多态是指同一个函数或运算符可以作用于不同的对象，产生不同的行为我们将学习继承的概念、类型、派生类的构造函数、析构函数、虚函数、纯虚函数、抽象类和接口通过本章的学习，您将能够编写出具有继承和多态特性的C++程序继承的概念与类型1派生类的构造函数与析构函数2虚函数与纯虚函数3抽象类与接口4继承的概念与类型单继承、多继承继承是指一个类（派生类）继承另一个类（基类）的成员变量和成员函数继承可以提高代码的可重用性和可维护性C++支持两种继承类型单继承和多继承单继承是指一个派生类只能继承一个基类，多继承是指一个派生类可以继承多个基类理解继承的概念和类型，是C++面向对象编程的关键单继承多继承派生类的构造函数与析构函数派生类的构造函数需要调用基类的构造函数来初始化基类的成员变量可以使用初始化列表来调用基类的构造函数派生类的析构函数需要先执行派生类的析构代码，然后再调用基类的析构函数理解派生类的构造函数和析构函数的作用和使用方法，可以编写出更加健壮的C++程序调用基类构造函数执行派生类析构代码虚函数与纯虚函数虚函数是指在基类中声明为virtual的函数虚函数允许派生类重写基类的实现，以实现多态性纯虚函数是指在基类中声明为virtual且没有定义的函数包含纯虚函数的类称为抽象类理解虚函数和纯虚函数的作用和使用方法，是C++面向对象编程的关键多态性21virtual抽象类3多态的实现方式静态多态、动态多态C++支持两种多态实现方式静态多态和动态多态静态多态是指在编译时确定调用哪个函数，例如函数重载和模板动态多态是指在运行时确定调用哪个函数，例如虚函数理解静态多态和动态多态的实现方式，可以编写出更加灵活的C++程序静态多态1动态多态2抽象类与接口抽象类是指包含纯虚函数的类抽象类不能被实例化，只能作为基类使用接口是指只包含纯虚函数的类接口用于定义一组行为规范，实现接口的类必须实现接口中的所有函数理解抽象类和接口的作用和使用方法，可以编写出更加规范的C++程序纯虚函数1行为规范2第五章运算符重载本章我们将学习C++中的运算符重载运算符重载是指重新定义已有的运算符，使其可以作用于自定义的数据类型运算符重载可以提高代码的可读性和易用性我们将学习运算符重载的概念、意义和使用方法，以及如何重载算术运算符、关系运算符、输入/输出运算符和赋值运算符通过本章的学习，您将能够编写出具有运算符重载特性的C++程序运算符重载的概念与意义1重载算术运算符2重载关系运算符3重载输入输出运算符4/运算符重载的概念与意义运算符重载是指重新定义已有的运算符，使其可以作用于自定义的数据类型运算符重载可以提高代码的可读性和易用性例如，可以重载+运算符，使其可以用于两个自定义对象的相加理解运算符重载的概念和意义，是C++编程的重要内容重新定义自定义数据类型重载算术运算符可以重载算术运算符（+、-、*、/、%），使其可以用于自定义对象的算术运算例如，可以重载+运算符，使其可以用于两个自定义对象的相加重载算术运算符需要返回一个新的对象，而不是修改当前对象理解如何重载算术运算符，可以编写出更加易用的C++程序+-*/重载关系运算符可以重载关系运算符（==、!=、、、=、=），使其可以用于自定义对象的关系比较例如，可以重载==运算符，使其可以用于判断两个自定义对象是否相等重载关系运算符需要返回一个布尔值理解如何重载关系运算符，可以编写出更加易用的C++程序!=21==3重载输入输出运算符/可以重载输入/输出运算符（、），使其可以用于自定义对象的输入和输出例如，可以重载运算符，使其可以将自定义对象输出到控制台重载输入/输出运算符需要返回一个ostream或istream对象理解如何重载输入/输出运算符，可以编写出更加易用的C++程序12重载赋值运算符可以重载赋值运算符（=），使其可以用于自定义对象的赋值重载赋值运算符需要返回一个当前对象的引用在重载赋值运算符时，需要注意防止自赋值理解如何重载赋值运算符，可以编写出更加健壮的C++程序=1前置与后置的区别++++前置++和后置++都是自增运算符，但它们的行为有所不同前置++先自增，然后返回自增后的值后置++先返回当前值，然后自增在重载++运算符时，需要区分前置++和后置++理解前置++和后置++的区别，可以编写出更加正确的C++程序先自增，后返回值先返回值，后自增第六章模板本章我们将学习C++中的模板模板是一种泛型编程技术，允许编写可以作用于多种数据类型的代码模板可以提高代码的可重用性和灵活性我们将学习模板的概念、作用和使用方法，以及函数模板、类模板、模板参数和模板的特化通过本章的学习，您将能够编写出具有泛型编程特性的C++程序模板的概念与作用1函数模板2类模板3模板参数4模板的概念与作用模板是一种泛型编程技术，允许编写可以作用于多种数据类型的代码模板可以提高代码的可重用性和灵活性例如，可以编写一个通用的排序函数，使其可以对int、float和string等多种数据类型的数组进行排序理解模板的概念和作用，是C++泛型编程的基础泛型编程可重用性函数模板函数模板是一种可以作用于多种数据类型的函数函数模板的定义包括模板参数列表和函数体模板参数列表用于声明模板参数，模板参数可以是类型参数或非类型参数编译器会根据函数调用时的参数类型来推导模板参数的类型理解函数模板的定义和使用方法，可以编写出更加通用的C++程序模板参数列表函数体类模板类模板是一种可以作用于多种数据类型的类类模板的定义包括模板参数列表和类体模板参数列表用于声明模板参数，模板参数可以是类型参数或非类型参数编译器会根据对象创建时的参数类型来推导模板参数的类型理解类模板的定义和使用方法，可以编写出更加通用的C++程序1模板参数列表类体2模板参数类型参数、非类型参数模板参数可以是类型参数或非类型参数类型参数用于声明数据类型，例如int、float和string非类型参数用于声明常量值，例如整数和枚举值可以使用typename或class关键字来声明类型参数理解模板参数的类型和使用方法，可以编写出更加灵活的C++程序类型参数1非类型参数2模板的特化模板的特化是指为特定的数据类型提供不同的模板实现可以使用显式特化或部分特化来实现模板的特化显式特化是指为特定的数据类型提供完整的模板实现部分特化是指为特定的数据类型提供部分的模板实现理解模板的特化，可以编写出更加高效的C++程序显式特化1部分特化2第七章异常处理本章我们将学习C++中的异常处理异常处理是一种用于处理程序运行时错误的技术异常处理可以提高程序的健壮性和可靠性我们将学习异常的概念、产生和处理方法，以及try-catch块、throw语句、标准异常类和自定义异常类通过本章的学习，您将能够编写出具有异常处理能力的C++程序异常的概念与产生1块2try-catch语句3throw标准异常类4异常的概念与产生异常是指程序运行时发生的错误，例如除数为零、数组越界和内存不足异常会导致程序崩溃或产生不可预测的结果异常处理是一种用于处理这些错误的技术理解异常的概念和产生，是C++异常处理的基础运行时错误程序崩溃块try-catchtry-catch块用于捕获和处理异常try块包含可能抛出异常的代码，catch块包含用于处理异常的代码可以使用多个catch块来处理不同类型的异常如果try块中的代码抛出了异常，则程序会跳转到匹配的catch块执行理解try-catch块的使用方法，可以编写出具有异常处理能力的C++程序try catch语句throwthrow语句用于抛出异常可以使用throw语句抛出任何类型的对象，例如整数、字符串和自定义对象throw语句会将程序的控制权转移到匹配的catch块理解throw语句的使用方法，可以编写出具有异常处理能力的C++程序1抛出异常转移控制权2标准异常类C++标准库提供了一组标准异常类，用于表示常见的运行时错误，例如std::exception、std::runtime_error和std::bad_alloc可以使用标准异常类来抛出和捕获异常理解标准异常类的层次结构和使用方法，可以编写出更加规范的C++程序std::exception1std::runtime_error2std::bad_alloc3自定义异常类可以自定义异常类来表示特定的运行时错误自定义异常类需要继承自std::exception类或其派生类可以使用自定义异常类来抛出和捕获异常理解如何自定义异常类，可以编写出更加灵活的C++程序继承自std::exception1表示特定错误2第八章标准模板库（）STL本章我们将学习C++中的标准模板库（STL）STL是一组通用的模板类和函数，用于实现常用的数据结构和算法STL可以提高代码的可重用性和效率我们将学习STL的概述、组成和使用方法，以及常用的容器（vector、list、deque、map和set）和算法（排序算法和查找算法）通过本章的学习，您将能够编写出高效的C++程序概述与组成容器1STL2算法3概述与组成STL标准模板库（STL）是一组通用的模板类和函数，用于实现常用的数据结构和算法STL由三个主要部分组成容器、迭代器和算法容器用于存储数据，迭代器用于访问容器中的数据，算法用于操作容器中的数据理解STL的概述和组成，是C++编程的重要内容容器迭代器算法容器vectorvector是一种动态数组，可以存储任意类型的对象vector可以自动调整大小，以适应存储数据的需求vector提供了快速的随机访问和插入/删除操作vector是STL中最常用的容器之一理解vector的特性和使用方法，可以编写出高效的C++程序动态数组自动调整大小快速随机访问容器listlist是一种双向链表，可以存储任意类型的对象list提供了快速的插入/删除操作，但不支持随机访问list适用于频繁插入/删除元素的场景理解list的特性和使用方法，可以编写出高效的C++程序1双向链表快速插入删除/2容器dequedeque是一种双端队列，可以存储任意类型的对象deque提供了快速的在两端插入/删除操作，并支持随机访问deque适用于需要在两端频繁插入/删除元素的场景理解deque的特性和使用方法，可以编写出高效的C++程序双端队列1两端快速插入删除/2容器mapmap是一种关联容器，可以存储键值对map中的键是唯一的，并且按照键的大小进行排序map提供了快速的查找操作map适用于需要根据键来查找值的场景理解map的特性和使用方法，可以编写出高效的C++程序键值对1唯一键2快速查找3容器setset是一种集合容器，可以存储唯一的对象set中的对象按照大小进行排序set提供了快速的查找操作set适用于需要存储唯一对象的场景理解set的特性和使用方法，可以编写出高效的C++程序存储唯一对象按照大小排序算法排序算法STL提供了多种排序算法，例如sort、stable_sort和partial_sortsort算法是一种快速的排序算法，但不保证元素的相对顺序stable_sort算法是一种稳定的排序算法，可以保证元素的相对顺序partial_sort算法是一种部分排序算法，可以只对部分元素进行排序理解排序算法的特性和使用方法，可以编写出高效的C++程序1sort2stable_sort3partial_sort算法查找算法STL提供了多种查找算法，例如find、binary_search和lower_boundfind算法用于查找指定值的元素binary_search算法用于在已排序的序列中查找指定值的元素lower_bound算法用于查找第一个大于等于指定值的元素理解查找算法的特性和使用方法，可以编写出高效的C++程序findbinary_searchlower_bound。