C++知识梳理

C++简介

C++简介

C++是一种静态的、编译式的、通用的、大小写敏感的、不规则的编程语言，支持过程化编程、面向对象编程和泛型编程。

C++被认为是一种中级语言，它综合了高级语言和低级语言的特点。

C++ 是由 Bjarne Stroustrup 于 1979 年在新泽西州美利山贝尔实验室开始设计开发的。C++ 进一步扩充和完善了 C 语言，最初命名为带类的C，后来在 1983 年更名为 C++。

C++ 是 C 的一个超集，事实上，任何合法的 C 程序都是合法的 C++ 程序。

面对对象的程序设计

C++完全支持面向对象的程序设计，包括面向对象开发的四大特性：

• 封装
• 抽象
• 继承
• 多态

标准库

标准C++有三个重要部分组成：

• 核心语言，提供了所有构建快。包括变量、数据类型和常量，等等。
• C++标准库，提供了大量的函数，用于操作文件，字符串等。
• 标准模版库（STL），提供了大量的方法，用于操作数据结构等。

ANSI标准

ANSI 标准是为了确保 C++ 的便携性 —— 您所编写的代码在 Mac、UNIX、Windows、Alpha 计算机上都能通过编译。

由于 ANSI 标准已稳定使用了很长的时间，所有主要的 C++ 编译器的制造商都支持 ANSI 标准。

学习C++

学习 C++，关键是要理解概念，而不应过于深究语言的技术细节。

学习程序设计语言的目的是为了成为一个更好的程序员，也就是说，是为了能更有效率地设计和实现新系统，以及维护旧系统。

C++ 支持多种编程风格。您可以使用 Fortran、C、Smalltalk 等任意一种语言的编程风格来编写代码。每种风格都能有效地保证运行时间效率和空间效率。

C++的使用

基本上每个应用程序领域的程序员都有使用 C++。

C++ 通常用于编写设备驱动程序和其他要求实时性的直接操作硬件的软件。

C++ 广泛用于教学和研究。

任何一个使用苹果电脑或 Windows PC 机的用户都在间接地使用 C++，因为这些系统的主要用户接口是使用 C++ 编写的。

C++环境配置

本地环境设置

如果您想要设置 C++ 语言环境，您需要确保电脑上有以下两款可用的软件，文本编辑器和 C++ 编译器。

文本编辑器

这将用于输入您的程序。文本编辑器包括 Windows Notepad、OS Edit command、Brief、Epsilon、EMACS 和 vim/vi。

文本编辑器的名称和版本在不同的操作系统上可能会有所不同。例如，Notepad 通常用于 Windows 操作系统上，vim/vi 可用于 Windows 和 Linux/UNIX 操作系统上。

通过编辑器创建的文件通常称为源文件，源文件包含程序源代码。C++ 程序的源文件通常使用扩展名 .cpp、.cp 或 .c。

在开始编程之前，请确保您有一个文本编辑器，且有足够的经验来编写一个计算机程序，然后把它保存在一个文件中，编译并执行它。

C++ 编译器

写在源文件中的源代码是人类可读的源。它需要”编译”，转为机器语言，这样 CPU 可以按给定指令执行程序。

C++ 编译器用于把源代码编译成最终的可执行程序。

大多数的 C++ 编译器并不在乎源文件的扩展名，但是如果您未指定扩展名，则默认使用 .cpp。

最常用的免费可用的编译器是 GNU 的 C/C++ 编译器，如果您使用的是 HP 或 Solaris，则可以使用各自操作系统上的编译器。

以下部分将指导您如何在不同的操作系统上安装 GNU 的 C/C++ 编译器。这里同时提到 C/C++，主要是因为 GNU 的 gcc 编译器适合于 C 和 C++ 编程语言。

g++使用说明

程序g++是将 gcc 默认语言设为 C++ 的一个特殊的版本，链接时它自动使用 C++ 标准库而不用 C 标准库。通过遵循源码的命名规范并指定对应库的名字，用 gcc 来编译链接 C++ 程序是可行的，如下例所示：

$ gcc main.cpp -lstdc++ -o main

下面是一个保存在文件 helloworld.cpp 中一个简单的 C++ 程序的代码：

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    cout << "Hello, world!" << endl;
    return 0;
}

最简单的编译方式：

$ g++ helloworld.cpp

由于命令行中未指定可执行程序的文件名，编译器采用默认的 a.out。程序可以这样来运行：

$ ./a.out
Hello, world!

通常我们使用 -o 选项指定可执行程序的文件名，以下实例生成一个 helloworld 的可执行文件：

$ g++ helloworld.cpp -o helloworld

执行 helloworld:

$ ./helloworld
Hello, world!

如果是多个 C++ 代码文件，如 runoob1.cpp、runoob2.cpp，编译命令如下：

$ g++ runoob1.cpp runoob2.cpp -o runoob

生成一个 runoob 可执行文件。

g++ 有些系统默认是使用 C++98，我们可以指定使用 C++11 来编译 main.cpp 文件：

g++ -g -Wall -std=c++11 main.cpp

基本语法

C++程序可以定义为对象的集合，这些对象通过调用彼此的方法进行交互。现在让我们简要地看一下什么是类、对象，方法、即时变量。

• 对象：对象具有状态和行为。例如：一只狗的状态-颜色、名称、品种，行为-摇动、叫唤、吃。对象是类的实例。
• 类：描述对象的行为
• 方法：一个方法表示一种行为。一个类可以包含多个方法。方法可以写入逻辑、操作数据以及执行所有的动作。
• 既时变量：每个对象都有其独特的即时变量。对象的状态是由这些即时变量的值创建的。

C++程序结构

#include <iostream>
using namespace std;
 
// main() 是程序开始执行的地方
 
int main()
{
   cout << "Hello World"; // 输出 Hello World
   return 0;
}

接下来讲解一下上面程序：

• C++ 语言定义了一些头文件，这些头文件包含了程序中必需的或有用的信息。上面这段程序中，包含了头文件 。
• 下一行 using namespace std; 告诉编译器使用 std 命名空间。命名空间是 C++ 中一个相对新的概念。
• 下一行 // main() 是程序开始执行的地方 是一个单行注释。单行注释以 // 开头，在行末结束。
• 下一行 int main() 是主函数，程序从这里开始执行。
• 下一行 cout << “Hello World”; 会在屏幕上显示消息 “Hello World”。
• 下一行 return 0; 终止 main( )函数，并向调用进程返回值 0。

编译&执行C++程序

接下来让我们看看如何把源代码保存在一个文件中，以及如何编译并运行它。下面是简单的步骤：

• 打开一个文本编辑器，添加上述代码。
• 保存文件为 hello.cpp。
• 打开命令提示符，进入到保存文件所在的目录。
• 键入 ‘g++ hello.cpp ‘，输入回车，编译代码。如果代码中没有错误，命令提示符会跳到下一行，并生成 a.out 可执行文件。
• 现在，键入 ‘ a.out’ 来运行程序。
• 您可以看到屏幕上显示 ‘ Hello World ‘。

请确保您的路径中已包含 g++ 编译器，并确保在包含源文件 hello.cpp 的目录中运行它。

您也可以使用 makefile 来编译 C/C++ 程序。

数据类型

使用编程语言进行编程时，需要用到各种变量来存储各种信息。变量保留的是它所存储的值的内存位置。这意味着，当您创建一个变量时，就会在内存中保留一些空间。

您可能需要存储各种数据类型（比如字符型、宽字符型、整型、浮点型、双浮点型、布尔型等）的信息，操作系统会根据变量的数据类型，来分配内存和决定在保留内存中存储什么。

C++ 中的变量声明

变量声明向编译器保证变量以给定的类型和名称存在，这样编译器在不需要知道变量完整细节的情况下也能继续进一步的编译。变量声明只在编译时有它的意义，在程序连接时编译器需要实际的变量声明。

当您使用多个文件且只在其中一个文件中定义变量时（定义变量的文件在程序连接时是可用的），变量声明就显得非常有用。您可以使用 extern 关键字在任何地方声明一个变量。虽然您可以在 C++ 程序中多次声明一个变量，但变量只能在某个文件、函数或代码块中被定义一次。

C++ 中的左值（Lvalues）和右值（Rvalues）

• 左值：指向内存位置的表达式被成为左值表达式。左值可以出现在赋值号的左边或右边。
• 右值：指的是存储在内存中某些地址的数值。右值是不能对其进行赋值的表达式，也就是说，右值可以出现在赋值号右边，但是不能出现在赋值号左边。

C++中类型限定符

限定符	含义
const	const 类型的对象在程序执行期间不能被修改改变。
volatile	修饰符 volatile 告诉编译器不需要优化volatile声明的变量，让程序可以直接从内存中读取变量。对于一般的变量编译器会对变量进行优化，将内存中的变量值放在寄存器中以加快读写效率。
restrict	由 restrict 修饰的指针是唯一一种访问它所指向的对象的方式。只有 C99 增加了新的类型限定符 restrict。

C++存储类

存储类定义C++程序中变量/函数的范围（可见性）和生命周期。这些说明符放置在它们所修饰的类型之前。

• auto
• register
• static
• extern
• mutable
• thread_local(C++11)

从C++17开始，auto关键字不再是C++存储类说明符，且register关键字被弃用。

auto存储类

自C++11以来，auto关键字用于两种情况：声明变量时根据初始化表达式自动推断该变量类型、声明函数时函数返回值的占位符。C++11已经删除。

register

register 存储类用于定义存储在寄存器中而不是 RAM 中的局部变量。这意味着变量的最大尺寸等于寄存器的大小（通常是一个词），且不能对它应用一元的 ‘&’ 运算符（因为它没有内存位置）。

static 存储类

static 存储类指示编译器在程序的生命周期内保持局部变量的存在，而不需要在每次它进入和离开作用域时进行创建和销毁。因此，使用 static 修饰局部变量可以在函数调用之间保持局部变量的值。

static 修饰符也可以应用于全局变量。当 static 修饰全局变量时，会使变量的作用域限制在声明它的文件内。

在 C++ 中，当 static 用在类数据成员上时，会导致仅有一个该成员的副本被类的所有对象共享。

extern 存储类

extern 存储类用于提供一个全局变量的引用，全局变量对所有的程序文件都是可见的。当您使用 ‘extern’ 时，对于无法初始化的变量，会把变量名指向一个之前定义过的存储位置。

当您有多个文件且定义了一个可以在其他文件中使用的全局变量或函数时，可以在其他文件中使用 extern 来得到已定义的变量或函数的引用。可以这么理解，extern 是用来在另一个文件中声明一个全局变量或函数。

mutable存储类

mutable 说明符适用于类的对象，允许对象的成员代替变量。

thread_local 存储类

使用 thread_local 说明符声明的变量仅可在它在其上创建的线程上访问。 变量在创建线程时创建，并在销毁线程时销毁。 每个线程都有其自己的变量副本。

thread_local 说明符可以与 static 或 extern 合并。

可以将 thread_local 仅应用于数据声明和定义，thread_local 不能用于函数声明或定义。

函数

函数参数

调用类型	描述
传值调用	该方法把参数的实际值赋值给函数的形式参数。在这种情况下，修改函数内的形式参数对实际参数没有影响。
指针调用	该方法把参数的地址赋值给形式参数。在函数内，该地址用于访问调用中要用到的实际参数。这意味着，修改形式参数会影响实际参数。
引用调用	该方法把参数的引用赋值给形式参数。在函数内，该引用用于访问调用中要用到的实际参数。这意味着，修改形式参数会影响实际参数。

参数的默认值

当您定义一个函数，您可以为参数列表中后边的每一个参数指定默认值。当调用函数时，如果实际参数的值留空，则使用这个默认值。

这是通过在函数定义中使用赋值运算符来为参数赋值的。调用函数时，如果未传递参数的值，则会使用默认值，如果指定了值，则会忽略默认值，使用传递的值。请看下面的实例：

Lambda函数与表达式

C++11提供了对匿名函数的支持，成为Lambda函数（也叫Lambda表达式）。

Lambda表达式把函数看作对象。Lambda表达式可以像对象一样使用，比如可以将它们赋给变量作为参数传递，还可以想函数一样对其求值。

Lambda表达式本质上与函数声明非常类似。Lambda表达式形式如下：

[capture](parameters)->return-type{bode}

例如：

[](int x,int y) {return x<y;}

如果没有返回值则表示为：

[capture](parameters){body}

例如：

[]{++global_x;}

在一个更复杂的例子中，返回类型可以被明确指定如下：

[](int x,int y)->int {int z=x+y;return z+x;}

本例中，一个临时的参数 z 被创建用来存储中间结果。如同一般的函数，z 的值不会保留到下一次该不具名函数再次被调用时。

如果 lambda 函数没有传回值（例如 void），其返回类型可被完全忽略。

在Lambda表达式内可以访问当前作用域的变量，这是Lambda表达式的闭包（Closure）行为。 与JavaScript闭包不同，C++变量传递有传值和传引用的区别。可以通过前面的[]来指定：

[]      // 沒有定义任何变量。使用未定义变量会引发错误。
[x, &y] // x以传值方式传入（默认），y以引用方式传入。
[&]     // 任何被使用到的外部变量都隐式地以引用方式加以引用。
[=]     // 任何被使用到的外部变量都隐式地以传值方式加以引用。
[&, x]  // x显式地以传值方式加以引用。其余变量以引用方式加以引用。
[=, &z] // z显式地以引用方式加以引用。其余变量以传值方式加以引用。

C++字符串

C++提供了以下两种类型的字符串表示形式：

• C风格字符串
• C++引入的string类类型

C风格字符串

C风格的字符串起源于C语言，并在C++中得到支持。字符串实际是使用\0终止的一维字符数组。因此，一个null结尾的字符串，包含了组成字符串的字符。

C++中的string类

C++标准模版库提供了string类类型，支持上述所有的操作，另外还增加了其它更多的功能。我们将学习C++标准库中的这个类。

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

int main() {
    string str1="runoob";
    string str2="google";
    string str3;
    int len;
    
    //复制str1到str3
    str3=str1;
    cout<<"str3:"<<str3<<endl;
    
    //连接str1和str2
    str3=str1+str2;
    cout<<"str1+str2:"<<str3<<endl;
    
    //连接后,str3的长度
    len=str3.size();
    cout<<"str3.size():"<<len<<endl;
    
    return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

str3 : runoob
str1 + str2 : runoobgoogle
str3.size() :  12

C++引用

引用变量是一个别名，也就是说，它是某个已存在变量的另一个名字。一旦把引用初始化为某个变量，就可以使用该引用名称或变量名称来指向变量。

C++引用 vs 指针

• 不存在空引用。引用必须连接到一块合法内存。
• 一旦引用被初始化为一个对象，就不能被指到另一个对象。而指针可以在任何时候指向另一个对象。
• 引用必须在创建时被初始化。指针可在任何时间被初始化。

C++基本的输入输出

C++ 的 I/O 发生在流中，流是字节序列。如果字节流是从设备（如键盘、磁盘驱动器、网络连接等）流向内存，这叫做输入操作。如果字节流是从内存流向设备（如显示屏、打印机、磁盘驱动器、网络连接等），这叫做输出操作。

I/O库头文件

头文件	函数和描述
	该文件定义了 cin、cout、cerr 和 clog 对象，分别对应于标准输入流、标准输出流、非缓冲标准错误流和缓冲标准错误流。
	该文件通过所谓的参数化的流操纵器（比如 setw 和 setprecision），来声明对执行标准化 I/O 有用的服务。
	该文件为用户控制的文件处理声明服务。我们将在文件和流的相关章节讨论它的细节。

标准错误流（cerr）

预定义的对象cerr是iostream类的一个实例。cerr对象附属到标准错误设备，通常是显示屏，但是cerr对象是非缓冲的，且每个流插入到cerr都会立即输出。

cerr也是与流插入运算符<<结合使用的，如下列所示：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
int main( )
{
   char str[] = "Unable to read....";
 
   cerr << "Error message : " << str << endl;
}

标准日志流（clog）

预定义的对象 clog 是 iostream 类的一个实例。clog 对象附属到标准错误设备，通常也是显示屏，但是 clog 对象是缓冲的。这意味着每个流插入到 clog 都会先存储在缓冲区，直到缓冲填满或者缓冲区刷新时才会输出。

clog 也是与流插入运算符 << 结合使用的，如下所示：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
int main( )
{
   char str[] = "Unable to read....";
 
   clog << "Error message : " << str << endl;
}

C++面对对象

C++在C语言的基础上增加了面对对象编程，C++支持面对对象程序设计。类是C++的核心特性，通常被称为用户定义的类型。

类用于指定对象的形式，它包含了数据表示法和用于处理数据的方法。类中的数据和方法称为类的成员。函数在一个类中被称为类的成员。

C++类的定义

定义一个类，本质上是定义一个数据类型的蓝图。这实际上并没有定义任何数据，但它定义了类的名称意味着什么，也就是说，它定义了类的对象包括了什么，以及可以在这个对象上执行哪些操作。

以求长方体的体积为例：

#include <iostream>
using namespace std;

class Box {
private:
	double length;
	double breadth;
	double heigth;
public:
	void Set(double len, double bre, double hei) {
		length = len, breadth = bre, heigth = hei;
	}
	double Get(void) {
		return length * breadth*heigth;
	}
};

int main() {
	Box box1;
	box1.Set(10, 10, 10);
	cout << box1.Get() << endl;
	return 0;
}

C++类访问修饰符

公有（public）成员

公有成员在程序中类的外部是可访问的。

私有（private）成员

私有成员变量或函数在类的外部是不可访问的，甚至是不可查看的。只有类和友元函数可以访问私有成员。

默认情况下，类的所有成员都是私有的。例如在下面的类中，width 是一个私有成员，这意味着，如果您没有使用任何访问修饰符，类的成员将被假定为私有成员：

protected（受保护）成员

protected（受保护）成员变量或函数与私有成员十分相似，但有一点不同，protected（受保护）成员在派生类（即子类）中是可访问的。

继承中的特点

有public, protected, private三种继承方式，它们相应地改变了基类成员的访问属性。

• public 继承：基类 public 成员，protected 成员，private 成员的访问属性在派生类中分别变成：public, protected, private
• protected 继承：基类 public 成员，protected 成员，private 成员的访问属性在派生类中分别变成：protected, protected, private
• private 继承：基类 public 成员，protected 成员，private 成员的访问属性在派生类中分别变成：private, private, private

C++类构造函数&析构函数

类的构造函数是类的一种特殊的成员函数，它会在每次创建类的新对象时执行。

构造函数的名称与类的名称是完全相同的，并且不会返回任何类型，也不会返回 void。构造函数可用于为某些成员变量设置初始值。

使用初始化列表来初始化字段

Line::Line( double len): length(len)
{
    cout << "Object is being created, length = " << len << endl;
}

等价于：

Line::Line( double len)
{
    length = len;
    cout << "Object is being created, length = " << len << endl;
}

类的析构函数

类的析构函数是类的一种特殊的成员函数，它会在每次删除所创建的对象时执行。

析构函数的名称与类的名称是完全相同的，只是在前面加了个波浪号（~）作为前缀，它不会返回任何值，也不能带有任何参数。析构函数有助于在跳出程序（比如关闭文件、释放内存等）前释放资源。

拷贝构造函数

拷贝构造函数是一种特殊的构造函数，它在创建对象时，是使用同一类中之前创建的对象来初始化新创建的对象。拷贝构造函数通常用于：

• 通过使用另一个同类型的对象来初始化新创建的对象。
• 复制对象，把它作为参数传递给函数。
• 复制对象，并从函数返回这个对象。

如果在类中没有定义拷贝构造函数，编译器会自行定义一个。如果类带有指针变量，并有动态分配，则它必须有一个拷贝构造函数。

classname (const classname& obj) {
	//主体
}

#include <iostream>
using namespace std;

class Line {
private:
	int *ptr;
public:
	//构造函数
	Line(int l) {
		cout << "普通构造函数" << endl;
		ptr = new int;
		*ptr = l;
	}
	//拷贝构造函数
	Line(const Line& obj) {
		cout << "拷贝构造函数" << endl;
		ptr = new int;
		*ptr = *(obj.ptr);
	}
	//析构函数
	~Line() {
		cout << "析构函数" << endl;
		delete ptr;
	}
	//方法
	int Get() {
		return *ptr;
	}
};

int main() {
	Line line1(1);
	Line line2(line1);
	cout << line2.Get() << endl;
	return 0;
}

普通构造函数
拷贝构造函数
1
析构函数
析构函数

友元函数

类的友元函数是定义在类外部，但有权访问类的所有私有（private）成员和保护（protected）成员。尽管友元函数的原型有在类的定义中出现过，但是友元函数并不是成员函数。

友元可以是一个函数，该函数被称为友元函数；友元也可以是一个类，该类被称为友元类，在这种情况下，整个类及其所有成员都是友元。

友元函数不是方法，没有this指针，所以需要对象作为参数

如果要声明函数为一个类的友元，需要在类定义中该函数原型前使用关键字 friend，如下所示：

class Box
{
   double width;
public:
   double length;
   friend void printWidth( Box box );
   void setWidth( double wid );
};

内联函数

C++ 内联函数是通常与类一起使用。如果一个函数是内联的，那么在编译时，编译器会把该函数的代码副本放置在每个调用该函数的地方。

对内联函数进行任何修改，都需要重新编译函数的所有客户端，因为编译器需要重新更换一次所有的代码，否则将会继续使用旧的函数。

如果想把一个函数定义为内联函数，则需要在函数名前面放置关键字 inline，在调用函数之前需要对函数进行定义。如果已定义的函数多于一行，编译器会忽略 inline 限定符。

在类定义中的定义的函数都是内联函数，即使没有使用 inline 说明符。

this指针

在 C++ 中，每一个对象都能通过 this 指针来访问自己的地址。this 指针是所有成员函数的隐含参数。因此，在成员函数内部，它可以用来指向调用对象。

友元函数没有 this 指针，因为友元不是类的成员。只有成员函数才有 this 指针。

C++类的静态成员

我们可以使用 static 关键字来把类成员定义为静态的。当我们声明类的成员为静态时，这意味着无论创建多少个类的对象，静态成员都只有一个副本。

静态成员在类的所有对象中是共享的。如果不存在其他的初始化语句，在创建第一个对象时，所有的静态数据都会被初始化为零。我们不能把静态成员的初始化放置在类的定义中，但是可以在类的外部通过使用范围解析运算符 :: 来重新声明静态变量从而对它进行初始化，如下面的实例所示。

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class Box
{
   public:
      static int objectCount;
      // 构造函数定义
      Box(double l=2.0, double b=2.0, double h=2.0)
      {
         cout <<"Constructor called." << endl;
         length = l;
         breadth = b;
         height = h;
         // 每次创建对象时增加 1
         objectCount++;
      }
      double Volume()
      {
         return length * breadth * height;
      }
   private:
      double length;     // 长度
      double breadth;    // 宽度
      double height;     // 高度
};
 
// 初始化类 Box 的静态成员
int Box::objectCount = 0;
 
int main(void)
{
   Box Box1(3.3, 1.2, 1.5);    // 声明 box1
   Box Box2(8.5, 6.0, 2.0);    // 声明 box2
 
   // 输出对象的总数
   cout << "Total objects: " << Box::objectCount << endl;
 
   return 0;
}

静态成员函数

如果把函数成员声明为静态的，就可以把函数与类的任何特定对象独立开来。静态成员函数即使在类对象不存在的情况下也能被调用，静态函数只要使用类名加范围解析运算符 :: 就可以访问。

静态成员函数只能访问静态成员数据、其他静态成员函数和类外部的其他函数。

静态成员函数有一个类范围，他们不能访问类的 this 指针。您可以使用静态成员函数来判断类的某些对象是否已被创建。

静态成员函数与普通成员函数的区别：

• 静态成员函数没有 this 指针，只能访问静态成员（包括静态成员变量和静态成员函数）。
• 普通成员函数有 this 指针，可以访问类中的任意成员；而静态成员函数没有 this 指针。

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class Box
{
   public:
      static int objectCount;
      // 构造函数定义
      Box(double l=2.0, double b=2.0, double h=2.0)
      {
         cout <<"Constructor called." << endl;
         length = l;
         breadth = b;
         height = h;
         // 每次创建对象时增加 1
         objectCount++;
      }
      double Volume()
      {
         return length * breadth * height;
      }
      static int getCount()
      {
         return objectCount;
      }
   private:
      double length;     // 长度
      double breadth;    // 宽度
      double height;     // 高度
};
 
// 初始化类 Box 的静态成员
int Box::objectCount = 0;
 
int main(void)
{
  
   // 在创建对象之前输出对象的总数
   cout << "Inital Stage Count: " << Box::getCount() << endl;
 
   Box Box1(3.3, 1.2, 1.5);    // 声明 box1
   Box Box2(8.5, 6.0, 2.0);    // 声明 box2
 
   // 在创建对象之后输出对象的总数
   cout << "Final Stage Count: " << Box::getCount() << endl;
 
   return 0;
}

继承

面向对象程序设计中最重要的一个概念是继承。继承允许我们依据另一个类来定义一个类，这使得创建和维护一个应用程序变得更容易。这样做，也达到了重用代码功能和提高执行效率的效果。

当创建一个类时，您不需要重新编写新的数据成员和成员函数，只需指定新建的类继承了一个已有的类的成员即可。这个已有的类称为基类，新建的类称为派生类。

继承代表了 is a 关系。例如，哺乳动物是动物，狗是哺乳动物，因此，狗是动物，等等。

// 基类
class Animal {
    // eat() 函数
    // sleep() 函数
};


//派生类
class Dog : public Animal {
    // bark() 函数
};

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
// 基类
class Shape 
{
   public:
      void setWidth(int w)
      {
         width = w;
      }
      void setHeight(int h)
      {
         height = h;
      }
   protected:
      int width;
      int height;
};
 
// 派生类
class Rectangle: public Shape
{
   public:
      int getArea()
      { 
         return (width * height); 
      }
};
 
int main(void)
{
   Rectangle Rect;
 
   Rect.setWidth(5);
   Rect.setHeight(7);
 
   // 输出对象的面积
   cout << "Total area: " << Rect.getArea() << endl;
 
   return 0;
}

访问控制和继承

派生类可以访问基类中所有的非私有成员。因此基类成员如果不想被派生类的成员函数访问，则应在基类中声明为 private。

一个派生类继承了所有的基类方法，但下列情况除外：

• 基类的构造函数、析构函数和拷贝构造函数。
• 基类的重载运算符。
• 基类的友元函数。

多继承

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
// 基类 Shape
class Shape 
{
   public:
      void setWidth(int w)
      {
         width = w;
      }
      void setHeight(int h)
      {
         height = h;
      }
   protected:
      int width;
      int height;
};
 
// 基类 PaintCost
class PaintCost 
{
   public:
      int getCost(int area)
      {
         return area * 70;
      }
};
 
// 派生类
class Rectangle: public Shape, public PaintCost
{
   public:
      int getArea()
      { 
         return (width * height); 
      }
};
 
int main(void)
{
   Rectangle Rect;
   int area;
 
   Rect.setWidth(5);
   Rect.setHeight(7);
 
   area = Rect.getArea();
   
   // 输出对象的面积
   cout << "Total area: " << Rect.getArea() << endl;
 
   // 输出总花费
   cout << "Total paint cost: $" << Rect.getCost(area) << endl;
 
   return 0;
}

C++运算符重载

C++ 允许在同一作用域中的某个函数和运算符指定多个定义，分别称为函数重载和运算符重载。

重载声明是指一个与之前已经在该作用域内声明过的函数或方法具有相同名称的声明，但是它们的参数列表和定义（实现）不相同。

当您调用一个重载函数或重载运算符时，编译器通过把您所使用的参数类型与定义中的参数类型进行比较，决定选用最合适的定义。选择最合适的重载函数或重载运算符的过程，称为重载决策。

C++函数重载

在同一个作用域内，可以声明几个功能类似的同名函数，但是这些同名函数的形式参数（指参数的个数、类型或者顺序）必须不同。不能仅通过返回类型的不同来重载函数。

C++中的运算符重载

您可以重定义或重载大部分 C++ 内置的运算符。这样，您就能使用自定义类型的运算符。

重载的运算符是带有特殊名称的函数，函数名是由关键字 operator 和其后要重载的运算符符号构成的。与其他函数一样，重载运算符有一个返回类型和一个参数列表。

Box operator+(const Box&);

声明加法运算符用于把两个 Box 对象相加，返回最终的 Box 对象。大多数的重载运算符可被定义为普通的非成员函数或者被定义为类成员函数。如果我们定义上面的函数为类的非成员函数，那么我们需要为每次操作传递两个参数，如下所示：

Box operator+(const Box&, const Box&);

可重载运算符/不可重载运算符

下面是可重载的运算符列表：

双目算术运算符	+ (加)，-(减)，*(乘)，/(除)，% (取模)
关系运算符	==(等于)，!= (不等于)，< (小于)，> (大于)，<=(小于等于)，>=(大于等于)
逻辑运算符	||(逻辑或)，&&(逻辑与)，!(逻辑非)
单目运算符	+ (正)，-(负)，*(指针)，&(取地址)
自增自减运算符	++(自增)，–(自减)
位运算符	| (按位或)，& (按位与)，~(按位取反)，^(按位异或),，<< (左移)，>>(右移)
赋值运算符	=, +=, -=, *=, /= , % = , &=, |=, ^=, <<=, >>=
空间申请与释放	new, delete, new[ ] , delete[]
其他运算符	()(函数调用)，->(成员访问)，,(逗号)，[](下标)

下面是不可重载的运算符列表：

• .：成员访问运算符
• .*, ->*：成员指针访问运算符
• ::：域运算符
• sizeof：长度运算符
• ?:：条件运算符
• #： 预处理符号

C++ 高级教程

C++文件和流

到目前为止，我们已经使用了 iostream 标准库，它提供了 cin 和 cout 方法分别用于从标准输入读取流和向标准输出写入流。本教程介绍如何从文件读取流和向文件写入流。这就需要用到 C++ 中另一个标准库 fstream，它定义了三个新的数据类型：

数据类型	描述
ofstream	该数据类型表示输出文件流，用于创建文件并向文件写入信息。
ifstream	该数据类型表示输入文件流，用于从文件读取信息。
fstream	该数据类型通常表示文件流，且同时具有 ofstream 和 ifstream 两种功能，这意味着它可以创建文件，向文件写入信息，从文件读取信息。

要在 C++ 中进行文件处理，必须在 C++ 源代码文件中包含头文件 和 。

在从文件读取信息或者向文件写入信息之前，必须先打开文件。ofstream 和 fstream 对象都可以用来打开文件进行写操作，如果只需要打开文件进行读操作，则使用 ifstream 对象。

下面是 open() 函数的标准语法，open() 函数是 fstream、ifstream 和 ofstream 对象的一个成员。

void open(const char *filename, ios::openmode mode);

模式标志	描述
ios::app	追加模式。所有写入都追加到文件末尾。
ios::ate	文件打开后定位到文件末尾。
ios::in	打开文件用于读取。
ios::out	打开文件用于写入。
ios::trunc	如果该文件已经存在，其内容将在打开文件之前被截断，即把文件长度设为 0。

C++ 信号处理

信号是由操作系统传给进程的中断，会提早终止一个程序。在 UNIX、LINUX、Mac OS X 或 Windows 系统上，可以通过按 Ctrl+C 产生中断。

有些信号不能被程序捕获，但是下表所列信号可以在程序中捕获，并可以基于信号采取适当的动作。这些信号是定义在 C++ 头文件 中。

信号	描述
SIGABRT	程序的异常终止，如调用 abort。
SIGFPE	错误的算术运算，比如除以零或导致溢出的操作。
SIGILL	检测非法指令。
SIGINT	程序终止(interrupt)信号。
SIGSEGV	非法访问内存。
SIGTERM	发送到程序的终止请求。

signal() 函数

C++ 信号处理库提供了 signal 函数，用来捕获突发事件。以下是 signal() 函数的语法：

void (*signal (int sig, void (*func)(int)))(int);

这个看起来有点费劲，以下语法格式更容易理解：

signal(registered signal, signal handler)

这个函数接收两个参数：第一个参数是一个整数，代表了信号的编号；第二个参数是一个指向信号处理函数的指针。

让我们编写一个简单的 C++ 程序，使用 signal() 函数捕获 SIGINT 信号。不管您想在程序中捕获什么信号，您都必须使用 signal 函数来注册信号，并将其与信号处理程序相关联。看看下面的实例：

实例

#include #include #include <unistd.h> using namespace std; void signalHandler( int signum ) { cout << “Interrupt signal (“ << signum << “) received.\n”; // 清理并关闭 // 终止程序 exit(signum); } int main () { // 注册信号 SIGINT 和信号处理程序 signal(SIGINT, signalHandler); while(1){ cout << “Going to sleep….” << endl; sleep(1); } return 0; }

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Going to sleep....
Going to sleep....
Going to sleep....

现在，按 Ctrl+C 来中断程序，您会看到程序捕获信号，程序打印如下内容并退出：

Going to sleep....
Going to sleep....
Going to sleep....
Interrupt signal (2) received.

raise() 函数

您可以使用函数 raise() 生成信号，该函数带有一个整数信号编号作为参数，语法如下：

int raise (signal sig);

在这里，sig 是要发送的信号的编号，这些信号包括：SIGINT、SIGABRT、SIGFPE、SIGILL、SIGSEGV、SIGTERM、SIGHUP。以下是我们使用 raise() 函数内部生成信号的实例：

实例

#include #include #include <unistd.h> using namespace std; void signalHandler( int signum ) { cout << “Interrupt signal (“ << signum << “) received.\n”; // 清理并关闭 // 终止程序 exit(signum); } int main () { int i = 0; // 注册信号 SIGINT 和信号处理程序 signal(SIGINT, signalHandler); while(++i){ cout << “Going to sleep….” << endl; if( i == 3 ){ raise( SIGINT); } sleep(1); } return 0; }

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果，并会自动退出：

Going to sleep....
Going to sleep....
Going to sleep....
Interrupt signal (2) received.

多线程

多线程是多任务处理的一种特殊形式，多任务处理允许让电脑同时运行两个或两个以上的程序。一般情况下，两种类型的多任务处理：基于进程和基于线程。

• 基于进程的多任务处理是程序的并发执行。
• 基于线程的多任务处理是同一程序的片段的并发执行。

多线程程序包含可以同时运行的两个或多个部分。这样的程序中的每个部分称为一个线程，每个线程定义了一个单独的执行路径。

本教程假设您使用的是 Linux 操作系统，我们要使用 POSIX 编写多线程 C++ 程序。

创建线程

下面的程序，我们可以用它来创建一个 POSIX 线程：

#include <pthread.h>
pthread_create (thread, attr, start_routine, arg)

在这里，pthread_create 创建一个新的线程，并让它可执行。下面是关于参数的说明：

参数	描述
thread	指向线程标识符指针。
attr	一个不透明的属性对象，可以被用来设置线程属性。您可以指定线程属性对象，也可以使用默认值 NULL。
start_routine	线程运行函数起始地址，一旦线程被创建就会执行。
arg	运行函数的参数。它必须通过把引用作为指针强制转换为 void 类型进行传递。如果没有传递参数，则使用 NULL。

创建线程成功时，函数返回 0，若返回值不为 0 则说明创建线程失败。

终止线程

使用下面的程序，我们可以用它来终止一个 POSIX 线程：

#include <pthread.h>
pthread_exit (status)

在这里，pthread_exit 用于显式地退出一个线程。通常情况下，pthread_exit() 函数是在线程完成工作后无需继续存在时被调用。

如果 main() 是在它所创建的线程之前结束，并通过 pthread_exit() 退出，那么其他线程将继续执行。否则，它们将在 main() 结束时自动被终止。

实例

以下简单的实例代码使用 pthread_create() 函数创建了 5 个线程，每个线程输出”Hello Runoob！”:

#include <iostream>
// 必须的头文件
#include <pthread.h>
 
using namespace std;
 
#define NUM_THREADS 5
 
// 线程的运行函数
void* say_hello(void* args)
{
    cout << "Hello Runoob！" << endl;
    return 0;
}
 
int main()
{
    // 定义线程的 id 变量，多个变量使用数组
    pthread_t tids[NUM_THREADS];
    for(int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i)
    {
        //参数依次是：创建的线程id，线程参数，调用的函数，传入的函数参数
        int ret = pthread_create(&tids[i], NULL, say_hello, NULL);
        if (ret != 0)
        {
           cout << "pthread_create error: error_code=" << ret << endl;
        }
    }
    //等各个线程退出后，进程才结束，否则进程强制结束了，线程可能还没反应过来；
    pthread_exit(NULL);
}

使用 -lpthread 库编译下面的程序：

$ g++ test.cpp -lpthread -o test.o

现在，执行程序，将产生下列结果：

$ ./test.o
Hello Runoob！
Hello Runoob！
Hello Runoob！
Hello Runoob！
Hello Runoob！

C++资源库

C++ STL教程

C++ STL（标准模板库）是一套功能强大的 C++ 模板类，提供了通用的模板类和函数，这些模板类和函数可以实现多种流行和常用的算法和数据结构，如向量、链表、队列、栈。

C++ 标准模板库的核心包括以下三个组件：

组件	描述
容器（Containers）	容器是用来管理某一类对象的集合。C++ 提供了各种不同类型的容器，比如 deque、list、vector、map 等。
算法（Algorithms）	算法作用于容器。它们提供了执行各种操作的方式，包括对容器内容执行初始化、排序、搜索和转换等操作。
迭代器（iterators）	迭代器用于遍历对象集合的元素。这些集合可能是容器，也可能是容器的子集。

这三个组件都带有丰富的预定义函数，帮助我们通过简单的方式处理复杂的任务。