C++编程语言学习文档
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C++编程语言学习文档
前言
一、C简介
1.1 为什么学习C++
二、从C到C++
2.1 C++的扩展
2.2 引用
2.3 运算符重载
三、面向对象基础
3.1 类与对象
3.2 封装
3.3 继承
3.4 多态
四、异常处理
4.1 概念
4.2 抛出异常
4.3 捕获异常
五、模板与容器
5.1 概念
5.2 函数模板
5.3 类模板
六、面向对象核心
6.1 继承
6.2 虚函数
6.3 多态
七、异常处理
7.1 概念
7.2 抛出异常
7.3 捕获异常
八、智能指针
8.1 概念
8.2 unique_ptr
8.4 weak_ptr
九、标准库容器
9.1 序列容器
9.2 关联容器
9.3 容器适配器
前言
C++是一种通用编程语言，它以其高性能、面向对象和泛型编程的特性而闻名。本文档旨在为初学者和有经验的程序员提供一个关于C++语言核心概念和特性的全面指南，强调知识点之间的关联性，以帮助读者更好地理解和应用C++。
一、C简介
1.1 为什么学习C++
- 就业前景：C++在游戏开发、嵌入式系统、高性能服务器等领域有着广泛的应用，学习C++可以打开新的职业道路。
- 功能强大：C++继承了C语言的性能优势，并增加了面向对象等高级特性，使得它既能处理复杂的系统编程，也能应对面向对象的设计。
二、从C到C++
2.1 C++的扩展
C++在C语言的基础上增加了面向对象编程、模板编程、异常处理等特性，这些特性使得C++更加适合现代软件开发。
2.2 引用
- 概念：引用是变量的别名，它提供了对原变量的直接访问。
- 关联性：引用在函数参数传递中特别有用，它可以避免不必要的复制，提高效率。
2.3 运算符重载
- 目的：运算符重载允许自定义数据类型使用标准运算符，增强了代码的可读性和表达力。
- 示例：重载加法运算符可以让两个自定义类对象进行相加操作。
三、面向对象基础
3.1 类与对象
- 定义：类是对象的蓝图，对象是类的实例。
- 关联性：类与对象的关系是面向对象编程的基础，通过类可以创建和管理对象。
3.2 封装
- 概念：封装是将数据和操作数据的函数捆绑在一起，对外隐藏内部实现。
- 关联性：封装有助于提高代码的模块化和可维护性。
3.3 继承
- 目的：继承允许新的类继承已有类的属性和方法，实现代码复用。
- 关联性：继承是面向对象编程的核心特性之一，它与多态紧密相关。
3.4 多态
- 定义：多态允许使用一个接口来表示不同的数据类型。
- 关联性：多态通过继承和虚函数实现，使得基类指针或引用可以指向派生类对象。
四、异常处理
4.1 概念
- 异常是程序执行期间发生的错误或异常情况。
- 异常处理是C++提供的一种机制，用于处理运行时错误。
4.2 抛出异常
- 使用throw语句可以抛出异常，这可以发生在任何函数内部。
4.3 捕获异常
- 使用try-catch块可以捕获并处理异常，防止程序因未处理的异常而崩溃。
五、模板与容器
5.1 概念
- 模板是一种泛型编程技术，它允许编写与数据类型无关的代码。
- 容器是模板的一个应用，它们是C++标准库的一部分，用于存储和操作数据。
5.2 函数模板
- 函数模板可以创建一个通用函数，适用于不同的数据类型。
- 关联性：函数模板与类模板一起，构成了C++泛型编程的基础。
5.3 类模板
- 类模板可以创建一个通用类，适用于不同的数据类型。
- 关联性：标准库中的许多容器，如vector、map等，都是类模板的实例。
六、面向对象核心
6.1 继承
- 继承是面向对象编程的基础，它允许新的类继承已有类的属性和方法。
- 关联性：继承与多态紧密相关，是实现代码复用和扩展的关键。
6.2 虚函数
- 虚函数允许在派生类中覆盖基类的函数实现。
- 关联性：虚函数是多态实现的基础，它使得基类指针或引用可以调用派生类的函数。
6.3 多态
- 多态允许通过基类指针或引用调用派生类的函数。
- 关联性：多态是面向对象编程的精髓，它提高了代码的灵活性和可扩展性。
七、异常处理
7.1 概念
- 异常处理是C++提供的一种机制，用于处理程序执行期间可能出现的错误。
7.2 抛出异常
- 使用throw语句可以抛出异常，这可以发生在任何函数内部。
7.3 捕获异常
- 使用try-catch块可以捕获并处理异常，确保程序的健壮性。
- 关联性：异常处理与程序的稳定性和错误恢复机制紧密相关，它是编写可靠软件的重要部分。
八、智能指针
8.1 概念
智能指针是模板的另一个应用，它提供了一种自动管理内存的机制，减少了内存泄漏的风险。
8.2 unique_ptr
- unique_ptr是独占所指向对象的智能指针，不允许复制，但可以转移所有权。
- 关联性：unique_ptr与RAII（Resource Acquisition Is Initialization）原则相关，它确保资源在对象生命周期结束时自动释放。
8.3 shared_ptr
- shared_ptr是共享所有权的智能指针，它使用引用计数来跟踪有多少个shared_ptr共享同一个对象。
- 关联性：shared_ptr常用于需要多个指针访问同一资源的情况，如多线程环境中。
8.4 weak_ptr
- weak_ptr是一种不控制对象生命周期的智能指针，用于解决shared_ptr可能产生的循环引用问题。
- 关联性：weak_ptr与shared_ptr配合使用，可以安全地观察对象而不影响其生命周期。
九、标准库容器
9.1 序列容器
- 序列容器如vector、list、deque等，它们按照顺序存储元素，提供了灵活的元素访问和修改方式。
- 关联性：序列容器是模板编程的典型应用，它们通过模板参数支持不同的数据类型。
9.2 关联容器
- 关联容器如map、set、multimap等，它们根据特定的键来存储和检索元素，通常使用红黑树实现。
- 关联性：关联容器与键值对的概念紧密相关，它们提供了高效的查找和访问操作。
9.3 容器适配器
- 容器适配器如stack、queue、priority_queue等，它们在现有容器的基础上提供了特定的接口和行为。
- 关联性：容器适配器利用了底层容器的特性，为特定用途提供了简化的接口。