C++ 基础知识

C++ 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

  • 对象：对象具有状态和行为。
  • 类：类可以定义为描述对象行为/状态的模版
  • 方法：从基本上说，一个方法表示一种行为。一个类可以包含多个方法。可以在方法中写入逻辑、操作数据以及执行的所有动作
  • 即时变量：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

简单的 C++ 代码

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#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;
}
  • 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。

C++ 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。

基本的内置类型

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

C++ 变量类型

变量其实只不过是程序可操作的存储区的名称。

在 C++ 中，有多种变量类型可用于存储不同种类的数据。

C++ 中每个变量都有指定的类型，类型决定了变量存储的大小和布局，该范围内的值都可以存储在内存中，运算符可应用于变量上。

变量的名称可以由字母、数字和下划线字符组成。它必须以字母或下划线开头。

大写字母和小写字母是不同的，因为 C++ 是大小写敏感的。

基本变量类型

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。

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 布尔类型（Boolean Type）：
    • bool：用于表示布尔值，只能取true或false。
  5. 枚举类型（Enumeration Types）：
    • enum：用于定义一组命名的整数常量。
  6. 指针类型（Pointer Types）：
    • type*：用于表示指向类型为type的对象的指针。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 类类型（Class Types）：
    • class：用于定义具有属性和方法的自定义类型。
  10. 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。

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。

实例

尝试下面的实例，其中，变量在头部就已经被声明，但它们是在主函数内被定义和初始化的：

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#include <iostream>
using namespace std;
 
// 变量声明
extern int a, b;
extern int c;
extern float f;
  
int main ()
{
  // 变量定义
  int a, b;
  int c;
  float f;
 
  // 实际初始化
  a = 10;
  b = 20;
  c = a + b;
 
  cout << c << endl ;
 
  f = 70.0/3.0;
  cout << f << endl ;
 
  return 0;
}

C++ 中的左值（Lvalues）和右值（Rvalues）

C++ 中有两种类型的表达式：

  • **左值（lvalue）：**指向内存位置的表达式被称为左值（lvalue）表达式。左值可以出现在赋值号的左边或右边。
  • **右值（rvalue）：**术语右值（rvalue）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的右边，但不能出现在赋值号的左边。

变量是左值，因此可以出现在赋值号的左边。数值型的字面值是右值，因此不能被赋值，不能出现在赋值号的左边。下面是一个有效的语句：

1
int g = 20;

但是下面这个就不是一个有效的语句，会生成编译时错误：

1
10 = 20;

C++ 变量作用域

一般来说有三个地方可以定义变量：

  • 在函数或一个代码块内部声明的变量，称为局部变量。
  • 在函数参数的定义中声明的变量，称为形式参数。
  • 在所有函数外部声明的变量，称为全局变量。

作用域是程序的一个区域，变量的作用域可以分为以下几种：

  • 局部作用域：在函数内部声明的变量具有局部作用域，它们只能在函数内部访问。局部变量在函数每次被调用时被创建，在函数执行完后被销毁。
  • 全局作用域：在所有函数和代码块之外声明的变量具有全局作用域，它们可以被程序中的任何函数访问。全局变量在程序开始时被创建，在程序结束时被销毁。
  • 块作用域：在代码块内部声明的变量具有块作用域，它们只能在代码块内部访问。块作用域变量在代码块每次被执行时被创建，在代码块执行完后被销毁。
  • 类作用域：在类内部声明的变量具有类作用域，它们可以被类的所有成员函数访问。类作用域变量的生命周期与类的生命周期相同。

注意：如果在内部作用域中声明的变量与外部作用域中的变量同名，则内部作用域中的变量将覆盖外部作用域中的变量。

局部变量

在函数或一个代码块内部声明的变量，称为局部变量。它们只能被函数内部或者代码块内部的语句使用。下面的实例使用了局部变量：

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#include <iostream>
using namespace std;
 
int main ()
{
  // 局部变量声明
  int a, b;
  int c;
 
  // 实际初始化
  a = 10;
  b = 20;
  c = a + b;
 
  cout << c;
 
  return 0;
}

全局变量

在所有函数外部定义的变量（通常是在程序的头部），称为全局变量。全局变量的值在程序的整个生命周期内都是有效的。

全局变量可以被任何函数访问。也就是说，全局变量一旦声明，在整个程序中都是可用的。下面的实例使用了全局变量和局部变量：

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#include <iostream>
using namespace std;
 
// 全局变量声明
int g;
 
int main ()
{
  // 局部变量声明
  int a, b;
 
  // 实际初始化
  a = 10;
  b = 20;
  g = a + b;
 
  cout << g;
 
  return 0;
}

在程序中，局部变量和全局变量的名称可以相同，但是在函数内，局部变量的值会覆盖全局变量的值。下面是一个实例：

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#include <iostream>
using namespace std;
 
// 全局变量声明
int g = 20;
 
int main ()
{
  // 局部变量声明
  int g = 10;
 
  cout << g; // 10
 
  return 0;
}

初始化局部变量和全局变量

当局部变量被定义时，系统不会对其初始化，您必须自行对其初始化。定义全局变量时，系统会自动初始化为下列值：

类作用域

类作用域指的是在类内部声明的变量：

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#include <iostream>

class MyClass {
public:
    static int class_var;  // 类作用域变量
};

int MyClass::class_var = 30;

int main() {
    std::cout << "类变量: " << MyClass::class_var << std::endl;
    return 0;
}

以上实例中，MyClass 类中声明了一个名为 class_var 的类作用域变量。可以使用类名和作用域解析运算符 :: 来访问这个变量。在 main() 函数中访问 class_var 时输出的是 30。

C++ 常量

常量是固定值，在程序执行期间不会改变。这些固定的值，又叫做字面量。

常量可以是任何的基本数据类型，可分为整型数字、浮点数字、字符、字符串和布尔值。

常量就像是常规的变量，只不过常量的值在定义后不能进行修改。

定义常量

在 C++ 中，有两种简单的定义常量的方式：

  • 使用 #define 预处理器。
  • 使用 const 关键字。

#define 预处理器

下面是使用 #define 预处理器定义常量的形式：

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#define identifier value
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#include <iostream>
using namespace std;
 
#define LENGTH 10   
#define WIDTH  5
#define NEWLINE '\n'
 
int main()
{
 
   int area;  
   
   area = LENGTH * WIDTH;
   cout << area;
   cout << NEWLINE; // 50
   return 0;
}

const 关键字

您可以使用 const 前缀声明指定类型的常量，如下所示：

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const type variable = value;
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#include <iostream>
using namespace std;
 
int main()
{
   const int  LENGTH = 10;
   const int  WIDTH  = 5;
   const char NEWLINE = '\n';
   int area;  
   
   area = LENGTH * WIDTH;
   cout << area;
   cout << NEWLINE;
   return 0;
}

C++ 修饰符类型

C++ 允许在 char、int 和 double 数据类型前放置修饰符。

修饰符是用于改变变量类型的行为的关键字，它更能满足各种情境的需求。

下面列出了数据类型修饰符：

  • signed：表示变量可以存储负数。对于整型变量来说，signed 可以省略，因为整型变量默认为有符号类型。
  • unsigned：表示变量不能存储负数。对于整型变量来说，unsigned 可以将变量范围扩大一倍。
  • short：表示变量的范围比 int 更小。short int 可以缩写为 short。
  • long：表示变量的范围比 int 更大。long int 可以缩写为 long。
  • long long：表示变量的范围比 long 更大。C++11 中新增的数据类型修饰符。
  • float：表示单精度浮点数。
  • double：表示双精度浮点数。
  • bool：表示布尔类型，只有 true 和 false 两个值。
  • char：表示字符类型。
  • wchar_t：表示宽字符类型，可以存储 Unicode 字符。

修饰符 signed、unsigned、long 和 short 可应用于整型，signed 和 unsigned 可应用于字符型，long 可应用于双精度型。

这些修饰符也可以组合使用，修饰符 signed 和 unsigned 也可以作为 long 或 short 修饰符的前缀。例如：unsigned long int。

C++ 允许使用速记符号来声明无符号短整数或无符号长整数。您可以不写 int，只写单词 unsigned、short 或 long，int 是隐含的。例如，下面的两个语句都声明了无符号整型变量。

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。下面列出 C++ 程序中可用的存储类：

  • auto：这是默认的存储类说明符，通常可以省略不写。auto 指定的变量具有自动存储期，即它们的生命周期仅限于定义它们的块（block）。auto 变量通常在栈上分配。
  • register：用于建议编译器将变量存储在CPU寄存器中以提高访问速度。在 C++11 及以后的版本中，register 已经是一个废弃的特性，不再具有实际作用。
  • static：用于定义具有静态存储期的变量或函数，它们的生命周期贯穿整个程序的运行期。在函数内部，static变量的值在函数调用之间保持不变。在文件内部或全局作用域，static变量具有内部链接，只能在定义它们的文件中访问。
  • extern：用于声明具有外部链接的变量或函数，它们可以在多个文件之间共享。默认情况下，全局变量和函数具有 extern 存储类。在一个文件中使用extern声明另一个文件中定义的全局变量或函数，可以实现跨文件共享。
  • mutable (C++11)：用于修饰类中的成员变量，允许在const成员函数中修改这些变量的值。通常用于缓存或计数器等需要在const上下文中修改的数据。
  • thread_local (C++11)：用于定义具有线程局部存储期的变量，每个线程都有自己的独立副本。线程局部变量的生命周期与线程的生命周期相同。

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。

中的存储类说明符为程序员提供了控制变量和函数生命周期及可见性的手段。

合理使用存储类说明符可以提高程序的可维护性和性能。

C++ 运算符

运算符是一种告诉编译器执行特定的数学或逻辑操作的符号。C++ 内置了丰富的运算符，并提供了以下类型的运算符：

  • 算术运算符
  • 关系运算符
  • 逻辑运算符
  • 位运算符
  • 赋值运算符
  • 杂项运算符

算术运算符

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#include <iostream>
using namespace std;
 
int main()
{
   int a = 21;
   int b = 10;
   int c;
 
   c = a + b;
   cout << "Line 1 - c 的值是 " << c << endl ;
   c = a - b;
   cout << "Line 2 - c 的值是 " << c << endl ;
   c = a * b;
   cout << "Line 3 - c 的值是 " << c << endl ;
   c = a / b;
   cout << "Line 4 - c 的值是 " << c << endl ;
   c = a % b;
   cout << "Line 5 - c 的值是 " << c << endl ;
 
   int d = 10;   //  测试自增、自减
   c = d++;
   cout << "Line 6 - c 的值是 " << c << endl ;
 
   d = 10;    // 重新赋值
   c = d--;
   cout << "Line 7 - c 的值是 " << c << endl ;
   return 0;
}

关系运算符

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#include <iostream>
using namespace std;
 
int main()
{
   int a = 21;
   int b = 10;
   int c ;
 
   if( a == b )
   {
      cout << "Line 1 - a 等于 b" << endl ;
   }
   else
   {
      cout << "Line 1 - a 不等于 b" << endl ;
   }
   if ( a < b )
   {
      cout << "Line 2 - a 小于 b" << endl ;
   }
   else
   {
      cout << "Line 2 - a 不小于 b" << endl ;
   }
   if ( a > b )
   {
      cout << "Line 3 - a 大于 b" << endl ;
   }
   else
   {
      cout << "Line 3 - a 不大于 b" << endl ;
   }
   /* 改变 a 和 b 的值 */
   a = 5;
   b = 20;
   if ( a <= b )
   {
      cout << "Line 4 - a 小于或等于 b" << endl ;
   }
   if ( b >= a )
   {
      cout << "Line 5 - b 大于或等于 a" << endl ;
   }
   return 0;
}

逻辑运算符

1
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#include <iostream>
using namespace std;
 
int main()
{
   int a = 5;
   int b = 20;
   int c ;
 
   if ( a && b )
   {
      cout << "Line 1 - 条件为真"<< endl ;
   }
   if ( a || b )
   {
      cout << "Line 2 - 条件为真"<< endl ;
   }
   /* 改变 a 和 b 的值 */
   a = 0;
   b = 10;
   if ( a && b )
   {
      cout << "Line 3 - 条件为真"<< endl ;
   }
   else
   {
      cout << "Line 4 - 条件不为真"<< endl ;
   }
   if ( !(a && b) )
   {
      cout << "Line 5 - 条件为真"<< endl ;
   }
   return 0;
}

位运算符

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#include <iostream>
using namespace std;
 
int main()
{
   unsigned int a = 60;      // 60 = 0011 1100  
   unsigned int b = 13;      // 13 = 0000 1101
   int c = 0;           
 
   c = a & b;             // 12 = 0000 1100
   cout << "Line 1 - c 的值是 " << c << endl ;
 
   c = a | b;             // 61 = 0011 1101
   cout << "Line 2 - c 的值是 " << c << endl ;
 
   c = a ^ b;             // 49 = 0011 0001
   cout << "Line 3 - c 的值是 " << c << endl ;
 
   c = ~a;                // -61 = 1100 0011
   cout << "Line 4 - c 的值是 " << c << endl ;
 
   c = a << 2;            // 240 = 1111 0000
   cout << "Line 5 - c 的值是 " << c << endl ;
 
   c = a >> 2;            // 15 = 0000 1111
   cout << "Line 6 - c 的值是 " << c << endl ;
 
   return 0;
}

赋值运算符

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
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36
37
38
39
40
41
42
43
44
#include <iostream>
using namespace std;
 
int main()
{
   int a = 21;
   int c ;
 
   c =  a;
   cout << "Line 1 - =  运算符实例，c 的值 = : " <<c<< endl ;
 
   c +=  a;
   cout << "Line 2 - += 运算符实例，c 的值 = : " <<c<< endl ;
 
   c -=  a;
   cout << "Line 3 - -= 运算符实例，c 的值 = : " <<c<< endl ;
 
   c *=  a;
   cout << "Line 4 - *= 运算符实例，c 的值 = : " <<c<< endl ;
 
   c /=  a;
   cout << "Line 5 - /= 运算符实例，c 的值 = : " <<c<< endl ;
 
   c  = 200;
   c %=  a;
   cout << "Line 6 - %= 运算符实例，c 的值 = : " <<c<< endl ;
 
   c <<=  2;
   cout << "Line 7 - <<= 运算符实例，c 的值 = : " <<c<< endl ;
 
   c >>=  2;
   cout << "Line 8 - >>= 运算符实例，c 的值 = : " <<c<< endl ;
 
   c &=  2;
   cout << "Line 9 - &= 运算符实例，c 的值 = : " <<c<< endl ;
 
   c ^=  2;
   cout << "Line 10 - ^= 运算符实例，c 的值 = : " <<c<< endl ;
 
   c |=  2;
   cout << "Line 11 - |= 运算符实例，c 的值 = : " <<c<< endl ;
 
   return 0;
}

杂项运算符

1
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11
12
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23
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#include <iostream>
using namespace std;
 
int main()
{
   int a = 20;
   int b = 10;
   int c = 15;
   int d = 5;
   int e;
 
   e = (a + b) * c / d;      // ( 30 * 15 ) / 5
   cout << "(a + b) * c / d 的值是 " << e << endl ;
 
   e = ((a + b) * c) / d;    // (30 * 15 ) / 5
   cout << "((a + b) * c) / d 的值是 " << e << endl ;
 
   e = (a + b) * (c / d);   // (30) * (15/5)
   cout << "(a + b) * (c / d) 的值是 " << e << endl ;
 
   e = a + (b * c) / d;     //  20 + (150/5)
   cout << "a + (b * c) / d 的值是 " << e << endl ;
  
   return 0;
}

C++ 循环

循环类型

循环类型 描述
while 循环 当给定条件为真时，重复语句或语句组。它会在执行循环主体之前测试条件。
for 循环 多次执行一个语句序列，简化管理循环变量的代码。
do…while 循环 除了它是在循环主体结尾测试条件外，其他与 while 语句类似。
嵌套循环 您可以在 while、for 或 do..while 循环内使用一个或多个循环。

循环控制语句

控制语句 描述
break 语句 终止 loop 或 switch 语句，程序流将继续执行紧接着 loop 或 switch 的下一条语句。
continue 语句 引起循环跳过主体的剩余部分，立即重新开始测试条件。
goto 语句 将控制转移到被标记的语句。但是不建议在程序中使用 goto 语句。

C++ 判断

判断语句

语句 描述
if 语句 一个 if 语句 由一个布尔表达式后跟一个或多个语句组成。
if…else 语句 一个 if 语句 后可跟一个可选的 else 语句，else 语句在布尔表达式为假时执行。
嵌套 if 语句 您可以在一个 if 或 else if 语句内使用另一个 if 或 else if 语句。
switch 语句 一个 switch 语句允许测试一个变量等于多个值时的情况。
嵌套 switch 语句 您可以在一个 switch 语句内使用另一个 switch 语句。

C++ 函数

函数是一组一起执行一个任务的语句。每个 C++ 程序都至少有一个函数，即主函数 main() ，所有简单的程序都可以定义其他额外的函数。

您可以把代码划分到不同的函数中。如何划分代码到不同的函数中是由您来决定的，但在逻辑上，划分通常是根据每个函数执行一个特定的任务来进行的。

函数声明告诉编译器函数的名称、返回类型和参数。函数定义提供了函数的实际主体。

C++ 标准库提供了大量的程序可以调用的内置函数。例如，函数 strcat() 用来连接两个字符串，函数 memcpy() 用来复制内存到另一个位置。

函数还有很多叫法，比如方法、子例程或程序，等等。

定义函数

在 C++ 中，函数由一个函数头和一个函数主体组成。下面列出一个函数的所有组成部分：

  • **返回类型：**一个函数可以返回一个值。return_type 是函数返回的值的数据类型。有些函数执行所需的操作而不返回值，在这种情况下，return_type 是关键字 void。
  • **函数名称：**这是函数的实际名称。函数名和参数列表一起构成了函数签名。
  • **参数：**参数就像是占位符。当函数被调用时，您向参数传递一个值，这个值被称为实际参数。参数列表包括函数参数的类型、顺序、数量。参数是可选的，也就是说，函数可能不包含参数。
  • **函数主体：**函数主体包含一组定义函数执行任务的语句。
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// 函数返回两个数中较大的那个数
 
int max(int num1, int num2) 
{
   // 局部变量声明
   int result;
 
   if (num1 > num2)
      result = num1;
   else
      result = num2;
 
   return result; 
}

C++ 函数流程

  • 函数声明
  • 调用函数
  • 函数参数
  • 参数默认值

C++ 数字

C++ 定义数字

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#include <iostream>
using namespace std;
 
int main ()
{
   // 数字定义
   short  s;
   int    i;
   long   l;
   float  f;
   double d;
   
   // 数字赋值
   s = 10;      
   i = 1000;    
   l = 1000000; 
   f = 230.47;  
   d = 30949.374;
   
   // 数字输出
   cout << "short  s :" << s << endl;
   cout << "int    i :" << i << endl;
   cout << "long   l :" << l << endl;
   cout << "float  f :" << f << endl;
   cout << "double d :" << d << endl;
 
   return 0;
}

C++ 数学运算

在 C++ 中，除了可以创建各种函数，还包含了各种有用的函数供您使用。这些函数写在标准 C 和 C++ 库中，叫做内置函数。您可以在程序中引用这些函数。

C++ 内置了丰富的数学函数，可对各种数字进行运算。下表列出了 C++ 中一些有用的内置的数学函数。

为了利用这些函数，您需要引用数学头文件 。

C++ 随机数

在许多情况下，需要生成随机数。关于随机数生成器，有两个相关的函数。一个是 rand()，该函数只返回一个伪随机数。生成随机数之前必须先调用 srand() 函数。

下面是一个关于生成随机数的简单实例。实例中使用了 time() 函数来获取系统时间的秒数，通过调用 rand() 函数来生成随机数：

C++ 数组

C++ 支持数组数据结构，它可以存储一个固定大小的相同类型元素的顺序集合。数组是用来存储一系列数据，但它往往被认为是一系列相同类型的变量。

数组的声明并不是声明一个个单独的变量，比如 number0、number1、…、number99，而是声明一个数组变量，比如 numbers，然后使用 numbers[0]、numbers[1]、…、numbers[99] 来代表一个个单独的变量。数组中的特定元素可以通过索引访问。

所有的数组都是由连续的内存位置组成。最低的地址对应第一个元素，最高的地址对应最后一个元素。

声明数组

在 C++ 中要声明一个数组，需要指定元素的类型和元素的数量，如下所示：

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type arrayName [ arraySize ];

这叫做一维数组。arraySize 必须是一个大于零的整数常量，type 可以是任意有效的 C++ 数据类型。例如，要声明一个类型为 double 的包含 10 个元素的数组 balance，声明语句如下：

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double balance[10];

现在 balance 是一个可用的数组，可以容纳 10 个类型为 double 的数字。

初始化数组

在 C++ 中，您可以逐个初始化数组，也可以使用一个初始化语句，如下所示：

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double balance[5] = {1000.0, 2.0, 3.4, 7.0, 50.0};

大括号 { } 之间的值的数目不能大于我们在数组声明时在方括号 [ ] 中指定的元素数目。

如果您省略掉了数组的大小，数组的大小则为初始化时元素的个数。因此，如果：

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double balance[] = {1000.0, 2.0, 3.4, 7.0, 50.0};

您将创建一个数组，它与前一个实例中所创建的数组是完全相同的。下面是一个为数组中某个元素赋值的实例：

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balance[4] = 50.0;

上述的语句把数组中第五个元素的值赋为 50.0。所有的数组都是以 0 作为它们第一个元素的索引，也被称为基索引，数组的最后一个索引是数组的总大小减去 1。以下是上面所讨论的数组的的图形表示：

数组表示

访问数组元素

数组元素可以通过数组名称加索引进行访问。元素的索引是放在方括号内，跟在数组名称的后边。例如：

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double salary = balance[9];
概念 描述
多维数组 C++ 支持多维数组。多维数组最简单的形式是二维数组。
指向数组的指针 您可以通过指定不带索引的数组名称来生成一个指向数组中第一个元素的指针。
传递数组给函数 您可以通过指定不带索引的数组名称来给函数传递一个指向数组的指针。
从函数返回数组 C++ 允许从函数返回数组。

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++ 中继续得到支持。字符串实际上是使用 null 字符 \0 终止的一维字符数组。因此，一个以 null 结尾的字符串，包含了组成字符串的字符。

下面的声明和初始化创建了一个 RUNOOB 字符串。由于在数组的末尾存储了空字符，所以字符数组的大小比单词 RUNOOB 的字符数多一个。

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char site[7] = {'R', 'U', 'N', 'O', 'O', 'B', '\0'};

依据数组初始化规则，您可以把上面的语句写成以下语句：

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char site[] = "RUNOOB";

C++ 中的 String 类

C++ 标准库提供了 string 类类型，支持上述所有的操作，另外还增加了其他更多的功能。我们将学习 C++ 标准库中的这个类，现在让我们先来看看下面这个实例：

现在您可能还无法透彻地理解这个实例，因为到目前为止我们还没有讨论类和对象。所以现在您可以只是粗略地看下这个实例，等理解了面向对象的概念之后再回头来理解这个实例。

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#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 的总长度
   len = str3.size();
   cout << "str3.size() :  " << len << endl;
 
   return 0;
}

C++ 指针

学习 C++ 的指针既简单又有趣。通过指针，可以简化一些 C++ 编程任务的执行，还有一些任务，如动态内存分配，没有指针是无法执行的。所以，想要成为一名优秀的 C++ 程序员，学习指针是很有必要的。

正如您所知道的，每一个变量都有一个内存位置，每一个内存位置都定义了可使用连字号（&）运算符访问的地址，它表示了在内存中的一个地址。请看下面的实例，它将输出定义的变量地址：

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#include <iostream>
 
using namespace std;
 
int main ()
{
   int  var1;
   char var2[10];
 
   cout << "var1 变量的地址： ";
   cout << &var1 << endl;
 
   cout << "var2 变量的地址： ";
   cout << &var2 << endl;
 
   return 0;
}

什么是指针？

指针是一个变量，其值为另一个变量的地址，即，内存位置的直接地址。就像其他变量或常量一样，您必须在使用指针存储其他变量地址之前，对其进行声明。指针变量声明的一般形式为：

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type *var-name;

在这里，type 是指针的基类型，它必须是一个有效的 C++ 数据类型，var-name 是指针变量的名称。用来声明指针的星号 * 与乘法中使用的星号是相同的。但是，在这个语句中，星号是用来指定一个变量是指针。以下是有效的指针声明：

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int    *ip;    /* 一个整型的指针 */
double *dp;    /* 一个 double 型的指针 */
float  *fp;    /* 一个浮点型的指针 */
char   *ch;    /* 一个字符型的指针 */

所有指针的值的实际数据类型，不管是整型、浮点型、字符型，还是其他的数据类型，都是一样的，都是一个代表内存地址的长的十六进制数。不同数据类型的指针之间唯一的不同是，指针所指向的变量或常量的数据类型不同。

C++ 中使用指针

使用指针时会频繁进行以下几个操作：定义一个指针变量、把变量地址赋值给指针、访问指针变量中可用地址的值。这些是通过使用一元运算符 ***** 来返回位于操作数所指定地址的变量的值。下面的实例涉及到了这些操作：

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#include <iostream>
 
using namespace std;
 
int main ()
{
   int  var = 20;   // 实际变量的声明
   int  *ip;        // 指针变量的声明
 
   ip = &var;       // 在指针变量中存储 var 的地址
 
   cout << "Value of var variable: ";
   cout << var << endl;
 
   // 输出在指针变量中存储的地址
   cout << "Address stored in ip variable: ";
   cout << ip << endl;
 
   // 访问指针中地址的值
   cout << "Value of *ip variable: ";
   cout << *ip << endl;
 
   return 0;
}
概念 描述
C++ Null 指针 C++ 支持空指针。NULL 指针是一个定义在标准库中的值为零的常量。
C++ 指针的算术运算 可以对指针进行四种算术运算：++、–、+、-
C++ 指针 vs 数组 指针和数组之间有着密切的关系。
C++ 指针数组 可以定义用来存储指针的数组。
C++ 指向指针的指针 C++ 允许指向指针的指针。
C++ 传递指针给函数 通过引用或地址传递参数，使传递的参数在调用函数中被改变。
C++ 从函数返回指针 C++ 允许函数返回指针到局部变量、静态变量和动态内存分配。

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。

引用必须在定义时初始化，并且一旦绑定到一个变量后，就不能再绑定到其他变量。

引用的语法如下：

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int a = 10;
int &ref = a;  // ref 是 a 的引用
  • int &ref 表示 ref 是一个 int 类型的引用。
  • ref 是 a 的别名，对 ref 的操作会直接作用于 a。

C++ 引用 vs 指针

引用很容易与指针混淆，它们之间有三个主要的不同：

  • 不存在空引用，引用必须连接到一块合法的内存。
  • 一旦引用被初始化为一个对象，就不能被指向到另一个对象。指针可以在任何时候指向到另一个对象。
  • 引用必须在创建时被初始化。指针可以在任何时间被初始化。
  • 引用的对象必须是一个变量，而指针必须是一个地址。
特性 引用 指针
定义与初始化 必须初始化，且不能为 null。 可以不初始化，可以在后续代码中指向其他对象，可以为 null。
语法 使用 & 声明，例如：int &ref = a; 使用 * 声明，例如：int *ptr = &a;
重新绑定 不能重新绑定，一旦初始化后始终引用同一个对象。 可以重新指向其他对象，例如：ptr = &b;
空值（Nullability） 不能为 null，必须绑定到有效的对象。 可以为 null，表示不指向任何对象。
内存占用 不占用额外内存（编译器通常将其优化为直接操作所引用的对象）。 占用额外内存（存储地址，通常是一个机器字长，如4字节或8字节）。
访问方式 直接使用，无需解引用操作符，例如：ref = 10; 需要使用 * 解引用操作符访问或修改所指向的对象，例如：*ptr = 10;
多级间接访问 不支持多级间接访问（不能有引用的引用）。 支持多级间接访问（如指针的指针：int **pptr;）。
函数参数传递 常用于函数参数传递，语法简洁，例如：void func(int &x) { x = 10; } 也可以用于函数参数传递，但需要使用解引用操作符，例如：void func(int *x) { *x = 10; }
数组与引用 不能直接创建引用数组，但可以创建数组的引用，例如：int (&ref)[10] = arr; 可以创建指针数组，也可以创建指向数组的指针，例如：int *ptrArr[10];
安全性 更安全，不能为 null，且语法更直观。 更灵活，但容易出错（如空指针、野指针等）。
底层实现 通常通过指针实现，但编译器会优化为直接操作所引用的对象。 直接存储目标对象的内存地址。

C++ 中创建引用

试想变量名称是变量附属在内存位置中的标签，您可以把引用当成是变量附属在内存位置中的第二个标签。因此，您可以通过原始变量名称或引用来访问变量的内容。例如：

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int i = 17;

我们可以为 i 声明引用变量，如下所示：

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int&  r = i;
double& s = d;

在这些声明中，& 读作引用。

因此，第一个声明可以读作 “r 是一个初始化为 i 的整型引用”，第二个声明可以读作 “s 是一个初始化为 d 的 double 型引用”。

引用通常用于函数参数列表和函数返回值。下面列出了 C++ 程序员必须清楚的两个与 C++ 引用相关的重要概念：

概念 描述
把引用作为参数 C++ 支持把引用作为参数传给函数，这比传一般的参数更安全。
把引用作为返回值 可以从 C++ 函数中返回引用，就像返回其他数据类型一样。

C++ 结构体

C/C++ 数组允许定义可存储相同类型数据项的变量，但是结构是 C++ 中另一种用户自定义的可用的数据类型，它允许您存储不同类型的数据项。

结构用于表示一条记录，假设您想要跟踪图书馆中书本的动态，您可能需要跟踪每本书的下列属性：

  • Title ：标题
  • Author ：作者
  • Subject ：类目
  • Book ID ：书的 ID

定义结构

在 C++ 中，struct 语句用于定义结构体（structure）。

结构体是一种用户自定义的数据类型，用于将不同类型的数据组合在一起。与类（class）类似，结构体允许你定义成员变量和成员函数。

为了定义结构，您必须使用 struct 语句。struct 语句定义了一个包含多个成员的新的数据类型

访问结构成员

为了访问结构的成员，我们使用成员访问运算符（.）。成员访问运算符是结构变量名称和我们要访问的结构成员之间的一个句号。

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#include <iostream>
#include <cstring>
 
using namespace std;
 
// 声明一个结构体类型 Books 
struct Books
{
   char  title[50];
   char  author[50];
   char  subject[100];
   int   book_id;
};
 
int main( )
{
   Books Book1;        // 定义结构体类型 Books 的变量 Book1
   Books Book2;        // 定义结构体类型 Books 的变量 Book2
 
   // Book1 详述
   strcpy( Book1.title, "C++ 教程");
   strcpy( Book1.author, "Runoob"); 
   strcpy( Book1.subject, "编程语言");
   Book1.book_id = 12345;
 
   // Book2 详述
   strcpy( Book2.title, "CSS 教程");
   strcpy( Book2.author, "Runoob");
   strcpy( Book2.subject, "前端技术");
   Book2.book_id = 12346;
 
   // 输出 Book1 信息
   cout << "第一本书标题 : " << Book1.title <<endl;
   cout << "第一本书作者 : " << Book1.author <<endl;
   cout << "第一本书类目 : " << Book1.subject <<endl;
   cout << "第一本书 ID : " << Book1.book_id <<endl;
 
   // 输出 Book2 信息
   cout << "第二本书标题 : " << Book2.title <<endl;
   cout << "第二本书作者 : " << Book2.author <<endl;
   cout << "第二本书类目 : " << Book2.subject <<endl;
   cout << "第二本书 ID : " << Book2.book_id <<endl;
 
   return 0;
}

结构作为函数参数

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#include <iostream>
#include <cstring>
 
using namespace std;
void printBook( struct Books book );
 
// 声明一个结构体类型 Books 
struct Books
{
   char  title[50];
   char  author[50];
   char  subject[100];
   int   book_id;
};
 
int main( )
{
   Books Book1;        // 定义结构体类型 Books 的变量 Book1
   Books Book2;        // 定义结构体类型 Books 的变量 Book2
 
    // Book1 详述
   strcpy( Book1.title, "C++ 教程");
   strcpy( Book1.author, "Runoob"); 
   strcpy( Book1.subject, "编程语言");
   Book1.book_id = 12345;
 
   // Book2 详述
   strcpy( Book2.title, "CSS 教程");
   strcpy( Book2.author, "Runoob");
   strcpy( Book2.subject, "前端技术");
   Book2.book_id = 12346;
 
   // 输出 Book1 信息
   printBook( Book1 );
 
   // 输出 Book2 信息
   printBook( Book2 );
 
   return 0;
}
void printBook( struct Books book )
{
   cout << "书标题 : " << book.title <<endl;
   cout << "书作者 : " << book.author <<endl;
   cout << "书类目 : " << book.subject <<endl;
   cout << "书 ID : " << book.book_id <<endl;
}

结构体的各个部分详细介绍

  • **struct 关键字：**用于定义结构体，它告诉编译器后面要定义的是一个自定义类型。
  • **成员变量：**成员变量是结构体中定义的数据项，它们可以是任何基本类型或其他自定义类型。在 struct 中，这些成员默认是 public，可以直接访问。
  • **成员函数：**结构体中也可以包含成员函数，这使得结构体在功能上类似于类。成员函数可以操作结构体的成员变量，提供对数据的封装和操作。
  • **访问权限：**与 class 类似，你可以在 struct 中使用 public、private 和 protected 来定义成员的访问权限。在 struct 中，默认所有成员都是 public，而 class 中默认是 private。

结构体与类的区别

在 C++ 中，struct 和 class 本质上非常相似，唯一的区别在于默认的访问权限：

  • struct 默认的成员和继承是 public。
  • class 默认的成员和继承是 private。

你可以将 struct 当作一种简化形式的 class，适合用于没有太多复杂功能的简单数据封装。

结构体与函数的结合

你可以通过构造函数初始化结构体，还可以通过引用传递结构体来避免不必要的拷贝。

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struct Books {
    string title;
    string author;
    string subject;
    int book_id;

    // 构造函数
    Books(string t, string a, string s, int id)
        : title(t), author(a), subject(s), book_id(id) {}

    void printInfo() const {
        cout << "书籍标题: " << title << endl;
        cout << "书籍作者: " << author << endl;
        cout << "书籍类目: " << subject << endl;
        cout << "书籍 ID: " << book_id << endl;
    }
};

void printBookByRef(const Books& book) {
    book.printInfo();
}

C++ 类 & 对象

C++ 在 C 语言的基础上增加了面向对象编程，C++ 支持面向对象程序设计。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，是一种用户自定义的数据类型，它是一种封装了数据和函数的组合。类中的数据称为成员变量，函数称为成员函数。类可以被看作是一种模板，可以用来创建具有相同属性和行为的多个对象。

C++ 类定义

定义一个类需要使用关键字 class，然后指定类的名称，并类的主体是包含在一对花括号中，主体包含类的成员变量和成员函数。

定义一个类，本质上是定义一个数据类型的蓝图，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。

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class Box
{
   public:
      double length;   // 盒子的长度
      double breadth;  // 盒子的宽度
      double height;   // 盒子的高度
};

定义 C++ 对象

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Box Box1;          // 声明 Box1，类型为 Box
Box Box2;          // 声明 Box2，类型为 Box

访问数据成员

类的对象的公共数据成员可以使用直接成员访问运算符 . 来访问。

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#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class Box
{
   public:
      double length;   // 长度
      double breadth;  // 宽度
      double height;   // 高度
      // 成员函数声明
      double get(void);
      void set( double len, double bre, double hei );
};
// 成员函数定义
double Box::get(void)
{
    return length * breadth * height;
}
 
void Box::set( double len, double bre, double hei)
{
    length = len;
    breadth = bre;
    height = hei;
}
int main( )
{
   Box Box1;        // 声明 Box1，类型为 Box
   Box Box2;        // 声明 Box2，类型为 Box
   Box Box3;        // 声明 Box3，类型为 Box
   double volume = 0.0;     // 用于存储体积
 
   // box 1 详述
   Box1.height = 5.0; 
   Box1.length = 6.0; 
   Box1.breadth = 7.0;
 
   // box 2 详述
   Box2.height = 10.0;
   Box2.length = 12.0;
   Box2.breadth = 13.0;
 
   // box 1 的体积
   volume = Box1.height * Box1.length * Box1.breadth;
   cout << "Box1 的体积：" << volume <<endl;
 
   // box 2 的体积
   volume = Box2.height * Box2.length * Box2.breadth;
   cout << "Box2 的体积：" << volume <<endl;
 
 
   // box 3 详述
   Box3.set(16.0, 8.0, 12.0); 
   volume = Box3.get(); 
   cout << "Box3 的体积：" << volume <<endl;
   return 0;
}

需要注意的是，私有的成员和受保护的成员不能使用直接成员访问运算符 (.) 来直接访问。我们将在后续的教程中学习如何访问私有成员和受保护的成员。

类 & 对象详解

概念 描述
类成员函数 类的成员函数是指那些把定义和原型写在类定义内部的函数，就像类定义中的其他变量一样。
类访问修饰符 类成员可以被定义为 public、private 或 protected。默认情况下是定义为 private。
构造函数 & 析构函数 类的构造函数是一种特殊的函数，在创建一个新的对象时调用。类的析构函数也是一种特殊的函数，在删除所创建的对象时调用。
C++ 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。
C++ 友元函数 友元函数可以访问类的 private 和 protected 成员。
C++ 内联函数 通过内联函数，编译器试图在调用函数的地方扩展函数体中的代码。
C++ 中的 this 指针 每个对象都有一个特殊的指针 this，它指向对象本身。
C++ 中指向类的指针 指向类的指针方式如同指向结构的指针。实际上，类可以看成是一个带有函数的结构。
C++ 类的静态成员 类的数据成员和函数成员都可以被声明为静态的。

C++ 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。

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


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

基类 & 派生类

一个类可以派生自多个类，这意味着，它可以从多个基类继承数据和函数。定义一个派生类，我们使用一个类派生列表来指定基类。类派生列表以一个或多个基类命名，形式如下：

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class derived-class: access-specifier base-class

其中，访问修饰符 access-specifier 是 public、protected 或 private 其中的一个，base-class 是之前定义过的某个类的名称。如果未使用访问修饰符 access-specifier，则默认为 private。

假设有一个基类 Shape，Rectangle 是它的派生类，如下所示：

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#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。

我们可以根据访问权限总结出不同的访问类型，如下所示：

访问 public protected private
同一个类 yes yes yes
派生类 yes yes no
外部的类 yes no no

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。

继承类型

当一个类派生自基类，该基类可以被继承为 public、protected 或 private 几种类型。继承类型是通过上面讲解的访问修饰符 access-specifier 来指定的。

我们几乎不使用 protected 或 private 继承，通常使用 public 继承。当使用不同类型的继承时，遵循以下几个规则：

  • 公有继承（public）：当一个类派生自公有基类时，基类的公有成员也是派生类的公有成员，基类的保护成员也是派生类的保护成员，基类的私有成员不能直接被派生类访问，但是可以通过调用基类的公有和保护成员来访问。
  • 保护继承（protected）： 当一个类派生自保护基类时，基类的公有和保护成员将成为派生类的保护成员。
  • 私有继承（private）：当一个类派生自私有基类时，基类的公有和保护成员将成为派生类的私有成员。

多继承

多继承即一个子类可以有多个父类，它继承了多个父类的特性。

C++ 类可以从多个类继承成员，语法如下：

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class <派生类名>:<继承方式1><基类名1>,<继承方式2><基类名2>,…
{
<派生类类体>
};

其中，访问修饰符继承方式是 public、protected 或 private 其中的一个，用来修饰每个基类，各个基类之间用逗号分隔，如上所示。现在让我们一起看看下面的实例：

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#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++ 重载运算符和重载函数

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++ 中的函数重载

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。您不能仅通过返回类型的不同来重载函数。

下面的实例中，同名函数 print() 被用于输出不同的数据类型：

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#include <iostream>
using namespace std;
 
class printData
{
   public:
      void print(int i) {
        cout << "整数为: " << i << endl;
      }
 
      void print(double  f) {
        cout << "浮点数为: " << f << endl;
      }
 
      void print(char c[]) {
        cout << "字符串为: " << c << endl;
      }
};
 
int main(void)
{
   printData pd;
 
   // 输出整数
   pd.print(5);
   // 输出浮点数
   pd.print(500.263);
   // 输出字符串
   char c[] = "Hello C++";
   pd.print(c);
 
   return 0;
}#include <iostream>
using namespace std;
 
class printData
{
   public:
      void print(int i) {
        cout << "整数为: " << i << endl;
      }
 
      void print(double  f) {
        cout << "浮点数为: " << f << endl;
      }
 
      void print(char c[]) {
        cout << "字符串为: " << c << endl;
      }
};
 
int main(void)
{
   printData pd;
 
   // 输出整数
   pd.print(5);
   // 输出浮点数
   pd.print(500.263);
   // 输出字符串
   char c[] = "Hello C++";
   pd.print(c);
 
   return 0;
}

C++ 中的运算符重载

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。

可重载运算符/不可重载运算符

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)

C++ 多态

多态按字面的意思就是多种形态。

当类之间存在层次结构，并且类之间是通过继承关联时，就会用到多态。

在 C++ 中，多态（Polymorphism）是面向对象编程的重要特性之一。

C++ 多态允许使用基类指针或引用来调用子类的重写方法，从而使得同一接口可以表现不同的行为。

多态使得代码更加灵活和通用，程序可以通过基类指针或引用来操作不同类型的对象，而不需要显式区分对象类型。这样可以使代码更具扩展性，在增加新的形状类时不需要修改主程序。

以下是多态的几个关键点：

虚函数（Virtual Functions）：

  • 在基类中声明一个函数为虚函数，使用关键字virtual。
  • 派生类可以重写（override）这个虚函数。
  • 调用虚函数时，会根据对象的实际类型来决定调用哪个版本的函数。

动态绑定（Dynamic Binding）：

  • 也称为晚期绑定（Late Binding），在运行时确定函数调用的具体实现。
  • 需要使用指向基类的指针或引用来调用虚函数，编译器在运行时根据对象的实际类型来决定调用哪个函数。

纯虚函数（Pure Virtual Functions）：

  • 一个包含纯虚函数的类被称为抽象类（Abstract Class），它不能被直接实例化。
  • 纯虚函数没有函数体，声明时使用= 0。
  • 它强制派生类提供具体的实现。

多态的实现机制：

  • 虚函数表（V-Table）：C++运行时使用虚函数表来实现多态。每个包含虚函数的类都有一个虚函数表，表中存储了指向类中所有虚函数的指针。
  • 虚函数指针（V-Ptr）：对象中包含一个指向该类虚函数表的指针。

使用多态的优势：

  • 代码复用：通过基类指针或引用，可以操作不同类型的派生类对象，实现代码的复用。
  • 扩展性：新增派生类时，不需要修改依赖于基类的代码，只需要确保新类正确重写了虚函数。
  • 解耦：多态允许程序设计更加模块化，降低类之间的耦合度。

注意事项：

  • 只有通过基类的指针或引用调用虚函数时，才会发生多态。
  • 如果直接使用派生类的对象调用函数，那么调用的是派生类中的版本，而不是基类中的版本。
  • 多态性需要运行时类型信息（RTTI），这可能会增加程序的开销。
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#include <iostream>
using namespace std;

// 基类 Animal
class Animal {
public:
    // 虚函数 sound，为不同的动物发声提供接口
    virtual void sound() const {
        cout << "Animal makes a sound" << endl;
    }
    
    // 虚析构函数确保子类对象被正确析构
    virtual ~Anial() { 
        cout << "Animal destroyed" << endl; 
    }
};

// 派生类 Dog，继承自 Animal
class Dog : public Animal {
public:
    // 重写 sound 方法
    void sound() const override {
        cout << "Dog barks" << endl;
    }
    
    ~Dog() {
        cout << "Dog destroyed" << endl;
    }
};

// 派生类 Cat，继承自 Animal
class Cat : public Animal {
public:
    // 重写 sound 方法
    void sound() const override {
        cout << "Cat meows" << endl;
    }
    
    ~Cat() {
        cout << "Cat destroyed" << endl;
    }
};

// 测试多态
int main() {
    Animal* animalPtr;  // 基类指针

    // 创建 Dog 对象，并指向 Animal 指针
    animalPtr = new Dog();
    animalPtr->sound();  // 调用 Dog 的 sound 方法
    delete animalPtr;    // 释放内存，调用 Dog 和 Animal 的析构函数

    // 创建 Cat 对象，并指向 Animal 指针
    animalPtr = new Cat();
    animalPtr->sound();  // 调用 Cat 的 sound 方法
    delete animalPtr;    // 释放内存，调用 Cat 和 Animal 的析构函数

    return 0;
}

C++ 数据抽象

数据抽象是指，只向外界提供关键信息，并隐藏其后台的实现细节，即只表现必要的信息而不呈现细节。

数据抽象是一种依赖于接口和实现分离的编程（设计）技术。

让我们举一个现实生活中的真实例子，比如一台电视机，您可以打开和关闭、切换频道、调整音量、添加外部组件（如喇叭、录像机、DVD 播放器），但是您不知道它的内部实现细节，也就是说，您并不知道它是如何通过缆线接收信号，如何转换信号，并最终显示在屏幕上。

因此，我们可以说电视把它的内部实现和外部接口分离开了，您无需知道它的内部实现原理，直接通过它的外部接口（比如电源按钮、遥控器、声量控制器）就可以操控电视。

现在，让我们言归正传，就 C++ 编程而言，C++ 类为数据抽象提供了可能。它们向外界提供了大量用于操作对象数据的公共方法，也就是说，外界实际上并不清楚类的内部实现。

例如，您的程序可以调用 sort() 函数，而不需要知道函数中排序数据所用到的算法。实际上，函数排序的底层实现会因库的版本不同而有所差异，只要接口不变，函数调用就可以照常工作。

访问标签强制抽象

在 C++ 中，我们使用访问标签来定义类的抽象接口。一个类可以包含零个或多个访问标签：

  • 使用公共标签定义的成员都可以访问该程序的所有部分。一个类型的数据抽象视图是由它的公共成员来定义的。
  • 使用私有标签定义的成员无法访问到使用类的代码。私有部分对使用类型的代码隐藏了实现细节。

访问标签出现的频率没有限制。每个访问标签指定了紧随其后的成员定义的访问级别。指定的访问级别会一直有效，直到遇到下一个访问标签或者遇到类主体的关闭右括号为止。

数据抽象的好处

数据抽象有两个重要的优势：

  • 类的内部受到保护，不会因无意的用户级错误导致对象状态受损。
  • 类实现可能随着时间的推移而发生变化，以便应对不断变化的需求，或者应对那些要求不改变用户级代码的错误报告。

如果只在类的私有部分定义数据成员，编写该类的作者就可以随意更改数据。如果实现发生改变，则只需要检查类的代码，看看这个改变会导致哪些影响。如果数据是公有的，则任何直接访问旧表示形式的数据成员的函数都可能受到影响。

设计策略

抽象把代码分离为接口和实现。所以在设计组件时，必须保持接口独立于实现，这样，如果改变底层实现，接口也将保持不变。

在这种情况下，不管任何程序使用接口，接口都不会受到影响，只需要将最新的实现重新编译即可。

C++ 数据封装

数据封装（Data Encapsulation）是面向对象编程（OOP）的一个基本概念，它通过将数据和操作数据的函数封装在一个类中来实现。这种封装确保了数据的私有性和完整性，防止了外部代码对其直接访问和修改。

所有的 C++ 程序都有以下两个基本要素：

  • **程序语句（代码）：**这是程序中执行动作的部分，它们被称为函数。
  • **程序数据：**数据是程序的信息，会受到程序函数的影响。

封装是面向对象编程中的把数据和操作数据的函数绑定在一起的一个概念，这样能避免受到外界的干扰和误用，从而确保了安全。数据封装引申出了另一个重要的 OOP 概念，即数据隐藏。

数据封装是一种把数据和操作数据的函数捆绑在一起的机制，数据抽象是一种仅向用户暴露接口而把具体的实现细节隐藏起来的机制。