《c++编程实例》课件

C++编程实例本课件将介绍一些C++编程的实用实例，通过示例代码演示各种编程技巧和概念。C++语言概述发展历史C++诞生于20世纪80年代初，由贝尔实验室的BjarneStroustrup设计。它是一种强类型、面向对象的编程语言，具有丰富的功能和强大的性能。C++被广泛应用于系统软件、游戏开发、嵌入式系统等领域。主要特点C++支持面向对象编程、泛型编程、模板元编程等技术，并提供高效的内存管理机制。它还兼容C语言，可以访问底层硬件，并提供低级编程的功能。应用场景C++被广泛应用于游戏开发、操作系统、数据库、网络编程、图形处理等领域。由于其高效性和灵活性，C++在高性能计算、嵌入式系统、人工智能等方面也发挥着重要的作用。C++环境搭建与程序结构1代码编辑器VisualStudioCode,SublimeText,Notepad++等2编译器将源代码转换为机器可执行文件3链接器将编译后的目标文件链接在一起选择合适的代码编辑器，进行代码编写。编译器将源代码转换成机器可执行文件，链接器将多个目标文件链接在一起。在程序运行时，操作系统会加载可执行文件到内存中，然后CPU逐条执行指令。基本数据类型与变量基本数据类型整数、浮点数、字符等，用于存储不同类型数据。变量定义使用数据类型声明变量，分配内存空间，用于存储数据。变量赋值使用赋值运算符将数据存储到变量中。运算符与表达式算术运算符算术运算符用于执行基本的数学运算，如加减乘除，例如"+"表示加法，"-"表示减法。关系运算符关系运算符用于比较两个操作数的值，例如"=="表示相等，"!="表示不等。逻辑运算符逻辑运算符用于组合多个表达式，并根据其结果判断真假，例如"&&"表示逻辑与，"||"表示逻辑或。位运算符位运算符在位级别上操作操作数，用于进行高效的位操作，例如"&"表示按位与，"|"表示按位或。程序控制语句顺序结构程序按照代码顺序执行，从上到下，一步一步地进行。选择结构程序根据条件判断结果，选择执行不同的代码分支，例如if-else语句。循环结构程序根据条件判断结果，重复执行一段代码，例如for循环、while循环。函数和函数重载1函数定义函数是一段代码块，用于执行特定任务，通过函数名调用。2函数参数函数可以接受参数，用于传递数据，并在函数内部使用。3函数返回值函数可以返回一个值，表示执行结果，可用于其他部分使用。4函数重载使用相同函数名，但参数列表不同的函数，可提高代码可读性。复合数据类型-数组定义与声明数组是一种存储相同类型元素的集合，使用连续内存空间存储。使用类型名称和方括号声明数组，并在方括号中指定数组大小。访问元素数组元素通过索引访问，索引从0开始，到数组大小减1结束。可以使用索引操作符[]访问数组元素。初始化可以使用列表初始化或循环初始化数组元素。可以初始化数组的一部分元素，剩余部分自动初始化为0。数组操作可以使用循环遍历数组元素，并对每个元素进行操作。可以使用函数传递数组作为参数，进行数组操作。复合数据类型-结构体11.自定义数据类型结构体允许程序员创建自定义的数据类型，用于组织和存储相关数据项。22.成员变量结构体包含多个成员变量，可以是不同类型的数据，例如整数、浮点数、字符等。33.内存分配结构体成员变量在内存中连续分配，形成一个整体，便于访问和操作。44.应用场景结构体常用于表示现实世界中的实体，例如学生、商品、时间等。面向对象编程基础面向对象编程将程序看作是一组相互协作的对象，每个对象都拥有自己的状态和行为。抽象将现实世界的概念抽象成编程语言中的类和对象，并定义它们的行为和属性。封装隐藏对象内部的细节，只暴露必要的接口供外部访问。继承创建新的类（子类）时可以继承现有类的属性和方法，减少代码重复。类和对象类类是抽象的数据类型，描述一组对象的共同属性和行为。对象对象是类的实例，具有类定义的属性和方法。数据成员描述对象的属性，对应类的成员变量。成员函数定义对象的行动，对应类的成员方法。访问控制与封装访问控制访问控制机制用于保护类成员的私密性。使用访问修饰符来控制成员的访问权限，例如private、protected和public。通过控制成员的访问权限，可以防止意外修改或误用类成员，提高代码的安全性。封装封装是指将数据和操作数据的方法隐藏在类的内部，外界只能通过接口访问这些数据和方法。封装的目的是为了将类的内部实现细节隐藏起来，保护数据，提高代码的可维护性和可重用性。继承和多态继承C++中的继承允许创建新类（派生类）基于现有类（基类）。派生类继承基类的属性和方法，并可以添加新的属性和方法。多态多态是指同一操作作用于不同的对象，可以产生不同的结果。C++通过虚函数和虚基类实现多态，增强代码灵活性和可扩展性。虚函数和虚基类虚函数虚函数允许子类重写父类的函数行为，实现多态性。通过使用关键字"virtual"声明函数为虚函数，编译器在运行时动态绑定方法调用。虚基类虚基类用于解决多重继承中成员数据重复定义的问题。通过使用关键字"virtual"声明基类为虚基类，确保所有派生类共享相同的基类部分。模板编程代码复用模板编程允许您编写通用的代码，可用于不同数据类型，无需为每种数据类型编写单独的代码。类型安全编译器在编译时检查模板代码，确保代码的类型安全，避免运行时错误。算法通用性模板编程可以编写通用的算法，适用于各种数据类型和容器。异常处理机制1错误处理程序运行时出现错误，如除数为零或文件打开失败。2异常类型C++提供标准异常类，用于处理各种错误情况。3异常处理块try块用于包含可能引发异常的代码，catch块用于处理异常。4异常传播未处理的异常会向上传播，直到被catch块捕获或程序终止。文件输入输出文件输入从文件读取数据，将文件内容导入到程序中。例如，读取文本文件、图像文件、音频文件等。文件输出将程序数据写入到文件，将程序结果保存到文件中。例如，保存文本信息、生成报表、存储图像、音频等。标准模板库STL通用算法STL提供各种通用算法，可以用于对容器中的元素进行操作，例如排序、查找、复制和删除等。容器STL提供各种容器，例如向量、列表、集合和映射等，可以存储不同类型的数据，并提供高效的访问和操作方法。迭代器迭代器是STL的关键概念，它允许以统一的方式访问和操作不同类型容器中的元素。函数对象函数对象可以像函数一样被调用，但它们可以存储状态，并可以被用作算法的参数，以定制算法的行为。容器类型-顺序容器1顺序容器顺序容器中的元素按照特定的顺序进行存储，并根据其位置进行访问。2主要顺序容器包括vector、list、deque、array和forward_list，每个容器都提供不同的数据结构和访问方式。3常见操作常见的操作包括插入、删除、访问、迭代和大小调整，根据容器类型实现不同的算法。4选择合适的容器根据应用程序的需求，选择合适的顺序容器，以提高代码效率和可读性。容器类型-关联容器关联容器以键值对形式存储数据，提供高效的查找、插入和删除操作。树形结构通常基于树形数据结构实现，通过键值比较进行快速查找和排序。哈希表使用哈希函数将键映射到哈希表中，实现快速查找和插入。集合存储唯一元素，用于快速查找、添加和删除元素。算法库算法设计算法库包含各种预定义算法，涵盖排序、查找、搜索等任务，提高开发效率。算法库算法库包含一系列算法函数，无需重新编写，直接调用，简化代码。数据结构算法库支持各种数据结构，如向量、列表、集合、映射，方便数据操作。算法分析算法库提供算法分析功能，帮助评估算法效率和性能，优化代码。迭代器迭代器概念迭代器是C++STL中提供的一种抽象概念，它可以访问容器中的元素，并提供遍历容器的机制。迭代器可以被看作是容器的指针，但它更通用，可以用于访问不同类型容器中的元素。迭代器类型C++STL提供多种类型的迭代器，例如输入迭代器、输出迭代器、前向迭代器、双向迭代器和随机访问迭代器。不同的迭代器类型提供不同的访问功能，例如，输入迭代器只能读取容器中的元素，而随机访问迭代器可以随机访问容器中的任意元素。仿函数行为类似函数仿函数(Functor)是一种行为类似函数的对象，可以通过重载operator()操作符来实现类似函数调用的行为。提供灵活定制仿函数可以用于自定义算法，例如排序规则、谓词判断等，为程序提供更高的灵活性和可扩展性。示例例如，我们可以创建一个仿函数，它接收一个字符串作为参数，并返回该字符串的长度。优势仿函数提供了一种面向对象的方式来表示和使用函数行为，它可以方便地与STL算法和容器配合使用。适配器函数适配器函数适配器用于修改函数对象的行为，如改变参数个数或返回值类型。常见的函数适配器包括std::bind1st、std::bind2nd、std::mem_fun、std::mem_fun_ref等。迭代器适配器迭代器适配器用于修改迭代器的行为，例如反向迭代、插入迭代器、流迭代器等。它们提供了一种更灵活的方式来遍历容器和访问元素。内存管理程序运行时需要从系统分配内存空间。有效管理内存，避免内存泄漏和内存溢出。程序无法释放已分配的内存，导致资源浪费。访问超出分配的内存区域，导致程序崩溃。动态内存分配new运算符使用new运算符在堆上分配内存。程序员可以根据需要申请任意大小的内存空间。delete运算符使用delete运算符释放分配的内存空间。及时释放内存可以避免内存泄漏和程序崩溃。内存管理动态内存分配需要程序员手动管理内存，包括申请和释放，否则可能导致内存泄漏和程序崩溃。智能指针1自动内存管理智能指针自动释放分配的内存，避免内存泄漏问题。2RAII机制资源获取即初始化，通过对象生命周期管理资源。3提高代码安全性防止悬空指针，提供异常安全保障。4提高代码可读性减少手动内存管理代码，提高代码可读性。C++11新特性自动类型推断auto关键字自动推断变量类型，简化代码编写，提高代码可读性。范围for循环简化遍历容器，减少代码量，提高代码效率。nullptrnullptr作为空指针常量，消除空指针类型安全隐患。智能指针智能指针自动管理内存，减少内存泄漏风险，提高代码健壮性。编程规范与调试技巧1代码风格一致的缩进、命名规范、注释习惯，提高代码可读性、可维护性，方便团队合作。2调试工具使用调试器设置断点、单步执行，查看变量值，定位代码错误。3错误日志记录错误信息、堆栈跟踪，帮助分析错误原因，快速解决问题。4测试驱动开发编写测试用例，验证代码功能，确保代码质量，提高代码可靠性。项目实战案例通过实际项目案例，将理论知识与实践相结合，帮助学生巩固C++编程技