第一弹：C++ 的基本知识概述

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知识点 1：C++ 的概述

1. C++的特征

C++ 是对 C 的扩展，语言在 C 语言的基础上添加了面向对象编程和泛型编程的支持。

1. C++ 继承 C 语言的思想：具备 C 语言面向过程的思想，语言高效、简洁，具有可移植性。
2. C++ 具备面向对象程序设计思想。
3. 模板支持的泛型编程。

2. C++ 程序的编辑、编译和执行

由于 C++ 继承了 C 语言的特性，C 语言程序可以作为 C++ 程序。在 Linux 系统中，GNU 工具中提供了 C++ 编译器 g++，整个程序的编译过程依然分为 4 个阶段：

• 整体编译：g++ 源程序文件 可以使用 -o 指定输出可执行文件名称，如果未指定则默认生成可执行文件 a.out。

1. 预处理阶段：实现预处理指令的执行，头文件的展开、宏定义的替换、语句的选择编译。

   g++ -E hello.c -o hello.i
   

2. 编译阶段：实现预处理后程序语法的检测，并生成汇编指令。

   g++ -S hello.i -o hello.s
   

3. 汇编阶段：将汇编指令翻译为二进制机器指令。

   g++ -C hello.s -o hello.o
   

4. 链接阶段：将程序中所有的 .o 文件进行链接、依赖库链接和启动程序连接。

   g++ hello.o -o hello
   

3. 第一个 C++ 源程序

#include <iostream>    /* 添加头文件：标准库头文件（提供标准输入输出流） */
using namespace std;    /* 名称空间声明 */int main()
{cout << "hello world" << endl;  /* 标准输出流和换行 */return 0;
}

1. C++ 源程序后缀：可以使用 .c、.cxx、.cpp，一般情况将源程序文件后缀设置为 .cpp，可移植性更好。
2. 头文件的包含：#include <iostream>。
3. namespace：用于避免同一个程序中的多个同名变量和函数的访问冲突。
4. cout 和 endl：cout 是标准输出流，定义在 std 命名空间中；endl 是换行标识，同时刷新缓冲区。

4. 面向对象程序设计思想

4.1 面向对象程序设计思想初始

1. 面向过程程序设计思想：以解决问题的思路为步骤，按照步骤先后顺序依次执行逐一解决问题的过程。核心是功能分解，自顶向下，逐层细化（程序 = 数据结构 + 算法）。
2. 面向对象程序设计思想：即 OOP 技术。任何类对象都具有一定的属性和操作行为，属性抽象为数据类型变量，行为抽象为函数及其算法。对象 = 数据结构 + 算法；程序 = 对象 + 对象 + ……

4.2 面向对象程序设计思想的核心

1. 封装：将对象的属性抽象为数据类型的成员变量，对象的行为抽象为成员函数，并使用访问权限修饰符封装。
2. 继承：表示类与类之间的关系，新构造类对象继承原有类对象的属性和行为，有效实现代码重用，避免冗余。
3. 多态：一个接口，多种方法，在程序运行过程中决定接口的具体行为。

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知识点 2：C++ 对 C 的扩展

1. 作用域访问运算符 ::

C++ 增加了作用域访问运算符 ::，可修饰函数和变量的作用域，实现对不同作用域下同名成员变量和函数的访问。语法格式：

作用域::函数和变量符号

• 作用域可以是全局作用域、局部作用域、命名空间域和类域。
• 函数和变量符号可以是 C 函数和变量、类成员函数和变量以及命名空间域成员函数和变量。

1.1 全局变量和局部变量

当作用域和作用域运算符省略时，模块内定义的局部变量覆盖全局变量。

#include <stdio.h>int a = 1;    /* 定义全局变量 */int main()
{int a = 3;  /* 局部变量覆盖全局变量 */printf("a = %d\n", a); printf("::a = %d\n", ::a);  /* 访问全局变量 */
}

1.2 作用域为类域或名称空间域

#include <stdio.h>int a = 1;namespace myspace {int a = 4;  /* 变量 a 的作用域为 myspace 命名空间 */
}int main()
{int a = 3;printf("a = %d\n", a); printf("::a = %d\n", ::a);  /* 访问全局变量 */printf("myspace::a = %d\n", myspace::a);  /* 访问 myspace 中的变量 */
}

2. 名称空间域

将符号常量、变量、函数、结构体、枚举等数据量使用关键字 namespace 的名称空间域进行封装，解决程序中同名导致的访问冲突问题。

2.1 创建命名空间

1. 有名命名空间：

namespace myspace {int a = 5;void show() {printf("myspace -> a = %d\n", a);}
}

2. 无名命名空间：无名命名空间中的成员只能在当前文件中访问，相当于使用 static 修饰。

namespace {int a = 4;int b = 5;
}

2.2 名称空间域成员访问

通过作用域访问运算符访问或声明命名空间后直接访问。

std::cout << "namespace" << std::endl;  /* 访问 std 名称空间域中的 cout 和 endl */
using namespace std;  /* 声明名称空间域 */
cout << "namespace" << endl;  /* 已声明的符号可直接访问 */

2.3 多文件命名空间创建

在实际应用中，可能多个文件中的成员属于同一个名称空间域。注意以下几点：

1. 头文件中不能定义变量和函数，只能声明。
2. 名称空间域中的变量只能在源文件中定义，作用域仅限于该文件。

namespace myspace {void test(void);  /* 在头文件中声明 */
}

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知识点 3：语法增强

1. 数据类型增强

C++ 提供了更严格的类型检查和更丰富的数据类型支持，例如 bool 类型。

bool flag = true;  /* 在 C++ 中直接支持 bool 类型 */

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知识点 4：函数重载和默认参数

1. 函数重载

C++ 支持同名但参数不同的函数，这称为函数重载。不同函数根据参数类型、数量或顺序进行区分。

int add(int a, int b) { return a + b; }
float add(float a, float b) { return a + b; }

2. 默认参数

在函数声明时，可以为形参设置默认值，调用函数时如果没有传递实参，则使用默认值。

void printVal(int a = 0, int b = 0) {printf("a = %d, b = %d\n", a, b);
}

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知识点 5：内存管理

C++ 提供了 new 和 delete 操作符来管理动态内存分配和释放，与 C 语言中的 malloc 和 free 相对。与 C 语言不同，new 自动推导分配空间的大小，并在失败时抛出异常。

int *p = new int;  /* 动态分配单个 int 类型元素存储空间 */
delete p;  /* 释放动态分配的内存 */

2. new 和 malloc 的区别

在 C++ 中，new 和 malloc 都用于动态内存管理，但它们之间有一些重要区别：

1. 属性不同：

   • new 和 delete 是 C++ 的运算符，由编译器支持；可以重载。
   • malloc 和 free 是 C 语言的库函数，需要包含头文件 <stdlib.h>；无法重载。

2. 使用方式不同：

   • malloc 动态开辟内存时，需要显示指定申请的内存大小，并返回 void* 类型指针，通常需要进行类型转换。

     int *malloc_p = (int *)malloc(4);  /* 开辟 4 字节的空间 */
     free(malloc_p);
     

   • new 动态开辟内存时，自动分配适合数据类型大小的内存，并返回相应类型的指针。

     int *new_p = new int;  /* 根据 int 类型分配内存 */
     delete new_p;
     

3. 存储内存位置不同：

   • malloc 所申请的内存一定位于堆区。
   • new 的内存空间称为自由存储区，默认使用堆区实现自由存储区。自由存储区是 C++ 动态内存分配和释放的概念，实际存储位置由 new 实现决定。

4. 返回类型不同：

   • malloc 返回 void*，需要进行强制类型转换。
   • new 返回指定类型的指针，无需强制类型转换。

5. 分配失败处理：

   • malloc 失败时返回 NULL，需要手动检查是否为空。
   • new 失败时抛出 bad_alloc 异常。

6. 构造与析构：

   • malloc 仅分配内存，不调用构造函数，需要手动初始化对象。
   • new 会自动调用对象的构造函数，delete 会自动调用析构函数。

7. 内存扩展：

   • malloc 可以使用 realloc 来扩展已经分配的内存。
   • new 没有内存扩展机制，必须重新分配内存并手动迁移数据。

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知识点 6：函数的占位参数

所谓的函数占位参数，指的是在函数定义时，形参列表中有些参数只定义了数据类型而没有定义形参变量名，这些参数仅用于占位。例如：

void func(int a, int = 3)  /* 第二个参数是占位参数，默认值为 3 */
{printf("a = %d\n", a);
}

占位参数可用于区分前置和后置递增/递减运算符的重载。

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知识点 7：内联函数

1. 内联函数的定义

内联函数类似于 C 语言中的宏定义。内联函数通过在函数前加上 inline 关键字来声明，编译器将尽量将其替换为内联代码，减少函数调用的开销。

inline int func(int a) {return a++;
}

类中的成员函数如果定义在类的内部，默认会被视为内联函数。

class Demo {
public:int func(int a) {return a++;  /* 类内部的函数自动为内联函数 */}
};

2. 内联函数的编译规则

虽然 inline 是建议编译器将函数作为内联处理，但编译器根据以下规则决定是否真正将函数内联：

1. 函数体不能包含任何形式的循环语句。
2. 函数体不能有过多的条件判断语句。
3. 函数体不能过于庞大。
4. 不能对函数进行取址操作。

3. 内联函数和普通函数的区别

1. 占用更多存储空间：内联函数在编译时将函数体替换到调用点，因此会占用更多的代码空间。
2. 提高执行效率：内联函数省去了函数调用时的压栈、跳转及返回操作，从而提升执行效率。内联函数本质上是通过“以空间换时间”来提高性能。

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知识点 8：C++中的输入输出

1. 继承 C 语言中的输入输出

C++ 继承了 C 语言的输入输出机制，可以直接使用标准 C 库中的 printf、scanf 等函数实现输入输出。

2. C++ 新增标准输入输出

• 标准输出流 std::cout：
  C++ 提供了 std::cout 作为标准输出流，通过 << 重定向运算符实现输出。

  std::cout << "Hello, World!" << std::endl;  /* 输出字符串并换行 */
  

  注意：

  1. 多个数据输出时，可以使用多个 << 进行链接。
  2. 数据可以是变量或常量。
  3. std::endl 是换行符，等价于 C 语言中的 \n，同时会刷新缓冲区。

• 标准输入流 std::cin：
  std::cin 作为标准输入流，通过 >> 运算符实现数据输入。

  int a;
  std::cin >> a;  /* 从标准输入读取数据赋值给变量 a */
  

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知识点 9：字符串类

在 C++ 中，字符串可以通过字符数组存储，也可以使用 C++ 标准库中的 std::string 类来处理。

1. C 风格字符串：仍然可以使用 C 语言的字符数组存储字符串。
2. std::string 类：C++ 中新增的字符串类提供了更多方便的操作方法和运算符重载，如 + 进行字符串连接，[] 访问字符等。

• +：用于连接两个字符串。
• =：用于赋值操作，相当于 C 语言中的 strcpy。
• +=：在原有字符串后追加新字符串，相当于 C 语言中的 strcat。

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知识点 10：C++ 内存管理

1. C 语言中的内存管理方式

C 语言中的内存管理包括静态分配和动态分配：

1. 静态分配：全局变量、局部变量、常量的存储位置和生命周期是由编译器管理的。
2. 动态分配：使用 malloc、calloc、realloc 函数动态分配内存，在使用完毕后需要调用 free 释放内存。

void *malloc(size_t size);
void free(void *ptr);

2. C++ 内存管理

C++ 继承了 C 语言的内存管理方式，同时新增了使用 new 和 delete 运算符进行动态内存管理：

1. 使用 new 和 delete：

   • new 动态分配内存，delete 释放内存。
   • new 自动调用对象的构造函数，delete 自动调用析构函数。

   int *p = new int;  /* 分配单个 int 类型的空间 */
   delete p;  /* 释放内存 */
   

2. new 和 malloc 的区别：如前面章节中详细介绍。

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知识点 11：函数返回值为引用

在 C++ 中，函数可以返回引用类型。这允许函数返回一个对现有变量的引用，而不是一个新的值。

int& getValue() {static int a = 10;return a;  /* 返回静态变量的引用 */
}

• 引用返回值的优点：可以避免不必要的内存拷贝，提高程序效率。
• 注意事项：返回的引用变量必须是静态的或全局的，不能是局部变量，否则会出现非法访问。

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知识点 12：引用与指针的区别

引用和指针在 C++ 中有相似的作用，但它们有明显的区别：

1. 引用是别名，不占用额外的存储空间，定义时必须初始化且不能更改引用的对象。
2. 指针是一个存储地址的变量，可以为空（NULL），且可以在运行时指向不同的对象。
3. 访问方式：引用通过变量名直接访问，而指针需要通过 * 运算符进行解引用。

int a = 10;
int &ref = a;  /* 引用 */
int *ptr = &a;  /* 指针 */

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到此为止，我们

完整覆盖了最初的 C++ 知识点内容。