《C++之深度探索》課件

C++之深度探索本課程旨在幫助您深入理解C++語言，掌握其核心概念和高級技巧，并應(yīng)用于實際項目開發(fā)。C++語言的歷史發(fā)展起源與演變C++誕生于20世紀80年代，由貝爾實驗室的BjarneStroustrup創(chuàng)造。最初被稱為“帶類的C”，后來演變?yōu)镃++。主要版本C++經(jīng)歷了多個版本迭代，包括C++98、C++03、C++11、C++14、C++17和C++20，每個版本都帶來新的特性和改進。C++的基本特性概述1面向?qū)ο驝++支持面向?qū)ο缶幊?，包括封裝、繼承和多態(tài)，使代碼更易于組織和維護。2靜態(tài)類型C++是一種靜態(tài)類型語言，要求在編譯時確定變量的數(shù)據(jù)類型，有助于早期發(fā)現(xiàn)錯誤。3強類型C++不允許類型隱式轉(zhuǎn)換，需要明確的類型轉(zhuǎn)換操作，確保代碼的安全性。4編譯型語言C++源代碼需要編譯成可執(zhí)行文件才能運行，提高了執(zhí)行效率?；A(chǔ)數(shù)據(jù)類型及其使用整數(shù)類型包括char、short、int、long、longlong，用于表示整數(shù)數(shù)據(jù)。浮點類型包括float、double、longdouble，用于表示實數(shù)數(shù)據(jù)。布爾類型用bool表示真值或假值，取值為true或false?？疹愋陀胿oid表示空類型，常用于函數(shù)的返回值或參數(shù)類型。變量和常量的定義與使用變量變量是存儲數(shù)據(jù)的容器，可以改變其值。常量常量是存儲數(shù)據(jù)的容器，其值在定義后不可改變。運算符和表達式算術(shù)運算符包括加、減、乘、除、取模等，用于進行算術(shù)運算。1關(guān)系運算符包括大于、小于、等于、不等于、大于等于、小于等于，用于比較兩個值。2邏輯運算符包括邏輯與、邏輯或、邏輯非，用于連接邏輯表達式。3位運算符包括按位與、按位或、按位異或、按位取反、左移、右移，用于對二進制位進行操作。4C++流程控制語句1條件語句if-else語句根據(jù)條件執(zhí)行不同的代碼塊。2循環(huán)語句for循環(huán)、while循環(huán)、do-while循環(huán)用于重復(fù)執(zhí)行代碼塊。3跳轉(zhuǎn)語句break、continue、goto用于改變程序執(zhí)行流程。函數(shù)的定義、聲明和調(diào)用函數(shù)定義函數(shù)定義包含函數(shù)名、返回值類型、參數(shù)列表和函數(shù)體。函數(shù)聲明函數(shù)聲明用于告知編譯器函數(shù)的返回值類型、函數(shù)名和參數(shù)列表。函數(shù)調(diào)用函數(shù)調(diào)用通過函數(shù)名和實際參數(shù)來執(zhí)行函數(shù)。函數(shù)的重載和默認參數(shù)函數(shù)重載允許定義多個同名函數(shù)，只要它們的參數(shù)列表不同即可。默認參數(shù)函數(shù)定義中可以為某些參數(shù)提供默認值，調(diào)用時可以省略這些參數(shù)。內(nèi)聯(lián)函數(shù)和遞歸函數(shù)1內(nèi)聯(lián)函數(shù)將函數(shù)代碼直接插入調(diào)用處，提高執(zhí)行效率，但會增加代碼體積。2遞歸函數(shù)函數(shù)自身調(diào)用自身，用于解決具有遞歸結(jié)構(gòu)的問題。引用類型及其應(yīng)用1引用定義引用類型定義了一個變量的別名，指向同一個內(nèi)存地址。2引用傳遞函數(shù)參數(shù)使用引用傳遞，可以修改實參的值。3引用應(yīng)用引用可以提高代碼效率，避免不必要的復(fù)制。C++中的數(shù)組1定義數(shù)組用于存儲相同類型數(shù)據(jù)的集合。2訪問使用下標訪問數(shù)組元素。3遍歷可以使用循環(huán)遍歷數(shù)組元素。指針類型及其應(yīng)用指針定義指針類型用于存儲變量的內(nèi)存地址。指針操作指針可以進行取地址、取值、運算等操作。動態(tài)內(nèi)存分配與釋放字符串及其處理字符串類型C++提供string類用于處理字符串數(shù)據(jù)。字符串操作string類提供豐富的操作函數(shù)，包括字符串連接、查找、替換、比較等。類的基本概念類定義類是創(chuàng)建對象的模板，包含數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù)。對象創(chuàng)建通過類創(chuàng)建對象，對象是類的實例。數(shù)據(jù)封裝類將數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)的方法封裝在一起，隱藏內(nèi)部實現(xiàn)細節(jié)。類的構(gòu)造和析構(gòu)構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建對象時自動執(zhí)行，用于初始化對象數(shù)據(jù)成員。析構(gòu)函數(shù)對象銷毀時自動執(zhí)行，用于釋放對象占用的資源。類的拷貝與賦值1拷貝構(gòu)造函數(shù)用于創(chuàng)建對象的副本，將一個對象的值復(fù)制到另一個對象。2賦值運算符用于將一個對象的值賦給另一個對象。繼承與派生類繼承派生類繼承基類的屬性和方法，實現(xiàn)代碼復(fù)用。派生類繼承自基類，擁有基類的成員，并可以添加自己的成員。繼承類型包括公有繼承、私有繼承、保護繼承，影響成員的訪問權(quán)限。多態(tài)性及其實現(xiàn)多態(tài)概念同一操作作用于不同對象，產(chǎn)生不同的結(jié)果。動態(tài)多態(tài)通過虛函數(shù)實現(xiàn)，在運行時確定調(diào)用哪個函數(shù)。靜態(tài)多態(tài)通過函數(shù)重載實現(xiàn)，在編譯時確定調(diào)用哪個函數(shù)。虛函數(shù)和虛函數(shù)表1虛函數(shù)定義在基類中使用virtual關(guān)鍵字修飾的函數(shù)。2虛函數(shù)表用于存儲虛函數(shù)的地址，每個類都擁有自己的虛函數(shù)表。3動態(tài)綁定在運行時根據(jù)對象的實際類型查找虛函數(shù)的地址。抽象基類與純虛函數(shù)1抽象基類包含純虛函數(shù)的類，不能直接創(chuàng)建對象。2純虛函數(shù)在基類中定義，沒有函數(shù)體，要求派生類必須重寫該函數(shù)。3抽象類應(yīng)用用于定義接口，強制派生類實現(xiàn)特定的功能。模板類及其應(yīng)用1模板類定義使用template關(guān)鍵字定義，參數(shù)可以是類型或值。2模板類實例化在使用時根據(jù)實際類型或值進行實例化。3模板類應(yīng)用用于創(chuàng)建通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法。異常處理機制異常處理流程使用try-catch塊捕獲并處理異常。異常拋出使用throw語句拋出異常。命名空間的定義與使用命名空間定義使用namespace關(guān)鍵字定義命名空間，用于組織代碼。命名空間使用使用作用域解析符(::)訪問命名空間內(nèi)的成員。文件操作及其類型文件類型包括文本文件和二進制文件，根據(jù)數(shù)據(jù)存儲方式不同。1文件操作類C++提供fstream類用于文件操作，包括打開、關(guān)閉、讀寫等。2文件操作函數(shù)fstream類提供豐富的操作函數(shù)，用于進行各種文件操作。3標準模板庫(STL)概述1STL簡介STL是C++的標準模板庫，提供各種容器、算法和迭代器。2STL優(yōu)勢提高代碼效率和可重用性，簡化編程過程。3STL組成包括容器、迭代器、算法、函數(shù)對象、分配器等組件。容器類及其基本操作容器類型包括數(shù)組、鏈表、隊列、棧、集合、映射等，用于存儲數(shù)據(jù)。容器操作包括插入、刪除、查找、遍歷等基本操作。迭代器及其應(yīng)用迭代器概念迭代器是用于訪問容器元素的指針，提供遍歷容器元素的能力。迭代器類型包括輸入迭代器、輸出迭代器、前向迭代器、雙向迭代器、隨機訪問迭代器等。迭代器應(yīng)用與算法配合使用，方便地對容器進行各種操作。算法庫的使用1算法分類包括排序算法、搜索算法、復(fù)制算法、替換算法等。2算法使用與迭代器配合使用，對容器進行各種操作。3算法示例sort()用于排序、find()用于查找、copy()用于復(fù)制等。函數(shù)對象與lambda表達式1函數(shù)對象將函數(shù)封裝成對象，可以作為參數(shù)傳遞給算法。2lambda表達式匿名函數(shù)，可以簡化代碼編寫，提高代碼可讀性。3應(yīng)用場景用于自定義算法邏輯，提高代碼靈活性和可重用性。智能指針及其應(yīng)用1智能指針類型包括unique_ptr、shared_ptr、weak_ptr，用于管理動態(tài)內(nèi)存。2智能指針優(yōu)勢自動管理內(nèi)存，避免內(nèi)存泄漏，提高代碼安全性。3應(yīng)用場景用于管理動態(tài)分配的資源，例如對象、數(shù)組等。C++11新特性概述自動類型推導(dǎo)使用auto關(guān)鍵字自動推斷變量類型。Lambda表達式匿名函數(shù)，可以簡化代碼編寫。右值引用與移動語義右值引用使用&&表示，用于綁定右值表達式。移動語義將資源從一個對象轉(zhuǎn)移到另一個對象，提高效率。自動類型推導(dǎo)auto關(guān)鍵字使用auto關(guān)鍵字自動推斷變量類型，簡化代碼編寫。variadic模板1variadic模板概念可以接受任意數(shù)量的參數(shù)，用于創(chuàng)建更通用的模板函數(shù)和類。2應(yīng)用場景用于實現(xiàn)可變參數(shù)函數(shù)、可變參數(shù)類等。并發(fā)編程基礎(chǔ)并發(fā)編程概念使用多個線程同時執(zhí)行任務(wù)，提高程序效率。線程模型C++提供線程庫，支持創(chuàng)建、管理和同步線程。線程的創(chuàng)建與管理線程創(chuàng)建使用thread類創(chuàng)建新的線程。線程管理使用thread類成員函數(shù)管理線程，包括啟動、暫停、結(jié)束等操作。線程同步與互斥1線程同步確保線程之間按照預(yù)期的順序執(zhí)行，避免數(shù)據(jù)競爭。2互斥鎖用于保護共享資源，確保同一時間只有一個線程訪問。3互斥量類似互斥鎖，但可以實現(xiàn)更復(fù)雜的同步操作。條件變量和future1條件變量用于通知線程某個條件已滿足。2future用于異步獲取線程執(zhí)行結(jié)果。3應(yīng)用場景用于實現(xiàn)線程間通信和數(shù)據(jù)共享。內(nèi)存模型與原子操作1內(nèi)存模型定義了多線程程序中內(nèi)存訪問的規(guī)則，確保數(shù)據(jù)一致性。2原子操作不可分割的操作，確保多線程訪問共享數(shù)據(jù)時原子性。并發(fā)容器與算法并發(fā)容器專為多線程環(huán)境設(shè)計的容器，支持并發(fā)訪問。并發(fā)算法用于處理并發(fā)任務(wù)的算法，提高程序性能。C++性能優(yōu)化技巧代碼優(yōu)化使