geekforgeeks——CPP正文

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介绍

特点

C++面向对象，命令式和编译式语言

关键特性

支持多种范式（过程式、面向对象式、泛型编程）
- Templates：适用于任何数据类型的通用代码，实现代码的重用
- STL：基于Templates，标准模版库
中级语言，用于系统和应用编程（versatile programming language应用广泛的）：
- 支持指针，支持低级、系统级编程，适合开发OS、设备驱动程序和其他系统软件
- 支持构建大型用户应用程序（媒体播放器、PS、游戏引擎）
  - 库函数众多（桌面应用、视频、游戏等），包括第三方库
异常处理：
强类型系统
执行速度快，C++是编译型语言，转换为机器码执行，且其他语言有额外内置默认功能（垃圾收集、动态类型等）
动态内存管理：new运行时分配变量或数组的内存（Java，Python并非如此）
程序执行时，变量被分配到动态堆空间
函数内部，变量被分配到堆栈空间
动态分配的内存不再使用后必须 手动取消分配 delete
跨平台兼容：C++可执行文件不独立于平台，但独立于机器
代码在任何机器上都可识别，但一个平台编译完成的C++可执行文件，不能在不同平台执行
支持多线程
- 多任务处理：同时执行两个或多个程序的功能
  处理程序的并发执行
- 分为基于进程或线程的多任务处理
  处理等效程序各部分的多道编程，程序的每个部分称为一个线程，每个线程对应一个单独的执行路径
- 从C++11开始，标准库提供跨平台的多线程支持，std::thread

auto 关键字

// C++ program to demonstrate
// working of auto keyword

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;

// Driver Code
int main()
{

    // Variables
    auto an_int = 26;
    auto a_bool = false;
    auto a_float = 26.24;
    auto ptr = &a_float;

    // Print typeid
    cout << typeid(a_bool).name() << "\n";
  	cout << typeid(a_float).name() << "\n";
    cout << typeid(an_int).name() << "\n";
    return 0;
}

b
d
i

动态分配内存

// C++ Program to implement
// the Memory Management

#include <cstring>
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int num = 5;
    float* ptr;

    // Memory allocation of
    // num number of floats
    ptr = new float[num];

    for (int i = 0; i < num; ++i)
        *(ptr + i) = i;
    
    cout << "Display the GPA of students:" << endl;
    for (int i = 0; i < num; ++i) 
        cout << "Student" << i + 1 << ": " << *(ptr + i) << endl;

    // Ptr memory is released
    delete[] ptr;

    return 0;
}

多线程框架

#include <cstdlib>
#include <iostream>
#include <pthread.h>

using namespace std;

#define NUM_THREADS 5

// Function to print Hello with the thread id
void* PrintHello(void* threadid){
    // Thread ID
    long tid;
    tid = (long)threadid;

    // Print the thread ID
    cout << "Hello World! Thread ID, "
         << tid << endl;

    pthread_exit(NULL);
}

int main(){
    pthread_t threads[NUM_THREADS];
    int rc;
    int i;

    for (i = 0; i < NUM_THREADS; i++) {
        cout << "main() : creating thread, " << i << endl;

        rc = pthread_create(&threads[i], NULL, PrintHello, (void*)&i);

        // If thread is not created
        if (rc) {
            cout << "Error:unable to" << " create thread, "
                 << rc << endl;

            exit(-1);
        }
    }

    pthread_exit(NULL);
}

可见，多线程间乱序执行，并不是按顺序将一个线程相关的所有代码执行完成

与C对比

C++是C的超集，添加了面向对象、异常、模版和STL标准库

Aspect	C	C++
Developer	Dennis Ritchie between the year 1969 and 1973 at AT&T Bell Labs.	Bjarne Stroustrup in 1979.
OOPs Support	不支持	支持多态、封装和继承
关键字数量	– C90: 32 – C99: 37 – C11: 44 – C23: 59	– C++98: 63 – C++11: 73 – C++17: 73 – C++20: 81
编程范式	支持面向过程	面向过程+面向对象
封装	数据与程序分离	数据和程序以对象形式封装
数据隐藏	不支持	数据被封装隐藏
语言焦点	函数驱动语言	对象驱动语言
重载	不支持	支持函数与运算符重载
结构内函数	C中函数未在结构内定义	函数可在结构内部使用
命名空间	不支持	支持，避免名称冲突
标准IO	标准IO头是stdio.h ，使用scanf()和 printf()	标准IO头是 iostream.h，使用cin和cout用于输入/输出
引用变量	不支持	支持
虚函数	不支持	支持虚函数和友元函数
继承	不支持	支持
动态内存	提供malloc()函数和calloc()函数用于动态内存分配，free()函数用于动态内存释放	提供 new 操作符用于动态内存分配C++、delete操作符用于内存释放
异常处理	不支持	支持
访问修饰符	不支持	支持
类型检查	不执行严格的类型检查	进行严格的内存检查。
使用Union进行类型双关	允许使用联合体进行类双关（C99）	通常不允许
命名初始化	名名初始化器可能出现无序	命名初始化器必须与结构体的数据布局向匹配
扩展名	`.c`	`.cpp` ，`.c++`， `.cc` ，`.cxx`
元编程	使用宏和 _Generic() 进行元编程	使用模板进行元编程（仍然支持宏，但不鼓励使用）

历史

https://www.geeksforgeeks.org/history-of-c/?ref=next_article

Version	Release Date	Major changes
C++98 (ISO/IEC 14882:1998)	October 1998	The first version
C++03 (ISO/IEC 14882:2003)	February 2003	Introduction of value initialization.
C++11	August 2011	lambda表达式、委托构造函数、同一初始化语法、nullptr、自动类型推断和decltype、右值引用
C++14	August 2014	多态lambda、数字分隔符、广义lambda捕获、变量模版、二进制整数文字、带引号的字符串
C++17	December 2017	介绍折叠表达式、十六进制浮点文字、u8字符文字、带初始化程序的选择语句、内联变量
C++20	March2020	检查程序实体，如：变量、枚举、类及其成员、lambda及其捕获等
C++23	Future Release	The next major revision of the C++ standard

环境

需要安装——编译器

IDE——集成开发环境（软件应用程序），便于软件开发

实质上由两类软件组成

文本编辑器
编译器

文本编辑器

C++程序的文件扩展名为 .cpp 或 .c ——源代码文件

codeblock、vscode

编译器

源码转为机器码

在linux上安装gnu GCC

更新源并安装下载gcc、g++

1
2
3

sudo apt-get update
sudo apt-get install gcc
sudo apt-get install g++

安装C++程序所依赖的所有库

1	sudo apt-get install build-essential

检查是否正确安装了GCC编译器

1	g++ --version

如何使用GCC编译器编译和运行C++程序

在终端编译文件

1	g++ filename.cpp -o any-name

-o 表示可执行文件名
1
2
3
g++ helloworld.cpp -o hello

./hello

编译过程：

阶段	处理内容	输出
预处理(cpp)	宏替换，文本替换头文件替换，将头文件内容插入到源文件条件编译，决定代码块是否保留	`.i` 文件
编译(g++)	语法分析，检查变量声明、类型匹配、作用域等 const常量优化，直接将其替换为值 constexpr，强制在编译时求值，并替换模版实例化，生成具体类型的代码内联函数展开，替换为函数体	`.s` 文件
汇编	将汇编码转为机器码，变量和函数被标记为符号，地址暂时未分配	二进制目标文件 `.o` 或 `.obj`
链接	合并多个目标文件，解析变量和函数的引用地址分配，为全局变量、静态变量等分配最终内存地址移除未使用代码（如未引用的常量）	可执行文件`.exe`

源程序

基于过程的程序基本框架

// 头文件库
#include <iostream>

//标准命名空间
using namespace std;

//主函数
int main() {
    // 函数体
    
    // 变量声明
    int num1 = 24;
    int num2 = 34;

    int result = num1 + num2;
    
    //输出
    cout << result << endl;

    //返回
    return 0;
}

头文件

在程序中使用的库函数和宏定义

#include ：预处理器指令，将文件的内容导入到源代码中

#include<iostream> 导入C++的IO库，该IO库包含C++的所有输入/输出库函数

#define：宏指令，在预处理阶段替换

命名空间

using namespace std ：将std命名空间的实例导入到程序当前的命名空间

主函数

程序的执行总是从主函数开始。所有其他函数都从主函数调用。主函数需要返回一些指示执行状态的值。

代码块

{} 部分

分号

每个语句后都有一个 ; 用于终止程序的每一行语句

标识符

标识符——变量名、函数名、自定义数据类型名

[字母、下划线开头] [字母、数字、下划线]

保留字

不可作为标识符

基于面向对象的程序框架

#include <iostream>
using namespace std;

class Calculate {
    // Access Modifiers
public:
    // data member
    int num1 = 50;
    int num2 = 30;

    // member function
    void addition() {
        int result = num1 + num2;
        cout << result << endl;
    }
};

int main() {
    // object declaration
    Calculate add;
    
    // member function calling
    add.addition();

    return 0;
}

类

用户定义的数据类型，

类有自己的属性（数据成员）和行为（成员函数）

成员

属性/数据由数据成员定义

对数据成员的操作函数为成员函数

对象

类本身只是模版，并没有分配任何内存

对象是实例，可以使用类中定义的数据与方法

注释

//单行注释
/*
 多行注释
 */

/*
 *
 */

‘ctrl + /’

变量

变量声明

引用性声明

声明外部变量，不会为变量分配内存

定义性声明

# 变量定义
type name;
# 支持同类型变量 连续命名
type name1, name2, name3 ….;

变量是赋予一段内存位置的名称

起始位置：变量名指针
长度：变量类型指定

程序中存储的基本单元。变量中存储的值可以在程序执行期间被访问和修改

简单变量类型

int
float
char
bool
string

变量命名规则

元素：字母、数字、下划线；但需要以字母或下划线开头
区分大小写
不能有空格和特殊符号
不能使用 keywords

变量初始化与赋值

使用 = 操作符，在程序的任意位置对变量赋值

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2
3

type name = value;      // 在声明时初始化
name = value;      // 在声明后初始化
type name1 = value1, name2 = value2;      // 多变量赋值

值应与声明的变量类型相同

在变量声明时就赋值，称为初始化

变量的内存管理

引用性变量声明，编译器仅获知变量名及存储的数据类型，并不分配内存

定义性变量声明，分配内存。分配的内存量取决于变量要存储的数据类型

定义性声明时，全局变量默认初始化为0，局部变量初始化为垃圾值
在初始化时，使用赋值运算符赋予有意义的值，将该值存储在分配给该变量的内存空间

常量

常量在程序执行期间，仅可读取值，不能常量值

支持各种类型，如：整数、浮点数、字符串或字符常量

关键字 const

1	const data_type var_name = value;

特点

仅在声明时初始化

采用定义性声明对常量初始化，不初始化则使用之前存储在同一内存位置的垃圾值

不变性

常量初始化完成后，便不能修改值

若后续有修改语句，报语法错误

#include <stdio.h>
int main() {
    // Declaring a constant variable
    const int a;
  
    // Initializing constant variable var after declaration
    a = 20;
    printf("%d", a);
    return 0;
}

// In function 'main':
// 10:9: error: assignment of read-only variable 'a'
// 10 |     a = 20;
//      |      ^

宏定义也可定义常量

#define 可用于定义不需要数据类型的符号常量，在编译时由其值替换

#define CONSTANT_NAME value
#include <stdio.h>
#define PI 3.14

int main() {
    printf("%.2f", PI);  
    return 0;
}

// 3.14

常量与字面量区别

常量	字面量
属于变量	可用于变量赋值的固定值
`const` 关键字
可以确定常量在内存中的地址	无法确定字符串外的字面量地址
左值	右值
`const int c = 20`	24,15.5, ‘a’, “Geeks”

const定义的常量与宏定义的常量的区别

Constants using const	Constants using #define
是不可变的变量	被其值替换的宏
由编译器处理	由预处理器处理
`const type name = value;`	`#define name value`

AmosTian