智能網(wǎng)聯(lián)汽車計算平臺部署與測試 課件 5.1 C++的認(rèn)知

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計算平臺部署與測試項目五ROS的安裝與使用目錄01.C++的認(rèn)知02.Python的認(rèn)知03.ROS的認(rèn)知04.ROS的安裝05.ROS文件系統(tǒng)的構(gòu)建06.ROS通信系統(tǒng)的構(gòu)建01.C++的認(rèn)知面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言輸出一個表達(dá)式“1+1”的結(jié)果輸出一串漢字“北京歡迎您!”輸出一個字符串“HelloWorld!”任務(wù)描述（1）掌握C++語言中的專業(yè)術(shù)語、基本詞法和控制流程結(jié)構(gòu)的語法格式。（2）理解面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言的基本概念和特征，掌握類、對象、構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)、封裝、繼承和多態(tài)等專業(yè)術(shù)語。（3）能熟練操作C++語言的開發(fā)工具完成程序的基本功能。（4）能建立起用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法解決實際問題的編程思維。（5）具備綜合運用C++程序設(shè)計語言解決實際問題的能力。（6）具有主動學(xué)習(xí)、獨立思考、終身學(xué)習(xí)的意識。（7）通過質(zhì)疑、討論和解疑，具備創(chuàng)新思維、創(chuàng)新個性和創(chuàng)新能力。任務(wù)目標(biāo)任務(wù)準(zhǔn)備防護(hù)裝備常規(guī)實訓(xùn)著裝01教學(xué)設(shè)備計算機平臺02教學(xué)工具Dev-C++，MicrosoftVisualStudio03一、概述（一）C++的概念C++，讀作“C加加”，是“CPlusPlus”的簡稱，是一門以C語言為基礎(chǔ)發(fā)展而來的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言。自1983年由BjarneStroustrup教授在貝爾實驗室創(chuàng)立開始至今，已經(jīng)發(fā)展了近40年。C++從最初的Cwithclass，經(jīng)歷了從C++98、C++03、C++11、C++14到C++17再到C++20等多次標(biāo)準(zhǔn)化改造，功能得到了極大的豐富，已經(jīng)演變?yōu)橐婚T集面向過程、面向?qū)ο?、函?shù)式、泛型和元編程等多種編程范式的復(fù)雜編程語言。它是一種靜態(tài)類型的、編譯式的、通146用的、大小寫敏感的、不規(guī)則的編程語言，綜合了高級語言和低級語言的特點，通常被認(rèn)為是中級程序設(shè)計語言。一、概述階段內(nèi)容Cwithclasses類及派生類、公有和私有成員、類的構(gòu)造和析構(gòu)、友元、內(nèi)聯(lián)函數(shù)、賦值運算符重載等C++1.0添加虛函數(shù)概念，函數(shù)和運算符重載，引用、常量等C++2.0更加完善支持面向?qū)ο?，新增保護(hù)成員、多重繼承、對象的初始化、抽象類、靜態(tài)成員以及const成員函數(shù)C++3.0進(jìn)一步完善，引入模板，解決多重繼承產(chǎn)生的二義性問題和相應(yīng)構(gòu)造和析構(gòu)的處理C++98C++標(biāo)準(zhǔn)第一個版本，絕大多數(shù)編譯器都支持，得到了國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)和美國標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會認(rèn)可，以模板方式重寫C++標(biāo)準(zhǔn)庫，引入了STL(標(biāo)準(zhǔn)模板庫)C++03C++標(biāo)準(zhǔn)第二個版本，語言特性無大改變，主要：修訂錯誤、減少多異性C++05C++標(biāo)準(zhǔn)委員會發(fā)布了一份計數(shù)報告(TechnicalReport，TR1)，正式更名C++0x，即：計劃在本世紀(jì)第一個10年的某個時間發(fā)布C++11增加了許多特性，使得C++更像一種新語言，比如：正則表達(dá)式、基于范圍for循環(huán)、auto關(guān)鍵字、新容器、列表初始化、標(biāo)準(zhǔn)線程庫等C++14對C++11的擴展，主要是修復(fù)C++11中漏洞以及改進(jìn)，比如：泛型的lambda表達(dá)式，auto的返回值類型推導(dǎo)，二進(jìn)制字面常量等C++17在C++11上做了一些小幅改進(jìn)，增加了19個新特性，比如：static_assert()的文本信息可選，F(xiàn)old表達(dá)式用于可變的模板，if和switch語句中的初始化器等C++20自C++11以來最大的發(fā)行版，引入了許多新的特性，比如：模塊(Modules)、協(xié)程(Coroutines)、范圍(Ranges)、概念(Constraints)等重大特性，還有對已有特性的更新：比如Lambda支持模板、范圍for支持初始化等C++23制定ing（二）C++的發(fā)展簡史（三）C++語言的主要特點01.與C語言兼容02.數(shù)據(jù)封裝和數(shù)據(jù)隱藏03.繼承和重用一、概述04.多態(tài)性C++與C語言完全兼容，C語言的絕大部分內(nèi)容可以直接用于C++的程序設(shè)計，用C語言編寫的程序可以不加修改地用于C++。在C++中，類是支持?jǐn)?shù)據(jù)封裝的工具，對象則是數(shù)據(jù)封裝的實現(xiàn)。C++通過建立用戶定義類支持?jǐn)?shù)據(jù)封裝和數(shù)據(jù)隱藏。在C++現(xiàn)有類的基礎(chǔ)上可以聲明新類型，這就是繼承和重用的思想。多態(tài)性形成由父類和它們的子類組成的一個樹型結(jié)構(gòu)。（四）C++的開發(fā)環(huán)境由IBM開發(fā)的免費開源的IDEEclipse微軟開發(fā)的開源代碼編輯器，適用于所有類型的操作系統(tǒng)VisualStudioCode由Apache軟件基金會開發(fā)，被C++開發(fā)人員認(rèn)為是最好用的IDE之一NetBeans一、概述由Jetbrains開發(fā)，是C++程序員最推薦的跨平臺IDECLion開放源代碼的IDE，是Qt被Nokia收購后推出的輕量級集成開發(fā)環(huán)境QtCreator二、C++基本概念和語法（一）程序編譯和運行C++和C語言類似，也要經(jīng)過編譯和鏈接后才能運行。前面所述的C++IDE，除了可以編輯C++源代碼，還可以實現(xiàn)C++的編譯、鏈接、調(diào)試和運行。與C語言源代碼文件后綴統(tǒng)一為.c不同，在不同的編譯器下，C++語言源代碼文件的后綴名并不相同。以下是幾款主流的編譯器對應(yīng)的C++源代碼文件后綴：（1）MicrosoftVisualC++：cpp、cxx、cc（2）GCC：cpp、cxx、cc、c++、C（3）BorlandC++：cpp（4）Unix：C、cc、cxx二、C++基本概念和語法（二）命名空間C++使用命名空間的目的是對標(biāo)識符的名稱進(jìn)行本地化，以避免命名沖突或名字污染。namespaceA{ File*fp=NULL;}namespaceB{ File*fp=NULL;}使用變量、函數(shù)時要指明它們所在的命名空間。以上面的fp變量為例，可以這樣使用：A::fp=fopen("one.txt","r");B::fp=fopen("two.txt","rb+");二、C++基本概念和語法（三）頭文件早期的C++還不完善，不支持命名空間，沒有自己的編譯器，是在使用C語言的庫，stdio.h、stdlib.h、string.h等頭文件依然有效；此外C++也開發(fā)了一些新的庫，增加了自己的頭文件，例如：和C語言一樣，C++頭文件仍然以.h為后綴，它們所包含的類、函數(shù)、宏等都是全局范圍的。后來C++引入了命名空間的概念，重新編寫庫，將類、函數(shù)、宏等都統(tǒng)一納入一個命名空間，這個命名空間的名字就是std。iostream.h：用于控制臺輸入輸出頭文件。fstream.h：用于文件操作的頭文件。complex.h：用于復(fù)數(shù)計算的頭文件。為了避免頭文件重名，新版C++庫也對頭文件的命名做了調(diào)整，去掉了后綴.h：iostream.h→iostream，fstream.h→fstream對于原來C語言的頭文件，也采用同樣的方法，但在每個名字前還要添加一個c字母：stdio.h→cstdio，stdlib.h→cstdlib二、C++基本概念和語法（四）數(shù)據(jù)類型和變量bool布爾型，占1個字節(jié)內(nèi)存，取值為0或1。01char字符型，占1個字節(jié)內(nèi)存，取值范圍為0到255或-128到127，因編譯器而定。02int整型，占4個字節(jié)，取值范圍為-2147483648到2147483647。03float單精度型，占4個字節(jié)，所能表示范圍為(1.17549e-038)到(3.40282e+038)。04double雙精度類型，占8個字節(jié)，所能表示范圍為(2.22507e-308)到(1.79769e+308)。05longdouble長雙精度類型，占16個字節(jié)，可提供18-19位有效數(shù)字。06wchar_t寬字符類型，占2或4個字節(jié)。07二、C++基本概念和語法（四）數(shù)據(jù)類型和變量變量是程序可操作的存儲區(qū)的名稱。C++變量的名稱可以由字母（大小寫不同）、數(shù)字和下劃線字符組成，必須以字母或下劃線開頭。C++是強類型語言，所有的變量在可以使用前，必須要進(jìn)行定義。變量定義就是告訴編譯器在何處創(chuàng)建變量的存儲，以及如何創(chuàng)建變量的存儲。在語法上，變量定義需要指定一個數(shù)據(jù)類型，并包含了該類型的一個或多個變量的列表，如： inti,j,k;該語句聲明并定義了變量i、j和k，指示編譯器創(chuàng)建類型為int，名為i、j、k的變量。變量可以在聲明的時候被初始化（指定一個初始值）。初始化器由一個等號，后跟一個常量表達(dá)式組成：intd=3,k=5;如果變量在定義式未初始化，則帶有靜態(tài)存儲持續(xù)時間的變量會被隱式初始化為NULL（所有字節(jié)的值都是0），其他所有變量的初始值是未定義的。二、C++基本概念和語法（五）運算符（1）算術(shù)運算符：+（加）、-（減）、*（乘）、/（除）、%（模）、++（自增）、--（自減）。（2）關(guān)系運算符：==（相等）、!=（不等）、>（大于）、<（小于）、>=（大等于）、<=（小等于）（3）邏輯運算符：&&（邏輯與）、||（邏輯或）、!（邏輯非）。（4）位運算符：&（按位與）、|（按位或）、^（按位異或）、~（按位取反）、<<（二進(jìn)制左移）、>>（二進(jìn)制右移）。（5）賦值運算符：=（簡單賦值）、+=（加且賦值）、-=（減且賦值）、*=（乘且賦值）、/=（除且賦值）、%/（模且賦值）、<<=（左移且賦值）、>>=（右移且賦值）、&=（按位與且賦值）、|=（按位或且賦值）、^=（按位異或且賦值）。（6）雜項運算符：sizeof（計算變量所占內(nèi)存大?。?、Condition?X:Y（條件運算符，如果Condition為真則值為X，否則為Y）、->（成員運算符）、Cast（強制轉(zhuǎn)換運算符）、&（指針運算符，返回變量在內(nèi)存中的地址）、*（指針運算符，返回指針變量的值）。二、C++基本概念和語法（六）控制語句條件語句if語句if…else語句switch語句循環(huán)語句for循環(huán)while循環(huán)do…while循環(huán)二、C++基本概念和語法（六）控制語句條件語句if語句if…else語句switch語句if語句if(boolean_expression){//如果boolea_expression為true要執(zhí)行的語句}if…else語句if(boolean_expression){//如果boolea_expression為true時要執(zhí)行的語句}else{//如果boolea_expression為false時要執(zhí)行的語句}if…else語句還可以寫成if…elseif…elseSwitch語句switch(expression){casevalue1://expression值為value1時要執(zhí)行的語句break;//可選casevalue2://expression值為value2時要執(zhí)行的語句break;//可選default://可選//缺省情況下要執(zhí)行的語句（即expression值都不等于各case值時）}循環(huán)語句for循環(huán)while循環(huán)do…while循環(huán)二、C++基本概念和語法（六）控制語句for循環(huán)for(init;condition;increment){//要循環(huán)執(zhí)行的語句，即循環(huán)主體}while循環(huán)while(condition){//要循環(huán)執(zhí)行的語句，即循環(huán)主體}do…while循環(huán)do{//要循環(huán)執(zhí)行的語句，即循環(huán)主體}二、C++基本概念和語法（七）輸入輸出C++的輸入/輸出發(fā)生在流中，流是字節(jié)序列。輸入操作：字節(jié)流是從設(shè)備（如鍵盤、磁盤驅(qū)動器、網(wǎng)絡(luò)連接等）流向內(nèi)存輸出操作：字節(jié)流是從內(nèi)存流向設(shè)備（如顯示屏、打印機、磁盤驅(qū)動器、網(wǎng)絡(luò)連接等）C++提供了包括輸入、輸出、錯誤、日志、文件等在內(nèi)的輸入/輸出流，涉及到以下幾個主要的頭文件：<iostream><iomanip><fstream>01標(biāo)準(zhǔn)輸出流coutcout對象“連接”到標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備（通常是顯示屏），與流插入運算符<<結(jié)合使用。02標(biāo)準(zhǔn)輸入流cincin對象附屬到標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備（通常是鍵盤），與流提取運算符>>結(jié)合使用。03標(biāo)準(zhǔn)錯誤流cerrcerr對象附屬到標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備（通常也是顯示屏），但是cerr對象是非緩沖的，且每個流插入到cerr都會立即輸出。04標(biāo)準(zhǔn)日志流clogclog對象附屬到標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備（通常也是顯示屏），與cerr不同，clog對象是緩沖的。三、類和對象類是C++的核心特性，它包含了數(shù)據(jù)表示法和用于處理數(shù)據(jù)的方法。類中的數(shù)據(jù)、方法和函數(shù)稱為類的成員。類是創(chuàng)建對象的模板，一個類可以創(chuàng)建多個對象，每個對象都是類類型的一個變量。創(chuàng)建對象的過程也叫類的實例化。每個對象都是類的一個具體實例（Instance），擁有類的成員變量和成員函數(shù)。與結(jié)構(gòu)體一樣，類只是一種復(fù)雜數(shù)據(jù)類型的聲明，不占用內(nèi)存空間。而對象是類這種數(shù)據(jù)類型的一個變量，或者說是通過類這種數(shù)據(jù)類型創(chuàng)建出來的一份真實的數(shù)據(jù)，所以占用內(nèi)存空間。三、類和對象創(chuàng)建一個Student類：classStudent{ public: //成員變量 char*name; intage; floatscore; //成員函數(shù) voidstudentInfo(){ cout<<name<<"的年齡是"<<age<<"，成績是"<<score<<endl; }};有了Student類后，就可以通過它來創(chuàng)建對象了，如：StudentzhangSan;創(chuàng)建對象以后，可以使用點號.來訪問成員變量和成員函數(shù)，這和通過結(jié)構(gòu)體變量來訪問它的成員相類似，如：zhangS=“張三”;zhangSan.age=16;zhangSan.score=95;zhangSan.studentInfo();三、類和對象類和對象的其它關(guān)鍵概念如下：02構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)03友元函數(shù)/類01訪問修飾符05this指針06靜態(tài)成員04內(nèi)聯(lián)函數(shù)四、繼承和派生繼承（Inheritance）是類與類之間的關(guān)系，與現(xiàn)實世界中的繼承類似。繼承可以理解為一個類從另一個類獲取成員變量和成員函數(shù)的過程。派生（Derive）和繼承是一個概念，只是站的角度不同。被繼承的類稱為父類或基類，繼承的類稱為子類或派生類。以下是兩種典型的使用繼承的場景：當(dāng)創(chuàng)建的新類與現(xiàn)有的類相似，只是多出若干成員變量或成員函數(shù)時，可以使用繼承，這樣不但會減少代碼量，而且新類會擁有基類的所有功能。當(dāng)需要創(chuàng)建多個類，并且這些類之間擁有很多相似的成員變量或成員函數(shù)時，也可以使用繼承。此時，可以將這些類的共同成員提取出來，定義為基類，然后從基類繼承，既可以節(jié)省代碼，也方便后續(xù)修改成員。四、繼承和派生//基類PeopleclassPeople{ public: voidsetname(char*name); voidsetage(intage); char*getname(); intgetage(); private: char*m_name; intm_age;};//派生類StudentclassStudent:publicPeople{ public: voidsetscore(floatscore); floatgetscore(); private: floatm_score;};可以看到，類繼承的語法為：class子類名：[繼承方式]父類名{ //子類新添加的成員}其中，繼承方式包括public（公有的）、private（私有的）和protected（受保護(hù)的），該項是可選的，如果不寫，那么默認(rèn)為private。五、多態(tài)和虛函數(shù)“多態(tài)（polymorphism）”指的是同一名字的事物可以完成不同的功能。多態(tài)可以分為編譯時的多態(tài)和運行時的多態(tài)。前者主要是指函數(shù)的重載（包括運算符的重載）、對重載函數(shù)的調(diào)用，在編譯時就能根據(jù)實參確定應(yīng)該調(diào)用哪個函數(shù)，因此叫編譯時的多態(tài)；而后者則和繼承、虛函數(shù)等概念有關(guān)。C++的多態(tài)意味著調(diào)用成員函數(shù)時，會根據(jù)調(diào)用函數(shù)的對象的類型來執(zhí)行不同的函數(shù)。為了實現(xiàn)這個目的，C++引入了“虛函數(shù)”的概念。虛函數(shù)的定義非常簡單，只需要在函數(shù)聲明前面增加virtual關(guān)鍵字，如：virtualvoiddisplay();C++中虛函數(shù)的唯一用處就是構(gòu)成多態(tài)。有了虛函數(shù)，基類指針指向基類對象時就使用基類的成員（包括成員函數(shù)和成員變量），指向派生類對象時就使用派生類的成員。換句話說，基類指針可以按照基類的方式來做事，也可以按照派生類的方式來做事，它有多種形態(tài)，或者說有多種表現(xiàn)方式，這就是多態(tài)。六、異常處理C++的異常是指在程序運行時發(fā)生的特殊情況或錯誤，比如嘗試除以零的操作。異常提供了一種轉(zhuǎn)移程序控制權(quán)的方式。C++異常處理涉及到三個關(guān)鍵字：try、catch、throw。throw：當(dāng)問題出現(xiàn)時，程序會拋出一個異常。catch：用于捕獲異常，在想要處理問題的地方，通過異常處理程序捕獲異常。try：try塊中的代碼標(biāo)識將被激活的特定異常。它后面通常跟著一個或多個catch塊。六、異常處理以下是C++異常處理的示例程序：try{ //保護(hù)代碼}catch(ExceptionNamee1){ //catch塊}catch(ExceptionNamee2){ //catch塊}catch(ExceptionNameeN