《清華鄭莉C++》課件

《清華鄭莉C++》課程介紹本課程將帶領(lǐng)您深入了解C++編程語(yǔ)言，并掌握構(gòu)建強(qiáng)大應(yīng)用程序的技能。什么是C++？強(qiáng)大的編程語(yǔ)言C++是一種通用、高性能的編程語(yǔ)言，廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，包括系統(tǒng)軟件、游戲開發(fā)、嵌入式系統(tǒng)等。面向?qū)ο缶幊藽++支持面向?qū)ο缶幊谭妒?，允許開發(fā)人員將代碼組織成模塊化、可重用的類和對(duì)象。底層控制C++提供了對(duì)硬件的直接訪問和控制，使其適合開發(fā)高性能、資源受限的應(yīng)用程序。C++歷史回顧11979CwithClasses誕生，成為C++的前身21983C++首次正式發(fā)布，命名為C++31998C++標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，奠定了C++的基礎(chǔ)42011C++標(biāo)準(zhǔn)更新，引入了更多特性C++作為一種通用編程語(yǔ)言，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展歷程。從最初的CwithClasses到現(xiàn)在的C++標(biāo)準(zhǔn)，不斷完善和發(fā)展，在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。C++的基本特性面向?qū)ο驝++是一種面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言，它支持封裝、繼承和多態(tài)等特性。泛型編程C++允許程序員編寫?yīng)毩⒂跀?shù)據(jù)類型的代碼，使代碼更具可重用性和靈活性。底層控制C++提供對(duì)硬件和內(nèi)存的直接訪問，使其適合開發(fā)高性能的系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用程序。編譯器和集成開發(fā)環(huán)境編譯器將C++代碼轉(zhuǎn)換為機(jī)器可執(zhí)行代碼。集成開發(fā)環(huán)境(IDE)提供文本編輯器、編譯器、調(diào)試器等功能。C++基本語(yǔ)法和程序結(jié)構(gòu)關(guān)鍵字C++中的關(guān)鍵字是預(yù)留的標(biāo)識(shí)符，不能用作變量名或函數(shù)名。標(biāo)識(shí)符標(biāo)識(shí)符是用戶自定義的名稱，用于標(biāo)識(shí)變量、函數(shù)、類等。程序結(jié)構(gòu)一個(gè)C++程序通常由多個(gè)函數(shù)組成，其中包含主函數(shù)main()，程序執(zhí)行從main()函數(shù)開始。數(shù)據(jù)類型和變量聲明基本數(shù)據(jù)類型int,char,float,double等基本數(shù)據(jù)類型用于存儲(chǔ)不同類型的數(shù)據(jù)。變量聲明使用數(shù)據(jù)類型和標(biāo)識(shí)符來(lái)聲明變量，例如：intage;，charinitial;。變量初始化在聲明變量時(shí)可以對(duì)其進(jìn)行初始化，例如：intage=25;，charinitial='A';。運(yùn)算符和表達(dá)式算術(shù)運(yùn)算符C++提供了一套豐富的算術(shù)運(yùn)算符，例如加法(+)、減法(-)、乘法(*)、除法(/)、取余(%)等。這些運(yùn)算符用于執(zhí)行數(shù)值計(jì)算，例如計(jì)算兩個(gè)整數(shù)的和或兩個(gè)浮點(diǎn)數(shù)的商。關(guān)系運(yùn)算符關(guān)系運(yùn)算符用于比較兩個(gè)操作數(shù)，例如大于(>)、小于(<)、等于(==)、不等于(!=)等。這些運(yùn)算符的結(jié)果是一個(gè)布爾值，即真或假。邏輯運(yùn)算符邏輯運(yùn)算符用于組合布爾表達(dá)式，例如邏輯與(&&)、邏輯或(||)、邏輯非(!)等。這些運(yùn)算符的結(jié)果也是一個(gè)布爾值。位運(yùn)算符位運(yùn)算符用于對(duì)操作數(shù)的二進(jìn)制表示進(jìn)行操作，例如按位與(&)、按位或(|)、按位異或(^)、左移(<<)、右移(>>)等。控制流語(yǔ)句條件語(yǔ)句根據(jù)條件的真假執(zhí)行不同的代碼塊。循環(huán)語(yǔ)句重復(fù)執(zhí)行一段代碼，直到滿足特定條件。選擇語(yǔ)句根據(jù)表達(dá)式的值選擇執(zhí)行不同的代碼塊。函數(shù)及其定義函數(shù)的概念函數(shù)是組織代碼并執(zhí)行特定任務(wù)的代碼塊，提高代碼的可重用性和可讀性。函數(shù)的定義函數(shù)定義包括函數(shù)名稱、參數(shù)列表和函數(shù)體，函數(shù)體包含實(shí)現(xiàn)函數(shù)功能的代碼。函數(shù)的調(diào)用通過函數(shù)名稱和實(shí)際參數(shù)調(diào)用函數(shù)，執(zhí)行函數(shù)體中的代碼并返回結(jié)果。常量、引用和指針常量常量表示值不可變的量,提高代碼可讀性和安全性。引用引用是變量的別名，指向同一內(nèi)存位置,但不復(fù)制數(shù)據(jù),提高效率。指針指針變量存儲(chǔ)變量的地址,允許直接操作內(nèi)存,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理。動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配1堆內(nèi)存動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配允許在程序運(yùn)行時(shí)從堆中申請(qǐng)內(nèi)存空間，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。2new運(yùn)算符使用new運(yùn)算符來(lái)申請(qǐng)內(nèi)存空間，例如：int*ptr=newint;。3delete運(yùn)算符使用delete運(yùn)算符來(lái)釋放內(nèi)存空間，例如：deleteptr;。數(shù)組和字符串1數(shù)組數(shù)組是存儲(chǔ)相同類型數(shù)據(jù)的集合，使用下標(biāo)訪問元素。2字符串字符串是字符的序列，可以使用字符數(shù)組或標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的string類表示。3操作常見的數(shù)組和字符串操作包括：聲明、初始化、賦值、訪問元素、遍歷等。4示例例如，可以用數(shù)組存儲(chǔ)一組學(xué)生成績(jī)，用字符串存儲(chǔ)學(xué)生姓名。結(jié)構(gòu)體和枚舉結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)體是一種用戶自定義的數(shù)據(jù)類型，它允許將不同類型的數(shù)據(jù)組合在一起。枚舉枚舉是一種用于定義一組命名的常量的數(shù)據(jù)類型。類和對(duì)象類是對(duì)象的模板，定義對(duì)象的屬性和行為。對(duì)象是類的實(shí)例，擁有類的屬性和行為。通過定義類和創(chuàng)建對(duì)象，實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用和模塊化。訪問控制和封裝保護(hù)數(shù)據(jù)訪問控制確保只有授權(quán)代碼才能訪問私有成員，保護(hù)數(shù)據(jù)完整性和安全性。隱藏實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)封裝通過隱藏內(nèi)部實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，提供清晰的接口，方便代碼維護(hù)和擴(kuò)展。提高代碼可讀性封裝使代碼更易理解和維護(hù)，通過清晰的接口，減少代碼耦合性。構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)構(gòu)造函數(shù)在對(duì)象創(chuàng)建時(shí)自動(dòng)執(zhí)行。用于初始化對(duì)象成員變量。析構(gòu)函數(shù)在對(duì)象銷毀時(shí)自動(dòng)執(zhí)行。用于釋放對(duì)象占用的資源。繼承和多態(tài)1繼承通過繼承，一個(gè)類可以從另一個(gè)類獲取屬性和方法。這使代碼更具可重用性，并減少了重復(fù)代碼的編寫。2多態(tài)多態(tài)意味著同一個(gè)操作可以根據(jù)對(duì)象的不同類型而執(zhí)行不同的行為。這允許您使用更通用代碼，并在運(yùn)行時(shí)確定要執(zhí)行的特定操作。虛函數(shù)和抽象類虛函數(shù)允許在派生類中重新定義基類中的函數(shù),提高代碼靈活性。抽象類不能直接實(shí)例化,用來(lái)定義接口,促進(jìn)代碼復(fù)用。繼承與多態(tài)虛函數(shù)和抽象類是面向?qū)ο缶幊讨械年P(guān)鍵概念,通過它們實(shí)現(xiàn)多態(tài)性,提高代碼的可維護(hù)性和擴(kuò)展性。模板編程代碼復(fù)用模板允許您創(chuàng)建可重復(fù)使用的代碼結(jié)構(gòu)，以處理不同數(shù)據(jù)類型，從而減少代碼冗余并提高效率。泛型編程模板支持編寫與數(shù)據(jù)類型無(wú)關(guān)的算法，從而實(shí)現(xiàn)高度靈活和可擴(kuò)展的代碼庫(kù)。類型安全模板可以幫助您編寫類型安全的代碼，從而減少潛在錯(cuò)誤并提高代碼質(zhì)量。異常處理錯(cuò)誤檢測(cè)在程序運(yùn)行過程中，可能會(huì)遇到各種錯(cuò)誤，例如除以零、內(nèi)存不足等。異常處理機(jī)制C++提供了異常處理機(jī)制，允許程序在遇到錯(cuò)誤時(shí)，以一種結(jié)構(gòu)化的方式處理異常。異常類型不同的異常類型對(duì)應(yīng)不同的錯(cuò)誤情況，例如std::runtime_error、std::logic_error等。異常處理流程使用try-catch語(yǔ)句捕獲異常，并執(zhí)行相應(yīng)的處理邏輯。文件輸入輸出輸入從外部文件中讀取數(shù)據(jù)，例如文本文件、圖像文件或數(shù)據(jù)庫(kù)文件。輸出將程序結(jié)果寫入外部文件，例如保存計(jì)算結(jié)果、生成報(bào)告或創(chuàng)建新的文件。C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)簡(jiǎn)介輸入/輸出流(iostream)處理標(biāo)準(zhǔn)輸入和輸出，例如鍵盤和屏幕。字符串(string)提供字符串操作，例如比較、連接和查找。容器(vector,list,map)存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，例如數(shù)組、鏈表和關(guān)聯(lián)數(shù)組。算法(algorithm)提供排序、查找和搜索等算法，簡(jiǎn)化編程。面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)思想抽象將現(xiàn)實(shí)世界中的事物抽象成類，隱藏實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，只保留公共接口。封裝將數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)的方法封裝在一起，保護(hù)數(shù)據(jù)不被非法訪問。繼承子類繼承父類的屬性和方法，實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用和擴(kuò)展。多態(tài)同一操作在不同對(duì)象上具有不同的行為，提高代碼靈活性和可維護(hù)性。算法的復(fù)雜度分析O(n)線性復(fù)雜度算法執(zhí)行時(shí)間與輸入數(shù)據(jù)量成正比。O(n^2)平方復(fù)雜度算法執(zhí)行時(shí)間與輸入數(shù)據(jù)量的平方成正比。O(logn)對(duì)數(shù)復(fù)雜度算法執(zhí)行時(shí)間與輸入數(shù)據(jù)量的對(duì)數(shù)成正比。O(1)常數(shù)復(fù)雜度算法執(zhí)行時(shí)間與輸入數(shù)據(jù)量無(wú)關(guān)。編程規(guī)范與調(diào)試代碼風(fēng)格一致的代碼風(fēng)格可以提高代碼的可讀性和可維護(hù)性。使用代碼格式化工具可以幫助你保持代碼一致性。代碼注釋清晰的注釋可以讓代碼更容易理解。注釋應(yīng)該簡(jiǎn)明扼要，并且解釋代碼的功能和意圖。錯(cuò)誤處理合理的錯(cuò)誤處理可以防止程序崩潰。使用異常處理機(jī)制，并記錄錯(cuò)誤信息以方便調(diào)試。綜合實(shí)例及練習(xí)1實(shí)踐應(yīng)用通過實(shí)際案例，將所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通，提升解決問題的能力。2鞏固基礎(chǔ)練習(xí)題旨在幫助學(xué)生熟練掌握C++語(yǔ)法和編程技巧。3培養(yǎng)思維案例設(shè)計(jì)涵蓋不同領(lǐng)域，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。課程總結(jié)本課程旨在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)C++語(yǔ)言的深入理解和應(yīng)用能力。通過系統(tǒng)學(xué)習(xí)C++的基礎(chǔ)語(yǔ)