《C++語言基礎(chǔ)》課件

C++語言基礎(chǔ)本教程旨在為初學(xué)者提供C++編程語言的基礎(chǔ)知識，并帶您一步步地學(xué)習(xí)如何使用它構(gòu)建強大的應(yīng)用程序。C++語言的發(fā)展歷史C++由貝爾實驗室的BjarneStroustrup于1979年開始設(shè)計，最初命名為"CwithClasses"，目的是擴展C語言，加入面向?qū)ο缶幊痰奶匦?。?983年，它被正式命名為C++。C++語言的演變過程伴隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，它不斷吸納新的特性和功能，使其能夠適應(yīng)更加復(fù)雜和龐大的項目需求。如今，C++已成為一種廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)軟件開發(fā)、游戲引擎、嵌入式系統(tǒng)等多個領(lǐng)域的編程語言，并在人工智能、機器學(xué)習(xí)等前沿領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。C++語言的特點和優(yōu)勢1高效性C++是一種編譯型語言，編譯后的代碼可以直接運行，效率很高，適合開發(fā)對性能要求很高的應(yīng)用程序。2靈活性和可擴展性C++提供了豐富的語言特性，例如面向?qū)ο缶幊?、泛型編程、模板元編程等，可以幫助開發(fā)者構(gòu)建靈活、可擴展的應(yīng)用程序。3跨平臺性C++代碼可以在不同的操作系統(tǒng)上編譯和運行，使其具有很好的跨平臺性，方便開發(fā)者將程序移植到不同的平臺。4豐富的庫支持C++擁有大量的標(biāo)準(zhǔn)庫和第三方庫，為開發(fā)者提供了豐富的功能和工具，可以幫助他們快速構(gòu)建應(yīng)用程序。C++語言的基本結(jié)構(gòu)預(yù)處理指令用于在編譯之前對代碼進(jìn)行預(yù)處理，例如包含頭文件、定義宏等。命名空間用于組織代碼，防止命名沖突，例如`std`命名空間包含了C++標(biāo)準(zhǔn)庫中的所有元素。全局變量和函數(shù)定義在函數(shù)外部的變量和函數(shù)，可以在整個程序中訪問。主函數(shù)程序的入口點，程序執(zhí)行從`main`函數(shù)開始。C++程序的基本元素關(guān)鍵字，例如`int`、`double`、`for`、`while`等，具有特殊的含義，不能作為標(biāo)識符使用。標(biāo)識符，用于命名變量、函數(shù)、類等，由字母、數(shù)字和下劃線組成，第一個字符必須是字母或下劃線。運算符，用于執(zhí)行操作，例如`+`、`-`、`*`、`/`、`=`等。常量，值不能改變的量，例如`10`、`3.14`等。C++標(biāo)識符的命名規(guī)則1標(biāo)識符區(qū)分大小寫，例如`name`和`Name`是不同的標(biāo)識符。2標(biāo)識符只能包含字母、數(shù)字和下劃線，第一個字符必須是字母或下劃線，例如`my_variable`是一個合法的標(biāo)識符。3標(biāo)識符不能與關(guān)鍵字相同，例如`int`不能用作變量名。4標(biāo)識符應(yīng)該具有描述性，以便于閱讀和理解代碼，例如`student_name`比`s`更易懂。C++語言的基本數(shù)據(jù)類型char字符類型，用于存儲單個字符'A'int整數(shù)類型，用于存儲整數(shù)10float單精度浮點數(shù)類型，用于存儲帶小數(shù)點的數(shù)字3.14double雙精度浮點數(shù)類型，用于存儲帶小數(shù)點的數(shù)字，精度更高1.23456789bool布爾類型，用于存儲邏輯值，值為`true`或`false`trueC++變量的聲明和初始化聲明聲明變量時，需要指定變量的類型和名稱，例如`intage;`聲明了一個名為`age`的整數(shù)型變量。初始化初始化變量時，需要在聲明變量的同時為變量賦予一個初始值，例如`intage=20;`聲明并初始化了一個名為`age`的整數(shù)型變量，并將其初始值設(shè)置為`20`。賦值在程序執(zhí)行過程中，可以使用賦值運算符`=`為變量賦予新的值，例如`age=25;`將變量`age`的值修改為`25`。C++常量的定義使用`const`關(guān)鍵字定義常量，例如`constintPI=3.14159;`定義了一個名為`PI`的常量，其值為`3.14159`，在程序執(zhí)行過程中不能修改。常量可以是任何基本數(shù)據(jù)類型，例如`constcharfirst_letter='A';`定義了一個名為`first_letter`的字符型常量，其值為`'A'`。使用常量可以提高代碼的可讀性和可維護(hù)性，避免不必要的修改，同時還可以防止程序出現(xiàn)錯誤。C++表達(dá)式和運算符算術(shù)運算符用于執(zhí)行算術(shù)運算，例如`+`、`-`、`*`、`/`、`%`。1關(guān)系運算符用于比較兩個值，例如`==`、`!=`、`>`、`<`、`>=`、`<=`。2邏輯運算符用于組合邏輯表達(dá)式，例如`&&`、`||`、`!`。3位運算符用于對二進(jìn)制位進(jìn)行操作，例如`&`、`|`、`^`、`~`、`<<`、`>>`。4賦值運算符用于將值賦予變量，例如`=`、`+=`、`-=`、`*=`、`/=`、`%=`。5C++順序結(jié)構(gòu)的語句1順序執(zhí)行順序結(jié)構(gòu)的語句按照從上到下的順序依次執(zhí)行，例如：```c++inta=10;intb=20;intsum=a+b;cout<<"sum="<<sum<<endl;```C++分支結(jié)構(gòu)的語句1if語句根據(jù)條件判斷是否執(zhí)行某段代碼，例如：```c++if(age>=18){cout<<"Youareanadult."<<endl;}```2else語句與`if`語句配合使用，當(dāng)`if`語句的條件不滿足時執(zhí)行，例如：```c++if(age>=18){cout<<"Youareanadult."<<endl;}else{cout<<"Youarenotanadult."<<endl;}```3switch語句根據(jù)表達(dá)式的值選擇不同的執(zhí)行分支，例如：```c++switch(grade){case'A':cout<<"Excellent!"<<endl;break;case'B':cout<<"Good."<<endl;break;default:cout<<"Tryharder!"<<endl;}```C++循環(huán)結(jié)構(gòu)的語句1for循環(huán)用于重復(fù)執(zhí)行一段代碼，可以指定循環(huán)次數(shù)，例如：```c++for(inti=0;i<10;i++){cout<<i<<endl;}```2while循環(huán)用于重復(fù)執(zhí)行一段代碼，直到條件不滿足為止，例如：```c++inti=0;while(i<10){cout<<i<<endl;i++;}```3do-while循環(huán)與`while`循環(huán)類似，但它至少執(zhí)行一次循環(huán)體，例如：```c++inti=0;do{cout<<i<<endl;i++;}while(i<10);```C++函數(shù)的定義和調(diào)用C++函數(shù)的參數(shù)傳遞方式值傳遞將實參的值復(fù)制給形參，形參的變化不會影響實參的值。引用傳遞將實參的地址傳遞給形參，形參的變化會影響實參的值。指針傳遞將實參的地址傳遞給形參，形參的變化會影響實參的值。C++函數(shù)的返回值C++函數(shù)的重載1概念函數(shù)重載是指在同一個作用域內(nèi)，定義多個同名函數(shù)，但它們的參數(shù)列表不同。2用途通過重載函數(shù)，可以實現(xiàn)同一個函數(shù)名完成不同的功能，提高代碼的可讀性和可維護(hù)性。C++數(shù)組的定義和訪問定義使用數(shù)據(jù)類型和數(shù)組名定義數(shù)組，并指定數(shù)組的大小，例如`intnumbers[10];`定義了一個包含10個整數(shù)的數(shù)組。訪問使用數(shù)組名和下標(biāo)訪問數(shù)組元素，例如`numbers[0]`訪問數(shù)組的第一個元素。初始化可以在定義數(shù)組時為數(shù)組元素賦值，例如`intnumbers[10]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};`。C++一維數(shù)組的應(yīng)用存儲相同類型的數(shù)據(jù)，例如存儲一組學(xué)生的成績。使用循環(huán)遍歷數(shù)組元素，例如計算數(shù)組中所有元素的和。對數(shù)組元素進(jìn)行排序和查找，例如找出數(shù)組中最大的元素。C++二維數(shù)組的應(yīng)用1存儲表格數(shù)據(jù)，例如存儲一個棋盤的游戲狀態(tài)。2存儲圖像數(shù)據(jù)，例如存儲一個灰度圖像的像素值。3處理矩陣運算，例如矩陣加法、矩陣乘法等。C++指針的概念和使用概念指針是一種變量，它存儲另一個變量的內(nèi)存地址。聲明使用數(shù)據(jù)類型和星號(*)聲明指針變量，例如`int*ptr;`聲明了一個指向整數(shù)的指針變量。賦值使用取地址運算符(&)獲取變量的地址，并賦值給指針變量，例如`ptr=#`將變量`num`的地址賦值給指針變量`ptr`。訪問使用星號(*)訪問指針變量所指向的內(nèi)存地址中的值，例如`cout<<*ptr<<endl;`輸出指針變量`ptr`指向的內(nèi)存地址中的值。C++指針與數(shù)組的關(guān)系1數(shù)組名數(shù)組名代表數(shù)組首元素的地址，可以像指針一樣使用，例如`intnumbers[10];``int*ptr=numbers;`將數(shù)組`numbers`的地址賦值給指針變量`ptr`。2指針運算可以使用指針進(jìn)行加減運算，例如`ptr++`指向下一個元素的地址，`ptr--`指向上一個元素的地址。3數(shù)組越界使用指針訪問數(shù)組元素時，需要確保指針指向數(shù)組內(nèi)的地址，否則會導(dǎo)致程序崩潰。C++引用的概念和使用概念引用是一種別名，它與另一個變量共享相同的內(nèi)存空間。1聲明使用數(shù)據(jù)類型和取地址運算符(&)聲明引用變量，例如`int&ref=num;`聲明一個名為`ref`的整數(shù)型引用變量，它指向變量`num`。2使用使用引用變量就像使用原始變量一樣，它可以直接訪問和修改原始變量的值。3C++結(jié)構(gòu)體的定義和訪問定義使用`struct`關(guān)鍵字定義結(jié)構(gòu)體類型，并在結(jié)構(gòu)體中定義成員變量，例如：```c++structStudent{stringname;intage;chargrade;};```訪問使用結(jié)構(gòu)體變量和點運算符(.)訪問結(jié)構(gòu)體成員，例如：```c++Studentstudent1;="張三";student1.age=20;student1.grade='A';```C++結(jié)構(gòu)體數(shù)組的應(yīng)用存儲多個相同類型的結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)，例如存儲一組學(xué)生的信息。使用循環(huán)遍歷結(jié)構(gòu)體數(shù)組元素，例如輸出所有學(xué)生的姓名和年齡。對結(jié)構(gòu)體數(shù)組元素進(jìn)行排序和查找，例如根據(jù)學(xué)生的年齡進(jìn)行排序。C++共用體的定義和使用1使用`union`關(guān)鍵字定義共用體類型，并在共用體中定義成員變量，這些成員變量共享相同的內(nèi)存空間。2共用體的大小等于它所有成員中大小最大的成員的大小。3在程序執(zhí)行過程中，只能訪問共用體中的一個成員，訪問不同的成員會導(dǎo)致數(shù)據(jù)覆蓋。C++枚舉類型的定義和應(yīng)用定義使用`enum`關(guān)鍵字定義枚舉類型，并指定枚舉成員的值，例如：```c++enumWeekday{Monday,Tuesday,Wednesday,Thursday,Friday,Saturday,Sunday};```使用使用枚舉變量存儲枚舉成員的值，例如：```c++Weekdaytoday=Wednesday;cout<<today<<endl;//輸出Wednesday```C++預(yù)處理指令的使用1`#include`用于包含頭文件，例如`#include`包含了標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出流庫。2`#define`用于定義宏，例如`#definePI3.14159`定義了一個名為`PI`的宏，其值為`3.14159`。3`#ifdef`、`#ifndef`、`#endif`用于條件編譯，根據(jù)條件判斷是否編譯某段代碼。C++頭文件的包含方式使用尖括號`<>`包含標(biāo)準(zhǔn)庫中的頭文件，例如`#include`。使用雙引號`""`包含用戶自定義的頭文件，例如`#include"myheader.h"`。包含頭文件可以方便地使用其他庫或文件中的函數(shù)、類、變量等元素，提高代碼的可重用性。C++命名空間的概念和使用概念命名空間用于組織代碼，防止命名沖突，例如`std`命名空間包含了C++標(biāo)準(zhǔn)庫中的所有元素。1定義使用`namespace`關(guān)鍵字定義命名空間，例如：```c++namespaceMyNamespace{//代碼}```2使用使用`::`運算符訪問命名空間中的元素，例如`MyNamespace::myFunction();`調(diào)用`MyNamespace`命名空間中的`myFunction`函數(shù)。3C++類的定義和訪問定義使用`class`關(guān)鍵字定義類，并在類中定義成員變量和成員函數(shù)，例如：```c++classStudent{public:stringname;intage;chargrade;voiddisplayInfo();};```訪問使用類名和點運算符(.)訪問類的成員，例如：```c++Studentstudent1;="張三";student1.displayInfo();```C++類的成員函數(shù)訪問和修改類成員變量。實現(xiàn)類的功能，例如計算、排序等。隱藏類的實現(xiàn)細(xì)節(jié)，對外提供統(tǒng)一的接口。C++類的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)1構(gòu)造函數(shù)是類的一種特殊成員函數(shù)，在創(chuàng)建對象時自動調(diào)用，用于初始化對象成員變量。2析構(gòu)函數(shù)是類的一種特殊成員函數(shù)，在對象銷毀時自動調(diào)用，用于釋放對象占用的資源。3構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)的名稱與類名相同，但構(gòu)造函數(shù)沒有返回值，析構(gòu)函數(shù)沒有返回值，也不能指定返回值類型。C++類的拷貝構(gòu)造函數(shù)概念拷貝構(gòu)造函數(shù)是類的一種特殊成員函數(shù)，用于創(chuàng)建一個新的對象，并將另一個對象的值復(fù)制到新對象中。使用當(dāng)使用一個對象初始化另一個對象時，會自動調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)。作用避免淺拷貝，確保對象成員變量被正確復(fù)制。C++類的運算符重載1概念運算符重載是指對C++中的運算符進(jìn)行重新定義，使其能夠用于自定義類型。2使用使用`operator`關(guān)鍵字重載運算符，例如`operator+`重載加法運算符。3作用提高代碼的可讀性和可維護(hù)性，使自定義類型能夠像內(nèi)置類型一樣使用運算符。C++繼承的概念和實現(xiàn)概念繼承是指創(chuàng)建一個新的類（子類），繼承另一個已存在的類（父類）的屬性和方法。使用使用冒號(:)和繼承關(guān)鍵字`public`、`protected`、`private`指定繼承關(guān)系，例如：```c++classDerivedClass:publicBaseClass{//代碼};```C++多態(tài)的概念和實現(xiàn)子類可以重寫父類的虛函數(shù)，實現(xiàn)不同的功能。在運行時根據(jù)對象的實際類型調(diào)用相應(yīng)的方法。通過多態(tài)可以實現(xiàn)代碼復(fù)用，提高代碼的可維護(hù)性。C++虛函數(shù)的定義和使用1使用`virtual`關(guān)鍵字定義虛函數(shù)，例如：```c++classBaseClass{public:virtualvoiddisplay(){cout<<"BaseClass"<<endl;}};```2子類可以重寫父類的虛函數(shù)，例如：```c++classDerivedClass:publicBaseClass{public:voiddisplay()override{cout<<"DerivedClass"<<endl;}};```3在運行時，根據(jù)對象的實際類型調(diào)用相應(yīng)的方法，例如：```c++BaseClass*basePtr=newDerivedClass();basePtr->display();//調(diào)用DerivedClass的display函數(shù)```C++抽象類的定義和應(yīng)用概念抽象類是一種特殊的類，它不能被實例化，只能被繼承。定義使用`abstract`關(guān)鍵字聲明抽象類，例如：```c++classShape{public:virtualvoiddraw()=0;//純虛函數(shù)};```應(yīng)用抽象類用于定義接口，子類必須實現(xiàn)抽象類的純虛函數(shù)。C++模板的概念和使用1概念模板是一種參數(shù)化的編程機制，允許開發(fā)者編寫泛型函數(shù)和類。2使用使用`template`關(guān)鍵字定義模板，例如：```c++templateTsum(Ta,Tb){returna+b;}```3作用提高代碼的可重用性和可擴展性，減少重復(fù)代碼的編寫。C++異常處理的機制概念異常處理機制用于捕獲和處理程序運行時出現(xiàn)的錯誤。使用使用`try`、`catch`、`throw`關(guān)鍵字處理異常，例如：```c++try{//可能發(fā)生異常的代碼}catch(exception&e){//處理異常}```作用確保程序在發(fā)生錯誤時能夠正常運行，提高程序的健壯性。C++文件的打開和關(guān)閉使用文件流對象打開和關(guān)閉文件，例如`fstreamfile;`。使用`open()`函數(shù)打開文件，例如`file.open("data.txt",ios::out);`。使用`close()`函數(shù)關(guān)閉文件，例如`file.clos