C++ 快速上手指南

第一部分：基础与项目结构

1. 项目组织结构

一个完整的C++项目通常包含以下文件类型和目录结构。

常见文件类型

后缀	类型	功能
`.h` / `.hpp`	头文件	放置各种声明（类型、函数、类等），不建议放实现代码。
`.c` / `.cpp`	源文件	放置头文件中声明的定义。通过 `#include` 关联头文件。
`makefile`	构建配置	定义项目源码的编译过程。
`CMakeLists.txt`	CMake配置	跨平台的编译配置，可生成`makefile`。
`.dll` / `.so`	动态链接库	程序的外部功能支持库。
`.o` / `.obj`	编译目标文件	源码直接编译生成的原始二进制文件。
`.a` / `.lib`	静态链接库	由`.o` / `.obj`文件组合而成。

程序入口点

每个C++应用有且仅有一个 main() 函数。
标准形式：int main(int argc, char *argv[])。
- argc：参数个数。
- argv：参数字符串数组。

2. 源码文件结构

C++源码分为声明和定义两部分。

声明：将名称（变量、函数、类等）引入程序，通常放在头文件（.h）中。
定义：将声明的内容具体实现，通常放在源文件（.cpp）中。
前向声明：为解决交叉引用问题，在定义前先声明类名，但只能用于定义指针、引用和函数形参。

代码组织顺序（推荐）

#include 引用
预处理指令
命名空间定义或引用
自定义类型声明
声明（类、函数等）
定义（类成员、函数等）
main() 主函数

第二部分：核心语言特性

1. 预处理器指令

以 # 开头，在编译前执行。

`#include`

#include <文件名>：在标准库目录中搜索。
#include "文件名"：在指定文件目录（当前目录或相对路径）中搜索。

`#define`

对象宏：#define 宏名替代内容。例如：#define PI 3.14
函数宏：#define 宏名(参数) (表达式)。例如：#define MAX(a,b) (a>b?a:b)
特殊运算符：
- #：将参数转换为字符串。例如：#define STR(x) #x，STR(123) -> "123"
- ##：连接两个参数。例如：#define CC(x,y) x##y，CC(a, b) -> ab
取消定义：#undef 宏名

条件编译

#ifdef / #ifndef：检查宏是否已定义。
#if、#elif、#else、#endif

头文件保护（防止重复包含）：

#ifndef CLASS_A_H_
#define CLASS_A_H_
// 类声明内容
#endif

2. 命名空间

定义：namespace 命名空间名 { ... }，用于避免命名冲突。
访问：使用 :: 作用域解析符，例如 Galaxy::stars。
简化使用：
- using 命名空间名::名称;：引入单个名称。
- using namespace 命名空间名;：引入整个命名空间。

3. 数据类型与变量

基本数据类型

类型	关键字	常用修饰符
布尔型	`bool`	`true`, `false`
字符型	`char`	`signed`, `unsigned`
整型	`int`	`short`, `long`, `signed`, `unsigned`
浮点型	`float`	单精度
双精度浮点	`double`	双精度
无类型	`void`	-
宽字符型	`wchar_t`	-

变量

定义：数据类型变量名;，例如 int a;
初始化：int a = 5; 或 int a(5);
作用域：
- 局部变量：在函数或代码块内声明，需手动初始化。
- 全局变量：在函数外声明，系统自动初始化为默认值（0, \0, nullptr等）。
- 形式参数：函数定义中声明的参数。

变量修饰符

static：保持变量生命周期或限制作用域。
extern：声明在其他文件中定义的全局变量或函数。
const：定义常量，值不可修改。
volatile：通知编译器不要优化，直接从内存读取。
mutable：允许被 const 成员函数修改。
thread_local：每个线程拥有独立副本。

4. 复合数据类型

数组

定义：类型数组名[大小];
初始化：int arr[3] = {1, 2, 3};
访问：arr[索引]，索引从0开始。
多维数组：int arr2d[3][4];，视为“数组的数组”。

字符串

C风格字符串：字符数组，以 \0 结尾。char greeting[] = "Hello";
C++ string类：需包含 <string>。std::string str = "Hello";

结构体 (struct)

用户自定义的聚合数据类型，成员默认是 public。
定义：struct 结构名 { 成员类型成员名; };
访问：结构变量.成员 或 结构指针->成员。

联合体 (union)

所有成员共享同一内存，一次只能使用一个成员。
大小由最大成员决定。

枚举 (enum)

定义一组命名的整数常量。
定义：enum 枚举名 { 常量1, 常量2, ... };。默认从0开始递增。
C++11强类型枚举：enum class 枚举名 { ... };，防止隐式转换和命名污染。

类型别名 (typedef)

定义：typedef 原类型别名;
C++11 using别名：using 别名 = 原类型;，更适用于模板。

5. 控制结构

分支语句

if / else if / else
switch / case / default：注意 break 的使用，否则会“穿透”。
三元运算符：条件 ? 表达式1 : 表达式2

循环语句

for 循环：for (初始化; 条件; 步进) { ... }
while 循环：while (条件) { ... }
do-while 循环：do { ... } while (条件);，至少执行一次。
循环控制：
- break：立即退出当前循环。
- continue：跳过本次循环剩余部分，进入下一次迭代。

6. 函数

函数定义

返回值类型 函数名(参数列表) {
    // 函数体
    return 返回值;
}

函数重载

函数名相同，但参数列表（数量或类型）不同。

参数传递

按值传递：传递副本，不修改原值。
按指针传递：传递地址，可修改原值。void func(int *p)
按引用传递：传递别名，可修改原值。void func(int &ref)

参数默认值

在声明时指定：int func(int a, int b = 10);

Lambda表达式 (C++11)

定义：[捕获列表](参数列表) -> 返回值类型 { 函数体 }
捕获方式：
- []：不捕获任何外部变量。
- [=]：以值捕获所有外部变量。
- [&]：以引用捕获所有外部变量。
- [a, &b]：a值捕获，b引用捕获。

7. 指针与引用

指针

定义：类型 *指针名;，例如 int *p;
操作符：
- &：取地址符，p = &a;
- *：解引用符，*p = 10;
指针与数组：数组名是常量指针，指向数组首元素。arr[i] 等价于 *(arr + i)
空指针：nullptr (C++11)，NULL 或 0 (旧式)。
函数指针：返回值类型 (*函数指针名)(参数列表);

引用

定义：类型 &引用名 = 原变量;，是原变量的别名。
特性：
1. 必须在声明时初始化。
2. 一旦绑定，不可更改引用的对象。
3. 不存在空引用。
常用场景：函数参数（避免拷贝，可修改原值）和返回值（返回对象本身）。

8. 动态内存管理

分配：
- 类型 *指针 = new 类型; （单个对象）
- 类型 *数组 = new 类型[大小]; （对象数组）
释放：
- delete 指针; （单个对象）
- delete[] 数组指针; （对象数组）
规则：
- 不要重复释放同一内存。
- delete 空指针是安全的。
- 务必匹配 new 和 delete，new[] 和 delete[]。
C风格：malloc() 和 free()，但不会调用构造函数/析构函数。

第三部分：面向对象编程

1. 类 (class)

声明：class 类名 { private: ... public: ... }; 成员默认是 private。
成员函数定义：返回值类型类名::函数名(参数) { ... }
this指针：指向当前对象实例的指针。

2. 构造函数与析构函数

构造函数：
- 与类同名，无返回值，用于初始化对象。
- 可以重载。
- 初始化列表：类名(参数列表): 成员1(值1), 成员2(值2) { ... }
析构函数：
- 与类同名，前加 ~，无返回值，无参数。
- 对象销毁时自动调用，用于清理资源。
默认构造函数：类名() = default; (C++11)
委托构造函数 (C++11)：构造函数调用另一个构造函数。

3. 继承

格式：class 子类名 : 访问控制符基类名 { ... }
访问控制符：
- public：保持基类成员的原有访问级别。
- protected：基类的 public 和 protected 成员变为 protected。
- private：基类所有成员变为 private。
构造函数：子类构造函数通过初始化列表调用基类构造函数。Child(参数): Base(参数) { ... }

4. 多态

虚函数：基类中使用 virtual 关键字声明，子类可重写，实现动态绑定。
纯虚函数：virtual void func() = 0;，使类成为抽象类，不可实例化。
override (C++11)：显式声明重写基类的虚函数。
final (C++11)：阻止类被继承或虚函数被重写。

5. 运算符重载

格式：返回值类型 operator运算符(参数列表)
可以重载为成员函数或友元函数。

6. 友元

使用 friend 关键字，允许外部函数或类访问其私有成员。
类型：友元函数、友元类、友元成员函数。

7. 异常处理

抛出：throw 异常对象;

捕获：

try {
    // 可能抛出异常的代码
} catch (异常类型1 &e) {
    // 处理
} catch (...) {
    // 处理所有其他异常
}

异常规范：
- noexcept (C++11)：函数不会抛出异常。
- throw(...)：旧式规范，已弃用。

8. const 成员函数

定义：在成员函数声明末尾加 const，表示该函数不会修改对象的数据成员。
只能调用其他 const 成员函数，不能修改非 mutable 成员。

9. 模板 (泛型)

函数模板：

1 2	template <typename T> T max(T a, T b) { return a > b ? a : b; }

类模板：

1 2	template <typename T> class Stack { ... };

非类型模板形参：template <typename T, size_t N> void func(T (&arr)[N]);

第四部分：标准库与构建

1. 输入输出 (IO)

头文件：<iostream>、<iomanip>、<fstream>
标准流：
- cout：标准输出，配合 <<。
- cin：标准输入，配合 >>。
- cerr / clog：标准错误输出。
格式控制：使用 <iomanip> 中的 setw(), setprecision() 等。

2. 文件操作

头文件：<fstream>
类：ifstream（读）、ofstream（写）、fstream（读写）。
打开模式：ios::in、ios::out、ios::app、ios::trunc 等。

示例：

1
2
3

ofstream file("test.txt");
file << "Hello" << endl;
file.close();

3. 常用容器 (STL)

容器	头文件	特点
`vector`	`<vector>`	动态数组，快速随机访问。
`list`	`<list>`	双向链表，快速插入/删除。
`deque`	`<deque>`	双端队列。
`stack`	`<stack>`	栈，LIFO。
`queue`	`<queue>`	队列，FIFO。
`map`	`<map>`	有序键值对。
`unordered_map`	`<unordered_map>`	哈希表，无序键值对。

4. 智能指针 (C++11)

std::unique_ptr：独占所有权的智能指针。
std::shared_ptr：共享所有权的智能指针，通过引用计数管理。
std::weak_ptr：配合 shared_ptr 使用，解决循环引用问题。

5. 编译与构建

CMake 基础

最小配置：

1
2
3

cmake_minimum_required(VERSION 3.0)
project(MyProject)
add_executable(myapp main.cpp)

常用命令：
- set(CMAKE_CXX_STANDARD 11)：设置C++标准。
- target_include_directories：指定头文件目录。
- target_link_libraries：链接库。

编译器与链接库

静态库 (.a/.lib)：编译时被链接进可执行文件。
动态库 (.so/.dll)：运行时被加载，可多程序共享。
g++ 常用参数：
- -c：只编译，不链接。
- -o：指定输出文件名。
- -I：指定头文件搜索路径。
- -L：指定库文件搜索路径。
- -l：链接指定的库。
- -fPIC：生成位置无关代码（用于动态库）。
- -shared：生成动态链接库。

第五部分：现代C++特性 (C++11/14)

C++11 重要新特性

右值引用 (&&) 与移动语义
- 延长临时对象的生命周期，实现资源转移，避免深拷贝。
- std::move()：将左值转换为右值引用。
统一初始化
- 使用大括号 {} 进行初始化，适用于所有类型。
1
2
vector<int> v{1, 2, 3};
int arr[]{1, 2, 3};
自动类型推导
- auto：编译器自动推导变量类型。
- decltype：获取表达式或变量的类型。

基于范围的 for 循环

1
2
3

for (auto &elem : container) {
    // 遍历容器
}

空指针 nullptr
- 替代 NULL，避免与整数0混淆。
强类型枚举 enum class
- 作用域限制，防止隐式转换。
静态断言 static_assert
- 编译期断言，若条件为假则编译失败。
override 与 final
- override：显式表明重写基类虚函数。
- final：阻止类被继承或虚函数被重写。
Lambda 表达式
- 创建匿名函数对象。
=default 与 =delete
- =default：显式要求编译器生成默认的特殊成员函数。
- =delete：禁止编译器生成特殊成员函数。

C++14 新特性

泛型Lambda
- Lambda 参数可使用 auto，成为模板。
1
auto add = [](auto a, auto b) { return a + b; };
变量模板
- 模板化的变量定义。

C++快速上手指南

C++ 快速上手指南

第一部分：基础与项目结构

1. 项目组织结构

常见文件类型

推荐项目目录结构

程序入口点

2. 源码文件结构

第二部分：核心语言特性

1. 预处理器指令

#include

#define

条件编译

2. 命名空间

3. 数据类型与变量

基本数据类型

变量

变量修饰符

4. 复合数据类型

数组

字符串

结构体 (struct)

联合体 (union)

枚举 (enum)

类型别名 (typedef)

5. 控制结构

分支语句

循环语句

6. 函数

函数定义

函数重载

参数传递

参数默认值

Lambda表达式 (C++11)

7. 指针与引用

指针

引用

8. 动态内存管理

第三部分：面向对象编程

1. 类 (class)

2. 构造函数与析构函数

3. 继承

4. 多态

5. 运算符重载

6. 友元

7. 异常处理

8. const 成员函数

9. 模板 (泛型)

第四部分：标准库与构建

1. 输入输出 (IO)

2. 文件操作

3. 常用容器 (STL)

4. 智能指针 (C++11)

5. 编译与构建

CMake 基础

编译器与链接库

第五部分：现代C++特性 (C++11/14)

C++11 重要新特性

C++14 新特性

`#include`

`#define`