C++语言基础光速入门笔记

从C到C++

C++和C语言的关系

C++ 读作“C加加”，是“C Plus Plus”的简称。顾名思义，C++ 是在C语言的基础上增加新特性，玩出了新花样，所以叫“C Plus Plus”。

从语法上看，C语言是 C++ 的一部分，C语言代码几乎不用修改就能够以 C++ 的方式编译。

可以明确地说：学了C语言就相当于学了 C++ 的一半，从C语言转向 C++ 时，不需要再从头开始，接着C语言往下学就可以。

C++编译器

很难说 C++ 拥有独立的编译器，例如 Windows 下的微软编译器（cl.exe）、Linux 下的 GCC 编译器、Mac 下的 Clang 编译器（已经是 Xcode 默认编译器，雄心勃勃，立志超越 GCC），它们都同时支持C语言和 C++，统称为 C/C++ 编译器。对于C语言代码，它们按照C语言的方式来编译；对于 C++ 代码，就按照 C++ 的方式编译。

从表面上看，C、C++ 代码使用同一个编译器来编译，所以说“ C++ 拥有了自己的编译方式”，而不是说“C++ 拥有了独立的编译器”。

C++

C++ 是一种高级语言，它是由 Bjarne Stroustrup 于 1979 年在贝尔实验室开始设计开发的。C++ 进一步扩充和完善了 C 语言，是一种面向对象的程序设计语言。C++ 可运行于多种平台上，如 Windows、MAC 操作系统以及 UNIX 的各种版本。

C++ 是一种静态类型的、编译式的、通用的、大小写敏感的、不规则的编程语言，支持过程化编程、面向对象编程和泛型编程。

C++ 被认为是一种中级语言，它综合了高级语言和低级语言的特点。

C++ 是由 Bjarne Stroustrup 于 1979 年在新泽西州美利山贝尔实验室开始设计开发的。C++ 进一步扩充和完善了 C 语言，最初命名为带类的C，后来在 1983 年更名为 C++。

C++ 是 C 的一个超集，事实上，任何合法的 C 程序都是合法的 C++ 程序。

注意：使用静态类型的编程语言是在编译时执行类型检查，而不是在运行时执行类型检查。

面向对象程序设计

C++ 完全支持面向对象的程序设计，包括面向对象开发的四大特性：

• 封装（Encapsulation）：封装是将数据和方法组合在一起，对外部隐藏实现细节，只公开对外提供的接口。这样可以提高安全性、可靠性和灵活性。

• 继承（Inheritance）：继承是从已有类中派生出新类，新类具有已有类的属性和方法，并且可以扩展或修改这些属性和方法。这样可以提高代码的复用性和可扩展性。

• 多态（Polymorphism）：多态是指同一种操作作用于不同的对象，可以有不同的解释和实现。它可以通过接口或继承实现，可以提高代码的灵活性和可读性。

• 抽象（Abstraction）：抽象是从具体的实例中提取共同的特征，形成抽象类或接口，以便于代码的复用和扩展。抽象类和接口可以让程序员专注于高层次的设计和业务逻辑，而不必关注底层的实现细节。

标准库

标准的 C++ 由三个重要部分组成：

• 核心语言，提供了所有构件块，包括变量、数据类型和常量，等等。
• C++ 标准库，提供了大量的函数，用于操作文件、字符串等。
• 标准模板库（STL），提供了大量的方法，用于操作数据结构等。

ANSI 标准

ANSI 标准是为了确保 C++ 的便携性 —— 您所编写的代码在 Mac、UNIX、Windows、Alpha 计算机上都能通过编译。

由于 ANSI 标准已稳定使用了很长的时间，所有主要的 C++ 编译器的制造商都支持 ANSI 标准。

C++的使用场景

C++ 语言在许多行业和领域都有广泛应用，包括：

• 游戏开发：C++ 是游戏开发领域中最常用的编程语言之一，因为它具有高效的性能和直接控制硬件的能力。许多主要的游戏引擎，如 Unreal Engine 和 Unity，都使用 C++ 编写。

• 嵌入式系统开发：C++ 可以在嵌入式系统中发挥重要作用，如智能手机、汽车、机器人和家电等领域。由于嵌入式系统通常具有严格的资源限制和实时要求，因此 C++ 的高效性能和内存控制功能非常有用。

• 金融领域：C++ 在金融领域中被广泛应用，如高频交易、算法交易和风险管理等领域。由于这些应用程序需要高效的性能和对硬件的直接控制，C++ 语言是一个合适的选择。

• 图形图像处理：C++ 可以用于开发图形和图像处理应用程序，如计算机视觉、计算机图形学和人工智能领域。由于这些应用程序需要高效的计算能力和对硬件的控制，因此 C++ 是一个很好的选择。

• 科学计算和数值分析：C++ 可以用于开发科学计算和数值分析应用程序，如数值模拟和高性能计算等领域。由于这些应用程序需要高效的计算能力和对硬件的直接控制，C++ 语言是一个很好的选择。

标准化

发布时间	通称	备注
2020	C++20, C++2a	ISO/IEC 14882:2020
2017	C++17	第五个C++标准
2017	coroutines TS	协程库扩展
2017	ranges TS	提供范围机制
2017	library fundamentals TS	标准库扩展
2016	concurrency TS	用于并发计算的扩展
2015	concepts TS	概念库，用于优化编译期信息
2015	TM TS	事务性内存操作
2015	parallelism TS	用于并行计算的扩展
2015	filesystem TS	文件系统
2014	C++14	第四个C++标准
2011	-	十进制浮点数扩展
2011	C++11	第三个C++标准
2010	-	数学函数扩展
2007	C++TR1	C++技术报告：库扩展
2006	-	C++性能技术报告
2003	C++03	第二个C++标准
1998	C++98	第一个C++标准

安装 GNU 的 C/C++ 编译器

在 Windows 上安装 GCC，访问 MinGW 的主页 mingw-w64.org，进入 MinGW 下载页面，下载最新版本的 MinGW 安装程序，即可。

下载好后，执行gcc -v获取gcc编译器的版本信息：

g++ 应用说明

程序 g++ 是将 gcc 默认语言设为 C++ 的一个特殊的版本，链接时它自动使用 C++ 标准库而不用 C 标准库。通过遵循源码的命名规范并指定对应库的名字，用 gcc 来编译链接 C++ 程序是可行的，如下例所示：

$ gcc main.cpp -lstdc++ -o main

下面是一个保存在文件 helloworld.cpp 中一个简单的 C++ 程序的代码：

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    cout << "Hello, world!" << endl;
    return 0;
}

最简单的编译方式：

$ g++ helloworld.cpp

由于命令行中未指定可执行程序的文件名，编译器采用默认的 a.out。程序可以这样来运行：

$ ./a.out
Hello, world!

通常我们使用 -o 选项指定可执行程序的文件名，以下实例生成一个 helloworld 的可执行文件：

$ g++ helloworld.cpp -o helloworld

执行 helloworld:

$ ./helloworld
Hello, world!

如果是多个 C++ 代码文件，如 runoob1.cpp、runoob2.cpp，编译命令如下，生成一个 runoob 可执行文件：

$ g++ runoob1.cpp runoob2.cpp -o runoob

g++ 有些系统默认是使用 C++98，可以指定使用 C++11 来编译 main.cpp 文件：

g++ -g -Wall -std=c++11 main.cpp

g++ 常用命令选项

选项	解释
-ansi	只支持 ANSI 标准的 C 语法。这一选项将禁止 GNU C 的某些特色， 例如 asm 或 typeof 关键词。
-c	只编译并生成目标文件。
-DMACRO	以字符串"1"定义 MACRO 宏。
-DMACRO=DEFN	以字符串"DEFN"定义 MACRO 宏。
-E	只运行 C 预编译器。
-g	生成调试信息。GNU 调试器可利用该信息。
-IDIRECTORY	指定额外的头文件搜索路径DIRECTORY。
-LDIRECTORY	指定额外的函数库搜索路径DIRECTORY。
-lLIBRARY	连接时搜索指定的函数库LIBRARY。
-m486	针对 486 进行代码优化。
-o	FILE 生成指定的输出文件。用在生成可执行文件时。
-O0	不进行优化处理。
-O	或 -O1 优化生成代码。
-O2	进一步优化。
-O3	比 -O2 更进一步优化，包括 inline 函数。
-shared	生成共享目标文件。通常用在建立共享库时。
-static	禁止使用共享连接。
-UMACRO	取消对 MACRO 宏的定义。
-w	不生成任何警告信息。
-Wall	生成所有警告信息。

C++ 基本语法

C++ 程序可以定义为对象的集合，这些对象通过调用彼此的方法进行交互，简要地看一下什么是类、对象，方法、即时变量。

• 对象 - 对象具有状态和行为。例如：一只狗的状态 - 颜色、名称、品种，行为 - 摇动、叫唤、吃。对象是类的实例。
• 类 - 类可以定义为描述对象行为/状态的模板/蓝图。
• 方法 - 从基本上说，一个方法表示一种行为。一个类可以包含多个方法。可以在方法中写入逻辑、操作数据以及执行所有的动作。
• 即时变量 - 每个对象都有其独特的即时变量。对象的状态是由这些即时变量的值创建的。

C++ 关键字

下表列出了 C++ 中的保留字。这些保留字不能作为常量名、变量名或其他标识符名称。

asm	else	new	this
auto	enum	operator	throw
bool	explicit	private	true
break	export	protected	try
case	extern	public	typedef
catch	false	register	typeid
char	float	reinterpret_cast	typename
class	for	return	union
const	friend	short	unsigned
const_cast	goto	signed	using
continue	if	sizeof	virtual
default	inline	static	void
delete	int	static_cast	volatile
do	long	struct	wchar_t
double	mutable	switch	while
dynamic_cast	namespace	template

三字符组

三字符组就是用于表示另一个字符的三个字符序列，又称为三字符序列。三字符序列总是以两个问号开头。

三字符序列不太常见，但 C++ 标准允许把某些字符指定为三字符序列。以前为了表示键盘上没有的字符，这是必不可少的一种方法。

三字符序列可以出现在任何地方，包括字符串、字符序列、注释和预处理指令。

下面列出了最常用的三字符序列：

三字符组	替换
??=	#
??/	\
??'	^
??(	[
??)	]
??!	|
??<	{
??>	}
??-	~

如果希望在源程序中有两个连续的问号，且不希望被预处理器替换，这种情况出现在字符常量、字符串字面值或者是程序注释中，可选办法是用字符串的自动连接：“…?”“?..“或者转义序列：”…??..”。

从Microsoft Visual C++ 2010版开始，该编译器默认不再自动替换三字符组。如果需要使用三字符组替换（如为了兼容古老的软件代码），需要设置编译器命令行选项/Zc:trigraphs

g++仍支持三字符组，但不再默认，但会给出编译警告。

C++ 数据类型

基本的内置类型

C++ 为程序员提供了种类丰富的内置数据类型和用户自定义的数据类型。下表列出了七种基本的 C++ 数据类型：

类型	关键字
布尔型	bool
字符型	char
整型	int
浮点型	float
双浮点型	double
无类型	void
宽字符型	wchar_t

其实 wchar_t 是这样来的：

typedef short int wchar_t;

所以 wchar_t 实际上的空间是和 short int 一样。

一些基本类型可以使用一个或多个类型修饰符进行修饰：

• signed
• unsigned
• short
• long

下表显示了各种变量类型在内存中存储值时需要占用的内存，以及该类型的变量所能存储的最大值和最小值。

注意：不同系统会有所差异，一字节为 8 位。

注意：默认情况下，int、short、long都是带符号的，即 signed。

注意：long int 8 个字节，int 都是 4 个字节，早期的 C 编译器定义了 long int 占用 4 个字节，int 占用 2 个字节，新版的 C/C++ 标准兼容了早期的这一设定。

类型	位	范围
char	1 个字节	-128 到 127 或者 0 到 255
unsigned char	1 个字节	0 到 255
signed char	1 个字节	-128 到 127
int	4 个字节	-2147483648 到 2147483647
unsigned int	4 个字节	0 到 4294967295
signed int	4 个字节	-2147483648 到 2147483647
short int	2 个字节	-32768 到 32767
unsigned short int	2 个字节	0 到 65,535
signed short int	2 个字节	-32768 到 32767
long int	8 个字节	-9,223,372,036,854,775,808 到 9,223,372,036,854,775,807
signed long int	8 个字节	-9,223,372,036,854,775,808 到 9,223,372,036,854,775,807
unsigned long int	8 个字节	0 到 18,446,744,073,709,551,615
float	4 个字节	精度型占4个字节（32位）内存空间，+/- 3.4e +/- 38 (~7 个数字)
double	8 个字节	双精度型占8 个字节（64位）内存空间，+/- 1.7e +/- 308 (~15 个数字)
long long	8 个字节	双精度型占8 个字节（64位）内存空间，表示 -9,223,372,036,854,775,807 到 9,223,372,036,854,775,807 的范围
long double	16 个字节	长双精度型 16 个字节（128位）内存空间，可提供18-19位有效数字。
wchar_t	2 或 4 个字节	1 个宽字符

下面实例会输出电脑上各种数据类型的大小：

#include<iostream>  
#include <limits>
 
using namespace std;  
  
int main()  
{  
    cout << "type: \t\t" << "************size**************"<< endl;  
    cout << "bool: \t\t" << "所占字节数：" << sizeof(bool);  
    cout << "\t最大值：" << (numeric_limits<bool>::max)();  
    cout << "\t\t最小值：" << (numeric_limits<bool>::min)() << endl;  
    cout << "char: \t\t" << "所占字节数：" << sizeof(char);  
    cout << "\t最大值：" << (numeric_limits<char>::max)();  
    cout << "\t\t最小值：" << (numeric_limits<char>::min)() << endl;  
    cout << "signed char: \t" << "所占字节数：" << sizeof(signed char);  
    cout << "\t最大值：" << (numeric_limits<signed char>::max)();  
    cout << "\t\t最小值：" << (numeric_limits<signed char>::min)() << endl;  
    cout << "unsigned char: \t" << "所占字节数：" << sizeof(unsigned char);  
    cout << "\t最大值：" << (numeric_limits<unsigned char>::max)();  
    cout << "\t\t最小值：" << (numeric_limits<unsigned char>::min)() << endl;  
    cout << "wchar_t: \t" << "所占字节数：" << sizeof(wchar_t);  
    cout << "\t最大值：" << (numeric_limits<wchar_t>::max)();  
    cout << "\t\t最小值：" << (numeric_limits<wchar_t>::min)() << endl;  
    cout << "short: \t\t" << "所占字节数：" << sizeof(short);  
    cout << "\t最大值：" << (numeric_limits<short>::max)();  
    cout << "\t\t最小值：" << (numeric_limits<short>::min)() << endl;  
    cout << "int: \t\t" << "所占字节数：" << sizeof(int);  
    cout << "\t最大值：" << (numeric_limits<int>::max)();  
    cout << "\t最小值：" << (numeric_limits<int>::min)() << endl;  
    cout << "unsigned: \t" << "所占字节数：" << sizeof(unsigned);  
    cout << "\t最大值：" << (numeric_limits<unsigned>::max)();  
    cout << "\t最小值：" << (numeric_limits<unsigned>::min)() << endl;  
    cout << "long: \t\t" << "所占字节数：" << sizeof(long);  
    cout << "\t最大值：" << (numeric_limits<long>::max)();  
    cout << "\t最小值：" << (numeric_limits<long>::min)() << endl;  
    cout << "unsigned long: \t" << "所占字节数：" << sizeof(unsigned long);  
    cout << "\t最大值：" << (numeric_limits<unsigned long>::max)();  
    cout << "\t最小值：" << (numeric_limits<unsigned long>::min)() << endl;  
    cout << "double: \t" << "所占字节数：" << sizeof(double);  
    cout << "\t最大值：" << (numeric_limits<double>::max)();  
    cout << "\t最小值：" << (numeric_limits<double>::min)() << endl;  
    cout << "long double: \t" << "所占字节数：" << sizeof(long double);  
    cout << "\t最大值：" << (numeric_limits<long double>::max)();  
    cout << "\t最小值：" << (numeric_limits<long double>::min)() << endl;  
    cout << "float: \t\t" << "所占字节数：" << sizeof(float);  
    cout << "\t最大值：" << (numeric_limits<float>::max)();  
    cout << "\t最小值：" << (numeric_limits<float>::min)() << endl;  
    cout << "size_t: \t" << "所占字节数：" << sizeof(size_t);  
    cout << "\t最大值：" << (numeric_limits<size_t>::max)();  
    cout << "\t最小值：" << (numeric_limits<size_t>::min)() << endl;  
    cout << "string: \t" << "所占字节数：" << sizeof(string) << endl;  
    // << "\t最大值：" << (numeric_limits<string>::max)() << "\t最小值：" << (numeric_limits<string>::min)() << endl;  
    cout << "type: \t\t" << "************size**************"<< endl;  
    return 0;  
}

本实例使用了 endl，这将在每一行后插入一个换行符，<< 运算符用于向屏幕传多个值，sizeof() 运算符用来获取各种数据类型的大小。

typedef 声明

可以使用 typedef 为一个已有的类型取一个新的名字。下面是使用 typedef 定义一个新类型的语法：

typedef type newname; 

例如，下面的语句会告诉编译器，feet 是 int 的另一个名称：

typedef int feet;

现在，下面的声明是完全合法的，它创建了一个整型变量 distance：

feet distance;

枚举类型

枚举类型(enumeration)是C++中的一种派生数据类型，它是由用户定义的若干枚举常量的集合。

如果一个变量只有几种可能的值，可以定义为枚举(enumeration)类型。所谓"枚举"是指将变量的值一一列举出来，变量的值只能在列举出来的值的范围内。

创建枚举，需要使用关键字 enum。枚举类型的一般形式为：

enum 枚举名{ 
     标识符[=整型常数], 
     标识符[=整型常数], 
... 
    标识符[=整型常数]
} 枚举变量; 

如果枚举没有初始化, 即省掉"=整型常数"时, 则从第一个标识符开始。

例如，下面的代码定义了一个颜色枚举，变量 c 的类型为 color。最后，c 被赋值为 “blue”。

enum color { red, green, blue } c;
c = blue;

**默认情况下，第一个名称的值为 0，第二个名称的值为 1，第三个名称的值为 2，以此类推。**但是，也可以给名称赋予一个特殊的值，只需要添加一个初始值即可。例如，在下面的枚举中，green 的值为 5。

enum color { red, green=5, blue };

在这里，blue 的值为 6，因为默认情况下，每个名称都会比它前面一个名称大 1，但 red 的值依然为 0。

#include <iostream>

typedef enum Mode {
    r = 1,
    w = 2,
    rw = 3
} mode;

int main() {
    // 习惯go语言后非常喜欢使用typedef声明别名
    enum Mode mode1 = r;
    mode mode2 = rw;

    std::cout << "mode1: " << mode1 << " mode2: " << mode2 << std::endl;
}

类型转换

类型转换是将一个数据类型的值转换为另一种数据类型的值。

C++ 中有四种类型转换：静态转换、动态转换、常量转换和重新解释转换。

静态转换（Static Cast）

静态转换是将一种数据类型的值强制转换为另一种数据类型的值。

静态转换通常用于比较类型相似的对象之间的转换，例如将 int 类型转换为 float 类型。

静态转换不进行任何运行时类型检查，因此可能会导致运行时错误。

int i = 10;
float f = static_cast<float>(i); // 静态将int类型转换为float类型

动态转换（Dynamic Cast）

动态转换通常用于将一个基类指针或引用转换为派生类指针或引用。动态转换在运行时进行类型检查，如果不能进行转换则返回空指针或引发异常。

class Base {};
class Derived : public Base {};
Base* ptr_base = new Derived;
Derived* ptr_derived = dynamic_cast<Derived*>(ptr_base); // 将基类指针转换为派生类指针

常量转换（Const Cast）

常量转换用于将 const 类型的对象转换为非 const 类型的对象。

常量转换只能用于转换掉 const 属性，不能改变对象的类型。

const int i = 10;
int& r = const_cast<int&>(i); // 常量转换，将const int转换为int

重新解释转换（Reinterpret Cast）

重新解释转换将一个数据类型的值重新解释为另一个数据类型的值，通常用于在不同的数据类型之间进行转换。

重新解释转换不进行任何类型检查，因此可能会导致未定义的行为。

int i = 10;
float f = reinterpret_cast<float&>(i); // 重新解释将int类型转换为float类型

C++ 变量类型

类型	描述
bool	布尔类型，存储值 true 或 false，占用 1 个字节。
char	字符类型，用于存储 ASCII 字符，通常占用 1 个字节。
int	整数类型，通常用于存储普通整数，通常占用 4 个字节。
float	单精度浮点值，用于存储单精度浮点数。单精度是这样的格式，1 位符号，8 位指数，23 位小数，通常占用4个字节。
double	双精度浮点值，用于存储双精度浮点数。双精度是 1 位符号，11 位指数，52 位小数，通常占用 8 个字节。
void	表示类型的缺失。
wchar_t	宽字符类型，用于存储更大范围的字符，通常占用 2 个或 4 个字节。

C++ 也允许定义各种其他类型的变量，比如枚举、指针、数组、引用、数据结构、类等等。

整数类型（Integer Types）：

• int：用于表示整数，通常占用4个字节。
• short：用于表示短整数，通常占用2个字节。
• long：用于表示长整数，通常占用4个字节。
• long long：用于表示更长的整数，通常占用8个字节。

浮点类型（Floating-Point Types）：

• float：用于表示单精度浮点数，通常占用4个字节。
• double：用于表示双精度浮点数，通常占用8个字节。
• long double：用于表示更高精度的浮点数，占用字节数可以根据实现而变化。

字符类型（Character Types）：

• char：用于表示字符，通常占用1个字节。
• wchar_t：用于表示宽字符，通常占用2或4个字节。
• char16_t：用于表示16位Unicode字符，占用2个字节。
• char32_t：用于表示32位Unicode字符，占用4个字节。

布尔类型（Boolean Type）：

bool：用于表示布尔值，只能取true或false。

枚举类型（Enumeration Types）：

enum：用于定义一组命名的整数常量。

指针类型（Pointer Types）：

type*：用于表示指向类型为type的对象的指针。

数组类型（Array Types）：

type[]或type[size]：用于表示具有相同类型的元素组成的数组。

结构体类型（Structure Types）：

struct：用于定义包含多个不同类型成员的结构。

类类型（Class Types）：

class：用于定义具有属性和方法的自定义类型。

共用体类型（Union Types）：

union：用于定义一种特殊的数据类型，它可以在相同的内存位置存储不同的数据类型。
在 C++ 中，类型的长度（即占用的字节数）取决于编译器和计算机架构，然而，C++ 标准规定了不同整数类型的最小范围，而不是具体的字节数，这是为了确保代码在不同的系统上都能正确运行。

请注意，以上类型的范围只是 C++ 标准规定的最小要求，实际上，许多系统上这些类型可能占用更多的字节，例如，很多现代计算机上 int 通常占用 4 字节，而 long 可能占用 8 字节。

C++ 变量作用域

一般来说有三个地方可以定义变量：

• 在函数或一个代码块内部声明的变量，称为局部变量。

• 在函数参数的定义中声明的变量，称为形式参数。

• 在所有函数外部声明的变量，称为全局变量。

作用域是程序的一个区域，变量的作用域可以分为以下几种：

• 局部作用域：在函数内部声明的变量具有局部作用域，它们只能在函数内部访问。局部变量在函数每次被调用时被创建，在函数执行完后被销毁。

• 全局作用域：在所有函数和代码块之外声明的变量具有全局作用域，它们可以被程序中的任何函数访问。全局变量在程序开始时被创建，在程序结束时被销毁。

• 块作用域：在代码块内部声明的变量具有块作用域，它们只能在代码块内部访问。块作用域变量在代码块每次被执行时被创建，在代码块执行完后被销毁。

• 类作用域：在类内部声明的变量具有类作用域，它们可以被类的所有成员函数访问。类作用域变量的生命周期与类的生命周期相同。

注意：如果在内部作用域中声明的变量与外部作用域中的变量同名，则内部作用域中的变量将覆盖外部作用域中的变量。

局部变量

在函数或一个代码块内部声明的变量，称为局部变量。它们只能被函数内部或者代码块内部的语句使用。

#include <iostream>
using namespace std;
 
int main ()
{
  // 局部变量声明
  int a, b;
  int c;
 
  // 实际初始化
  a = 10;
  b = 20;
  c = a + b;
 
  cout << c;
 
  return 0;
}

全局变量

在所有函数外部定义的变量（通常是在程序的头部），称为全局变量。全局变量的值在程序的整个生命周期内都是有效的。

全局变量可以被任何函数访问。也就是说，全局变量一旦声明，在整个程序中都是可用的：

#include <iostream>
using namespace std;
 
// 全局变量声明
int g = 20;
 
int main ()
{
  // 局部变量声明
  int g = 10;
 
  cout << g;
 
  return 0;
}

在程序中，局部变量和全局变量的名称可以相同，但是在函数内，局部变量的值会覆盖全局变量的值。

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

10

初始化局部变量和全局变量

当局部变量被定义时，系统不会对其初始化，您必须自行对其初始化。定义全局变量时，系统会自动初始化为下列值：

数据类型	初始化默认值
int	0
char	'\0'
float	0
double	0
pointer	NULL

块作用域

块作用域指的是在代码块内部声明的变量：

#include <iostream>

int main() {
    int a = 10;
    {
        int a = 20;  // 块作用域变量
        std::cout << "块变量: " << a << std::endl;
    }
    std::cout << "外部变量: " << a << std::endl;
    return 0;
}

以上实例中，内部的代码块中声明了一个名为 a 的变量，它与外部作用域中的变量 a 同名。内部作用域中的变量 a 将覆盖外部作用域中的变量 a，在内部作用域中访问 a 时输出的是20，而在外部作用域中访问 a 时输出的是 10。

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

块变量: 20
外部变量: 10

类作用域

类作用域指的是在类内部声明的变量：

#include <iostream>

class MyClass {
public:
    static int class_var;  // 类作用域变量
};

int MyClass::class_var = 30;

int main() {
    std::cout << "类变量: " << MyClass::class_var << std::endl;
    return 0;
}

以上实例中，MyClass 类中声明了一个名为 class_var 的类作用域变量。可以使用类名和作用域解析运算符 :: 来访问这个变量。

在 main() 函数中访问 class_var 时输出的是 30。

C++ 修饰符类型

C++ 允许在 char、int 和 double 数据类型前放置修饰符。

修饰符是用于改变变量类型的行为的关键字，它更能满足各种情境的需求。

下面列出了数据类型修饰符：

• signed：表示变量可以存储负数。对于整型变量来说，signed 可以省略，因为整型变量默认为有符号类型。

• unsigned：表示变量不能存储负数。对于整型变量来说，unsigned 可以将变量范围扩大一倍。

• short：表示变量的范围比 int 更小。short int 可以缩写为 short。

• long：表示变量的范围比 int 更大。long int 可以缩写为 long。

• long long：表示变量的范围比 long 更大。C++11 中新增的数据类型修饰符。

• float：表示单精度浮点数。

• double：表示双精度浮点数。

• bool：表示布尔类型，只有 true 和 false 两个值。

• char：表示字符类型。

• wchar_t：表示宽字符类型，可以存储 Unicode 字符。

修饰符 signed、unsigned、long 和 short 可应用于整型，signed 和 unsigned 可应用于字符型，long 可应用于双精度型。

这些修饰符也可以组合使用，修饰符 signed 和 unsigned 也可以作为 long 或 short 修饰符的前缀。例如：unsigned long int。

C++ 允许使用速记符号来声明无符号短整数或无符号长整数。可以不写 int，只写单词 unsigned、short 或 long，int 是隐含的。例如，下面的两个语句都声明了无符号整型变量。

signed int num1 = -10; // 定义有符号整型变量 num1，初始值为 -10
unsigned int num2 = 20; // 定义无符号整型变量 num2，初始值为 20

short int num1 = 10; // 定义短整型变量 num1，初始值为 10
long int num2 = 100000; // 定义长整型变量 num2，初始值为 100000

long long int num1 = 10000000000; // 定义长长整型变量 num1，初始值为 10000000000

float num1 = 3.14f; // 定义单精度浮点数变量 num1，初始值为 3.14
double num2 = 2.71828; // 定义双精度浮点数变量 num2，初始值为 2.71828

bool flag = true; // 定义布尔类型变量 flag，初始值为 true

char ch1 = 'a'; // 定义字符类型变量 ch1，初始值为 'a'
wchar_t ch2 = L'你'; // 定义宽字符类型变量 ch2，初始值为 '你'

为了理解 C++ 解释有符号整数和无符号整数修饰符之间的差别，运行一下下面这个短程序：

#include <iostream>
using namespace std;
 
/* 
 * 这个程序演示了有符号整数和无符号整数之间的差别
*/
int main()
{
   short int i;           // 有符号短整数
   short unsigned int j;  // 无符号短整数
 
   j = 50000;
 
   i = j;
   cout << i << " " << j;
 
   return 0;
}
当上面的程序运行时，会输出下列结果：

-15536 50000

上述结果中，无符号短整数 50,000 的位模式被解释为有符号短整数 -15,536。

C++ 中的类型限定符

类型限定符提供了变量的额外信息，用于在定义变量或函数时改变它们的默认行为的关键字。

限定符	含义
const	const 定义常量，表示该变量的值不能被修改。
volatile	修饰符 volatile 告诉该变量的值可能会被程序以外的因素改变，如硬件或其他线程。。
restrict	由 restrict 修饰的指针是唯一一种访问它所指向的对象的方式。只有 C99 增加了新的类型限定符 restrict。
mutable	表示类中的成员变量可以在 const 成员函数中被修改。
static	用于定义静态变量，表示该变量的作用域仅限于当前文件或当前函数内，不会被其他文件或函数访问。
register	用于定义寄存器变量，表示该变量被频繁使用，可以存储在CPU的寄存器中，以提高程序的运行效率。

volatile 实例

volatile int num = 20; // 定义变量 num，其值可能会在未知的时间被改变

mutable 实例

class Example {
public:
    int get_value() const {
        return value_; // const 关键字表示该成员函数不会修改对象中的数据成员
    }
    void set_value(int value) const {
        value_ = value; // mutable 关键字允许在 const 成员函数中修改成员变量
    }
private:
    mutable int value_;
};

static 实例

void example_function() {
    static int count = 0; // static 关键字使变量 count 存储在程序生命周期内都存在
    count++;
}

register 实例

void example_function(register int num) {
    // register 关键字建议编译器将变量 num 存储在寄存器中
    // 以提高程序执行速度
    // 但是实际上是否会存储在寄存器中由编译器决定
}

C++ 存储类

存储类定义 C++ 程序中变量/函数的范围（可见性）和生命周期。这些说明符放置在它们所修饰的类型之前。下面列出 C++ 程序中可用的存储类：

• auto：这是默认的存储类说明符，通常可以省略不写。auto 指定的变量具有自动存储期，即它们的生命周期仅限于定义它们的块（block）。auto 变量通常在栈上分配。

• register：用于建议编译器将变量存储在CPU寄存器中以提高访问速度。在 C++11 及以后的版本中，register 已经是一个废弃的特性，不再具有实际作用。

• static：用于定义具有静态存储期的变量或函数，它们的生命周期贯穿整个程序的运行期。在函数内部，static变量的值在函数调用之间保持不变。在文件内部或全局作用域，static变量具有内部链接，只能在定义它们的文件中访问。

• extern：用于声明具有外部链接的变量或函数，它们可以在多个文件之间共享。默认情况下，全局变量和函数具有 extern 存储类。在一个文件中使用extern声明另一个文件中定义的全局变量或函数，可以实现跨文件共享。

• mutable (C++11)：用于修饰类中的成员变量，允许在const成员函数中修改这些变量的值。通常用于缓存或计数器等需要在const上下文中修改的数据。

• thread_local (C++11)：用于定义具有线程局部存储期的变量，每个线程都有自己的独立副本。线程局部变量的生命周期与线程的生命周期相同。

从 C++ 17 开始，auto 关键字不再是 C++ 存储类说明符（只剩下用于推测类型），且 register 关键字被弃用。

从 C++11 开始，register 已经失去了原有的作用，而 mutable 和 thread_local 则是新引入的特性，用于解决特定的编程问题。

下面是一个展示不同存储类说明符的实例：

#include <iostream>

// 全局变量，具有外部链接，默认存储类为extern
int globalVar;

void function() {
    // 局部变量，具有自动存储期，默认存储类为auto
    auto int localVar = 10;

    // 静态变量，具有静态存储期，生命周期贯穿整个程序
    static int staticVar = 20;

    const int constVar = 30; // const变量默认具有static存储期

    // 尝试修改const变量，编译错误
    // constVar = 40;

    // mutable成员变量，可以在const成员函数中修改
    class MyClass {
    public:
        mutable int mutableVar;

        void constMemberFunc() const {
            mutableVar = 50; // 允许修改mutable成员变量
        }
    };

    // 线程局部变量，每个线程有自己的独立副本
    thread_local int threadVar = 60;
}

int main() {
    extern int externalVar; // 声明具有外部链接的变量

    function();

    return 0;
}

static 存储类

static 存储类指示编译器在程序的生命周期内保持局部变量的存在，而不需要在每次它进入和离开作用域时进行创建和销毁。因此，使用 static 修饰局部变量可以在函数调用之间保持局部变量的值。

static 修饰符也可以应用于全局变量。当 static 修饰全局变量时，会使变量的作用域限制在声明它的文件内。

在 C++ 中，当 static 用在类数据成员上时，会导致仅有一个该成员的副本被类的所有对象共享。

#include <iostream>
 
// 函数声明 
void func(void);
 
static int count = 10; /* 全局变量 */
 
int main()
{
    while(count--)
    {
       func();
    }
    return 0;
}
// 函数定义
void func( void )
{
    static int i = 5; // 局部静态变量
    i++;
    std::cout << "变量 i 为 " << i ;
    std::cout << " , 变量 count 为 " << count << std::endl;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

变量 i 为 6 , 变量 count 为 9
变量 i 为 7 , 变量 count 为 8
变量 i 为 8 , 变量 count 为 7
变量 i 为 9 , 变量 count 为 6
变量 i 为 10 , 变量 count 为 5
变量 i 为 11 , 变量 count 为 4
变量 i 为 12 , 变量 count 为 3
变量 i 为 13 , 变量 count 为 2
变量 i 为 14 , 变量 count 为 1
变量 i 为 15 , 变量 count 为 0

extern 存储类

extern 存储类用于提供一个全局变量的引用，全局变量对所有的程序文件都是可见的。当使用 ‘extern’ 时，对于无法初始化的变量，会把变量名指向一个之前定义过的存储位置。

当有多个文件且定义了一个可以在其他文件中使用的全局变量或函数时，可以在其他文件中使用 extern 来得到已定义的变量或函数的引用。可以这么理解，extern 是用来在另一个文件中声明一个全局变量或函数。

extern 修饰符通常用于当有两个或多个文件共享相同的全局变量或函数的时候，如下所示：

第一个文件：main.cpp

#include <iostream>
 
int count ;
extern void write_extern();
 
int main()
{
   count = 5;
   write_extern();
}

第二个文件：support.cpp

#include <iostream>
 
extern int count;
 
void write_extern(void)
{
   std::cout << "Count is " << count << std::endl;
}

在这里，第二个文件中的 extern 关键字用于声明已经在第一个文件 main.cpp 中定义的 count。现在 ，编译这两个文件，如下所示：

$ g++ main.cpp support.cpp -o write

这会产生 write 可执行程序，尝试执行 write，它会产生下列结果：

$ ./write
Count is 5

mutable 存储类

mutable 说明符仅适用于类的对象，它允许对象的成员替代常量。也就是说，mutable 成员可以通过 const 成员函数修改。

thread_local 存储类

使用 thread_local 说明符声明的变量仅可在其创建的线程上访问。 变量在创建线程时创建，并在销毁线程时销毁。 每个线程都有其自己的变量副本。

thread_local 说明符可以与 static 或 extern 合并。

可以将 thread_local 仅应用于数据声明和定义，thread_local 不能用于函数声明或定义。

以下演示了可以被声明为 thread_local 的变量：

thread_local int x;  // 命名空间下的全局变量
class X
{
    static thread_local std::string s; // 类的static成员变量
};
static thread_local std::string X::s;  // X::s 是需要定义的
 
void foo()
{
    thread_local std::vector<int> v;  // 本地变量
}

C++ 运算符

杂项运算符

下表列出了 C++ 支持的其他一些重要的运算符

运算符	描述
sizeof	sizeof 运算符返回变量的大小。例如，sizeof(a) 将返回 4，其中 a 是整数。
Condition ? X : Y	条件运算符。如果 Condition 为真 ? 则值为 X : 否则值为 Y。
,	逗号运算符会顺序执行一系列运算。整个逗号表达式的值是以逗号分隔的列表中的最后一个表达式的值。
.（点）和 ->（箭头）	成员运算符用于引用类、结构和共用体的成员。
Cast	强制转换运算符把一种数据类型转换为另一种数据类型。例如，int(2.2000) 将返回 2。
&	指针运算符 & 返回变量的地址。例如 &a; 将给出变量的实际地址。
*	指针运算符 * 指向一个变量。例如，*var; 将指向变量 var。

C++ 中的运算符优先级

运算符的优先级确定表达式中项的组合。这会影响到一个表达式如何计算。某些运算符比其他运算符有更高的优先级，例如，乘除运算符具有比加减运算符更高的优先级。

例如 x = 7 + 3 * 2，在这里，x 被赋值为 13，而不是 20，因为运算符 * 具有比 + 更高的优先级，所以首先计算乘法 3*2，然后再加上 7。

下表将按运算符优先级从高到低列出各个运算符，具有较高优先级的运算符出现在表格的上面，具有较低优先级的运算符出现在表格的下面。在表达式中，较高优先级的运算符会优先被计算。

类别	运算符	结合性
后缀	() [] -> . ++ - -	从左到右
一元	+ - ! ~ ++ - - (type)* & sizeof	从右到左
乘除	* / %	从左到右
加减	+ -	从左到右
移位	<< >>	从左到右
关系	< <= > >=	从左到右
相等	== !=	从左到右
位与 AND	&	从左到右
位异或 XOR	^	从左到右
位或 OR	|	从左到右
逻辑与 AND	&&	从左到右
逻辑或 OR	||	从左到右
条件	?:	从右到左
赋值	= += -= *= /= %=>>= <<= &= ^= |=	从右到左
逗号	,	从左到右

C++ 函数

参数的默认值

定义一个函数时，可以为参数列表中后边的每一个参数指定默认值。当调用函数时，如果实际参数的值留空，则使用这个默认值。

这是通过在函数定义中使用赋值运算符来为参数赋值的。调用函数时，如果未传递参数的值，则会使用默认值，如果指定了值，则会忽略默认值，使用传递的值：

#include <iostream>
using namespace std;
 
int sum(int a, int b=20)
{
  int result;
 
  result = a + b;
  
  return (result);
}
 
int main ()
{
   // 局部变量声明
   int a = 100;
   int b = 200;
   int result;
 
   // 调用函数来添加值
   result = sum(a, b);
   cout << "Total value is :" << result << endl;
 
   // 再次调用函数
   result = sum(a);
   cout << "Total value is :" << result << endl;
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Total value is :300
Total value is :120

Lambda 函数与表达式

C++11 提供了对匿名函数的支持,称为 Lambda 函数(也叫 Lambda 表达式)。

Lambda 表达式把函数看作对象。Lambda 表达式可以像对象一样使用，比如可以将它们赋给变量和作为参数传递，还可以像函数一样对其求值。

Lambda 表达式本质上与函数声明非常类似。Lambda 表达式具体形式如下:

[capture](parameters)->return-type{body}

一个完整的 Lambda 表达式的组成如下：

[ capture-list ] ( params ) mutable(optional) exception(optional) attribute(optional) -> ret(optional) { body } 

1. capture-list：捕获列表。前面的例子 auto Plus = [](int a, int b) { return a + b; }; （auto表示自动推测数据类型）没有捕获任何变量。
2. params：和普通函数一样的参数。
3. mutable：只有这个 Lambda 表达式是 mutable 的才允许修改按值捕获的参数。
4. exception：异常标识。暂时不必理解。
5. attribute：属性标识。暂时不必理解。
6. ret：返回值类型，可以省略，让编译器通过 return 语句自动推导。
7. body：函数的具体逻辑。

Lambda 表达式的捕获，其实就是将局部自动变量保存到 Lambda 表达式内部（Lambda 表达式不能捕获全局变量或 static 变量）。

例如：

[](int x, int y){ return x < y ; }

如果没有返回值可以表示为：

[capture](parameters){body}

例如：

[]{ ++global_x; } 

在一个更为复杂的例子中，返回类型可以被明确的指定如下：

[](int x, int y) -> int { int z = x + y; return z + x; }

本例中，一个临时的参数 z 被创建用来存储中间结果。如同一般的函数，z 的值不会保留到下一次该不具名函数再次被调用时。

如果 lambda 函数没有传回值（例如 void），其返回类型可被完全忽略。

在Lambda表达式内可以访问当前作用域的变量，这是Lambda表达式的闭包（Closure）行为。 与JavaScript闭包不同，C++变量传递有传值和传引用的区别。可以通过前面的[]来指定：

[]      // 沒有定义任何变量。使用未定义变量会引发错误。
[x, &y] // x以传值方式传入（默认），y以引用方式传入。
[&]     // 任何被使用到的外部变量都隐式地以引用方式加以引用。
[=]     // 任何被使用到的外部变量都隐式地以传值方式加以引用。
[&, x]  // x显式地以传值方式加以引用。其余变量以引用方式加以引用。
[=, &z] // z显式地以引用方式加以引用。其余变量以传值方式加以引用。

另外有一点需要注意。对于[=]或[&]的形式，lambda 表达式可以直接使用 this 指针。但是，对于[]的形式，如果要使用 this 指针，必须显式传入：

[this]() { this->someFunc(); }();

C++ 数字

C++ 数学运算

C++ 内置了（需要引用数学头文件 <cmath>）丰富的数学函数，可对各种数字进行运算。下表列出了 C++ 中一些有用的内置的数学函数。

序号	函数 & 描述
1	double cos(double); 该函数返回弧度角（double 型）的余弦。
2	double sin(double); 该函数返回弧度角（double 型）的正弦。
3	double tan(double); 该函数返回弧度角（double 型）的正切。
4	double log(double); 该函数返回参数的自然对数。
5	double pow(double, double); 假设第一个参数为 x，第二个参数为 y，则该函数返回 x 的 y 次方。
6	double hypot(double, double); 该函数返回两个参数的平方总和的平方根，也就是说，参数为一个直角三角形的两个直角边，函数会返回斜边的长度。
7	double sqrt(double); 该函数返回参数的平方根。
8	int abs(int); 该函数返回整数的绝对值。
9	double fabs(double); 该函数返回任意一个浮点数的绝对值。
10	double floor(double); 该函数返回一个小于或等于传入参数的最大整数。

#include <iostream>
#include <cmath>
using namespace std;
 
int main ()
{
   // 数字定义
   short  s = 10;
   int    i = -1000;
   long   l = 100000;
   float  f = 230.47;
   double d = 200.374;
 
   // 数学运算
   cout << "sin(d) :" << sin(d) << endl;
   cout << "abs(i)  :" << abs(i) << endl;
   cout << "floor(d) :" << floor(d) << endl;
   cout << "sqrt(f) :" << sqrt(f) << endl;
   cout << "pow( d, 2) :" << pow(d, 2) << endl;
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

sin(d) :-0.634939
abs(i)  :1000
floor(d) :200
sqrt(f) :15.1812
pow( d, 2 ) :40149.7

C++ 随机数

在许多情况下，需要生成随机数。关于随机数生成器，有两个相关的函数。一个是 rand()，该函数只返回一个伪随机数。生成随机数之前必须先调用 srand() 函数。

#include <iostream>
#include <ctime>
#include <cstdlib>
 
using namespace std;
 
int main ()
{
   int i,j;
 
   // 设置种子
   srand( (unsigned)time( NULL ) );
 
   /* 生成 10 个随机数 */
   for( i = 0; i < 10; i++ )
   {
      // 生成实际的随机数
      j= rand();
      cout <<"随机数： " << j << endl;
   }
 
   return 0;
}

上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

随机数： 1748144778
随机数： 630873888
随机数： 2134540646
随机数： 219404170
随机数： 902129458
随机数： 920445370
随机数： 1319072661
随机数： 257938873
随机数： 1256201101
随机数： 580322989

C++ 字符串

C++ 提供了以下两种类型的字符串表示形式：

• C 风格字符串
• C++ 引入的 string 类类型

C 风格字符串

C 风格的字符串起源于 C 语言，并在 C++ 中继续得到支持。字符串实际上是使用 null 字符 \0 终止的一维字符数组。因此，一个以 null 结尾的字符串，包含了组成字符串的字符。

下面的声明和初始化创建了一个 RUNOOB 字符串。由于在数组的末尾存储了空字符，所以字符数组的大小比单词 RUNOOB 的字符数多一个。

char site[7] = {'R', 'U', 'N', 'O', 'O', 'B', '\0'};
依据数组初始化规则，可以把上面的语句写成以下语句：

char site[] = "RUNOOB";

以下是 C/C++ 中定义的字符串的内存表示：

C++ 编译器会在初始化数组时，自动把 \0 放在字符串的末尾。

C++ 中有大量的函数用来操作以 null 结尾的字符串:

序号	函数 & 目的
1	strcpy(s1, s2); 复制字符串 s2 到字符串 s1。
2	strcat(s1, s2); 连接字符串 s2 到字符串 s1 的末尾。连接字符串也可以用 + 号，例如: string str1 = "runoob"; string str2 = "google"; string str = str1 + str2;
3	strlen(s1); 返回字符串 s1 的长度。
4	strcmp(s1, s2); 如果 s1 和 s2 是相同的，则返回 0；如果 s1<s2 则返回值小于 0；如果 s1>s2 则返回值大于 0。
5	strchr(s1, ch); 返回一个指针，指向字符串 s1 中字符 ch 的第一次出现的位置。
6	strstr(s1, s2); 返回一个指针，指向字符串 s1 中字符串 s2 的第一次出现的位置。

#include <iostream>
#include <cstring>
 
using namespace std;
 
int main ()
{
   char str1[13] = "runoob";
   char str2[13] = "google";
   char str3[13];
   int  len ;
 
   // 复制 str1 到 str3
   strcpy( str3, str1);
   cout << "strcpy( str3, str1) : " << str3 << endl;
 
   // 连接 str1 和 str2
   strcat( str1, str2);
   cout << "strcat( str1, str2): " << str1 << endl;
 
   // 连接后，str1 的总长度
   len = strlen(str1);
   cout << "strlen(str1) : " << len << endl;
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

strcpy( str3, str1) : runoob
strcat( str1, str2): runoobgoogle
strlen(str1) : 12

C++ 中的 String 类

C++ 标准库提供了 string 类类型，支持上述所有的操作，另外还增加了其他更多的功能。

#include <iostream>
#include <string>
 
using namespace std;
 
int main ()
{
   string str1 = "runoob";
   string str2 = "google";
   string str3;
   int  len ;
 
   // 复制 str1 到 str3
   str3 = str1;
   cout << "str3 : " << str3 << endl;
 
   // 连接 str1 和 str2
   str3 = str1 + str2;
   cout << "str1 + str2 : " << str3 << endl;
 
   // 连接后，str3 的总长度
   len = str3.size();
   cout << "str3.size() :  " << len << endl;
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

str3 : runoob
str1 + str2 : runoobgoogle
str3.size() :  12

C++ 引用

引用变量是一个别名，也就是说，它是某个已存在变量的另一个名字。一旦把引用初始化为某个变量，就可以使用该引用名称或变量名称来指向变量。

引用很容易与指针混淆，它们之间有三个主要的不同：

• 不存在空引用。引用必须连接到一块合法的内存。
• 一旦引用被初始化为一个对象，就不能被指向到另一个对象。指针可以在任何时候指向到另一个对象。
• 引用必须在创建时被初始化。指针可以在任何时间被初始化。

C++ 中创建引用

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
int main ()
{
   // 声明简单的变量
   int    i;
   double d;
 
   // 声明引用变量
   int&    r = i;
   double& s = d;
   
   i = 5;
   cout << "Value of i : " << i << endl;
   cout << "Value of i reference : " << r  << endl;
 
   d = 11.7;
   cout << "Value of d : " << d << endl;
   cout << "Value of d reference : " << s  << endl;
   
   return 0;
}

在这些声明中，& 读作引用。

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Value of i : 5
Value of i reference : 5
Value of d : 11.7
Value of d reference : 11.7

C++ 把引用作为参数

#include <iostream>
using namespace std;
 
// 函数声明
void swap(int& x, int& y);
 
int main ()
{
   // 局部变量声明
   int a = 100;
   int b = 200;
 
   cout << "交换前，a 的值：" << a << endl;
   cout << "交换前，b 的值：" << b << endl;
 
   /* 调用函数来交换值 */
   swap(a, b);
 
   cout << "交换后，a 的值：" << a << endl;
   cout << "交换后，b 的值：" << b << endl;
 
   return 0;
}
 
// 函数定义
void swap(int& x, int& y)
{
   int temp;
   temp = x; /* 保存地址 x 的值 */
   x = y;    /* 把 y 赋值给 x */
   y = temp; /* 把 x 赋值给 y  */
  
   return;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

交换前，a 的值： 100
交换前，b 的值： 200
交换后，a 的值： 200
交换后，b 的值： 100

C++ 把引用作为返回值

通过使用引用来替代指针，会使 C++ 程序更容易阅读和维护。C++ 函数可以返回一个引用，方式与返回一个指针类似。

当函数返回一个引用时，则返回一个指向返回值的隐式指针。这样，函数就可以放在赋值语句的左边。

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
double vals[] = {10.1, 12.6, 33.1, 24.1, 50.0};
 
double& setValues(int i) {  
   double& ref = vals[i];    
   return ref;   // 返回第 i 个元素的引用，ref 是一个引用变量，ref 引用 vals[i]
}
 
// 要调用上面定义函数的主函数
int main ()
{
 
   cout << "改变前的值" << endl;
   for ( int i = 0; i < 5; i++ )
   {
       cout << "vals[" << i << "] = ";
       cout << vals[i] << endl;
   }
 
   setValues(1) = 20.23; // 改变第 2 个元素
   setValues(3) = 70.8;  // 改变第 4 个元素
 
   cout << "改变后的值" << endl;
   for ( int i = 0; i < 5; i++ )
   {
       cout << "vals[" << i << "] = ";
       cout << vals[i] << endl;
   }
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

改变前的值
vals[0] = 10.1
vals[1] = 12.6
vals[2] = 33.1
vals[3] = 24.1
vals[4] = 50
改变后的值
vals[0] = 10.1
vals[1] = 20.23
vals[2] = 33.1
vals[3] = 70.8
vals[4] = 50

当返回一个引用时，要注意被引用的对象不能超出作用域。所以返回一个对局部变量的引用是不合法的，但是，可以返回一个对静态变量的引用。

int& func() {
   int q;
   //! return q; // 在编译时发生错误
   static int x;
   return x;     // 安全，x 在函数作用域外依然是有效的
}

以下是一个实例，演示了返回对静态变量的引用：

#include <iostream>
using namespace std;

// 返回对静态变量的引用
int& getStaticRef() {
    static int num = 5; // 静态变量
    return num;
}

int main() {
    int& ref = getStaticRef(); // 获取对静态变量的引用
    cout << "初始值：" << ref << endl;

    ref = 10; // 修改静态变量的值

    cout << "修改后的值：" << ref << endl;
    cout << "再次调用函数后的值：" << getStaticRef() << endl;

    return 0;
}

getStaticRef() 函数返回了对静态变量 num 的引用。输出结果为：

初始值：5
修改后的值：10
再次调用函数后的值：10

C++ 日期 & 时间

C++ 标准库没有提供所谓的日期类型。C++ 继承了 C 语言用于日期和时间操作的结构和函数。为了使用日期和时间相关的函数和结构，需要在 C++ 程序中引用 头文件。

有四个与时间相关的类型：clock_t、time_t、size_t 和 tm。类型 clock_t、size_t 和 time_t 能够把系统时间和日期表示为某种整数。

结构类型 tm 把日期和时间以 C 结构的形式保存，tm 结构的定义如下：

struct tm {
  int tm_sec;   // 秒，正常范围从 0 到 59，但允许至 61
  int tm_min;   // 分，范围从 0 到 59
  int tm_hour;  // 小时，范围从 0 到 23
  int tm_mday;  // 一月中的第几天，范围从 1 到 31
  int tm_mon;   // 月，范围从 0 到 11
  int tm_year;  // 自 1900 年起的年数
  int tm_wday;  // 一周中的第几天，范围从 0 到 6，从星期日算起
  int tm_yday;  // 一年中的第几天，范围从 0 到 365，从 1 月 1 日算起
  int tm_isdst; // 夏令时
};

下面是 C/C++ 中关于日期和时间的重要函数：

序号	函数 & 描述
1	time_t time(time_t *time); 该函数返回系统的当前日历时间，自 1970 年 1 月 1 日以来经过的秒数。如果系统没有时间，则返回 -1。
2	char *ctime(const time_t *time); 该返回一个表示当地时间的字符串指针，字符串形式 day month year hours:minutes:seconds year\n\0。
3	struct tm *localtime(const time_t *time); 该函数返回一个指向表示本地时间的 tm 结构的指针。
4	clock_t clock(void); 该函数返回程序执行起（一般为程序的开头），处理器时钟所使用的时间。如果时间不可用，则返回 -1。
5	char * asctime ( const struct tm * time ); 该函数返回一个指向字符串的指针，字符串包含了 time 所指向结构中存储的信息，返回形式为：day month date hours:minutes:seconds year\n\0。
6	struct tm *gmtime(const time_t *time); 该函数返回一个指向 time 的指针，time 为 tm 结构，用协调世界时（UTC）也被称为格林尼治标准时间（GMT）表示。
7	time_t mktime(struct tm *time); 该函数返回日历时间，相当于 time 所指向结构中存储的时间。
8	double difftime ( time_t time2, time_t time1 ); 该函数返回 time1 和 time2 之间相差的秒数。
9	size_t strftime(); 该函数可用于格式化日期和时间为指定的格式。

当前日期和时间

下面的实例获取当前系统的日期和时间，包括本地时间和协调世界时（UTC）。

#include <iostream>
#include <ctime>
 
using namespace std;
 
int main( )
{
   // 基于当前系统的当前日期/时间
   time_t now = time(0);
   
   // 把 now 转换为字符串形式
   char* dt = ctime(&now);
 
   cout << "本地日期和时间：" << dt << endl;
 
   // 把 now 转换为 tm 结构
   tm *gmtm = gmtime(&now);
   dt = asctime(gmtm);
   cout << "UTC 日期和时间："<< dt << endl;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

本地日期和时间：Sat Jan  8 20:07:41 2011

UTC 日期和时间：Sun Jan  9 03:07:41 2011

使用结构 tm 格式化时间

tm 结构在 C/C++ 中处理日期和时间相关的操作时，显得尤为重要。tm 结构以 C 结构的形式保存日期和时间。大多数与时间相关的函数都使用了 tm 结构。下面的实例使用了 tm 结构和各种与日期和时间相关的函数。

#include <iostream>
#include <ctime>
 
using namespace std;
 
int main( )
{
   // 基于当前系统的当前日期/时间
   time_t now = time(0);
 
   cout << "1970 到目前经过秒数:" << now << endl;
 
   tm *ltm = localtime(&now);
 
   // 输出 tm 结构的各个组成部分
   cout << "年: "<< 1900 + ltm->tm_year << endl;
   cout << "月: "<< 1 + ltm->tm_mon<< endl;
   cout << "日: "<<  ltm->tm_mday << endl;
   cout << "时间: "<< ltm->tm_hour << ":";
   cout << ltm->tm_min << ":";
   cout << ltm->tm_sec << endl;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

1970 到目前时间:1503564157
年: 2017
月: 8
日: 24
时间: 16:42:37

C++ 基本的输入输出

C++ 的 I/O 发生在流中，流是字节序列。如果字节流是从设备（如键盘、磁盘驱动器、网络连接等）流向内存，这叫做输入操作。如果字节流是从内存流向设备（如显示屏、打印机、磁盘驱动器、网络连接等），这叫做输出操作。

I/O 库头文件

下列的头文件在 C++ 编程中很重要。

头文件	函数和描述
<iostream>	该文件定义了 cin、cout、cerr 和 clog 对象，分别对应于标准输入流、标准输出流、非缓冲标准错误流和缓冲标准错误流。
<iomanip>	该文件通过所谓的参数化的流操纵器（比如 setw 和 setprecision），来声明对执行标准化 I/O 有用的服务。
<fstream>	该文件为用户控制的文件处理声明服务。我们将在文件和流的相关章节讨论它的细节。

标准输出流（cout）

预定义的对象 cout 是 iostream 类的一个实例。cout 对象"连接"到标准输出设备，通常是显示屏。cout 是与流插入运算符 << 结合使用的，如下所示：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
int main( )
{
   char str[] = "Hello C++";
 
   cout << "Value of str is : " << str << endl;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Value of str is : Hello C++

C++ 编译器根据要输出变量的数据类型，选择合适的流插入运算符来显示值。<< 运算符被重载来输出内置类型（整型、浮点型、double 型、字符串和指针）的数据项。

流插入运算符 << 在一个语句中可以多次使用，如上面实例中所示，endl 用于在行末添加一个换行符。

标准输入流（cin）

预定义的对象 cin 是 iostream 类的一个实例。cin 对象附属到标准输入设备，通常是键盘。cin 是与流提取运算符 >> 结合使用的，如下所示：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
int main( )
{
   char name[50];
 
   cout << "请输入您的名称： ";
   cin >> name;
   cout << "您的名称是： " << name << endl;
 
}

当上面的代码被编译和执行时，它会提示用户输入名称。当用户输入一个值，并按回车键，就会看到下列结果：

请输入您的名称： cplusplus
您的名称是： cplusplus

C++ 编译器根据要输入值的数据类型，选择合适的流提取运算符来提取值，并把它存储在给定的变量中。

流提取运算符 >> 在一个语句中可以多次使用，如果要求输入多个数据，可以使用如下语句：

cin >> name >> age;

这相当于下面两个语句：

cin >> name;
cin >> age;

标准错误流（cerr）

预定义的对象 cerr 是 iostream 类的一个实例。cerr 对象附属到标准输出设备，通常也是显示屏，但是 cerr 对象是非缓冲的，且每个流插入到 cerr 都会立即输出。

cerr 也是与流插入运算符 << 结合使用的，如下所示：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
int main( )
{
   char str[] = "Unable to read....";
 
   cerr << "Error message : " << str << endl;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Error message : Unable to read....

标准日志流（clog）

预定义的对象 clog 是 iostream 类的一个实例。clog 对象附属到标准输出设备，通常也是显示屏，但是 clog 对象是缓冲的。这意味着每个流插入到 clog 都会先存储在缓冲区，直到缓冲填满或者缓冲区刷新时才会输出。

clog 也是与流插入运算符 << 结合使用的，如下所示：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
int main( )
{
   char str[] = "Unable to read....";
 
   clog << "Error message : " << str << endl;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Error message : Unable to read....

通过这些小实例，无法区分 cout、cerr 和 clog 的差异，但在编写和执行大型程序时，它们之间的差异就变得非常明显。所以良好的编程实践告诉我们，使用 cerr 流来显示错误消息，而其他的日志消息则使用 clog 流来输出。

C++ vector 容器

C++ 中的 vector 是一种序列容器，它允许程序在运行时动态地插入和删除元素。

vector 是基于数组的数据结构，但它可以自动管理内存，这意味着你不需要手动分配和释放内存。

与 C++ 数组相比，vector 具有更多的灵活性和功能，使其成为 C++ 中常用的数据结构之一。

vector 是 C++ 标准模板库（STL）的一部分，提供了灵活的接口和高效的操作。

基本特性:

• 动态大小：vector 的大小可以根据需要自动增长和缩小。
• 连续存储：vector 中的元素在内存中是连续存储的，这使得访问元素非常快速。
• 可迭代：vector 可以被迭代，你可以使用循环（如 for 循环）来访问它的元素。
• 元素类型：vector 可以存储任何类型的元素，包括内置类型、对象、指针等。

使用场景：

• 当你需要一个可以动态增长和缩小的数组时。
• 当你需要频繁地在序列的末尾添加或移除元素时。
• 当你需要一个可以高效随机访问元素的容器时。

要使用 vector，首先需要包含 头文件：

#include <vector>

创建 Vector

创建一个 vector 可以像创建其他变量一样简单：

std::vector<int> myVector; // 创建一个存储整数的空 vector

这将创建一个空的整数向量,也可以在创建时指定初始大小和初始值：

std::vector<int> myVector(5); // 创建一个包含 5 个整数的 vector，每个值都为默认值（0）
std::vector<int> myVector(5, 10); // 创建一个包含 5 个整数的 vector，每个值都为 10

或：

std::vector<int> vec; // 默认初始化一个空的 vector
std::vector<int> vec2 = {1, 2, 3, 4}; // 初始化一个包含元素的 vector

添加元素

可以使用 push_back 方法向 vector 中添加元素：

myVector.push_back(7); // 将整数 7 添加到 vector 的末尾

访问元素

可以使用下标操作符 [] 或 at() 方法访问 vector 中的元素：

int x = myVector[0]; // 获取第一个元素
int y = myVector.at(1); // 获取第二个元素

获取大小

可以使用 size() 方法获取 vector 中元素的数量：

int size = myVector.size(); // 获取 vector 中的元素数量

迭代访问

可以使用迭代器遍历 vector 中的元素：

for (auto it = myVector.begin(); it != myVector.end(); ++it) {
    std::cout << *it << " ";
}

或者使用范围循环：

for (int element : myVector) {
    std::cout << element << " ";
}

删除元素

可以使用 erase() 方法删除 vector 中的元素：

myVector.erase(myVector.begin() + 2); // 删除第三个元素

清空 Vector

可以使用 clear() 方法清空 vector 中的所有元素：

myVector.clear(); // 清空 vector

以下是一个完整的使用实例，包括创建 vector、添加元素、访问元素以及输出结果的代码：

#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    // 创建一个空的整数向量
    std::vector<int> myVector;

    // 添加元素到向量中
    myVector.push_back(3);
    myVector.push_back(7);
    myVector.push_back(11);
    myVector.push_back(5);

    // 访问向量中的元素并输出
    std::cout << "Elements in the vector: ";
    for (int element : myVector) {
        std::cout << element << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    // 访问向量中的第一个元素并输出
    std::cout << "First element: " << myVector[0] << std::endl;

    // 访问向量中的第二个元素并输出
    std::cout << "Second element: " << myVector.at(1) << std::endl;

    // 获取向量的大小并输出
    std::cout << "Size of the vector: " << myVector.size() << std::endl;

    // 删除向量中的第三个元素
    myVector.erase(myVector.begin() + 2);

    // 输出删除元素后的向量
    std::cout << "Elements in the vector after erasing: ";
    for (int element : myVector) {
        std::cout << element << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    // 清空向量并输出
    myVector.clear();
    std::cout << "Size of the vector after clearing: " << myVector.size() << std::endl;

    return 0;
}

以上代码创建了一个整数向量，向其中添加了几个元素，然后输出了向量的内容、元素的访问、向量的大小等信息，接着删除了向量中的第三个元素，并输出删除元素后的向量。最后清空了向量，并输出清空后的向量大小。

输出结果为：

Elements in the vector: 3 7 11 5 
First element: 3
Second element: 7
Size of the vector: 4
Elements in the vector after erasing: 3 7 5 
Size of the vector after clearing: 0

C++ for 循环

基于范围的for循环(C++11)，for 语句允许简单的范围迭代：

int my_array[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
// 每个数组元素乘于 2
for (int &x : my_array)
{
    x *= 2;
    cout << x << endl;  
}
// auto 类型也是 C++11 新标准中的，用来自动获取变量的类型
for (auto &x : my_array) {
    x *= 2;
    cout << x << endl;  
}

上面for述句的第一部分定义被用来做范围迭代的变量，就像被声明在一般for循环的变量一样，其作用域仅只于循环的范围。而在":"之后的第二区块，代表将被迭代的范围。

#include<iostream>  
#include<string>  
#include<cctype>  
using namespace std;  
  
int main()  
{  
    string str("some string");  
    // range for 语句  
    for(auto &c : str)  
    {  
        c = toupper(c);  
    }  
    cout << str << endl;  
    return 0;  
}

上面的程序使用Range for语句遍历一个字符串，并将所有字符全部变为大写，然后输出结果为：

SOME STRING

C++ 类 & 对象

C++ 在 C 语言的基础上增加了面向对象编程，C++ 支持面向对象程序设计。

类是 C++ 的核心特性，通常被称为用户定义的类型。

类用于指定对象的形式，是一种用户自定义的数据类型，它是一种封装了数据和函数的组合。类中的数据称为成员变量，函数称为成员函数。类可以被看作是一种模板，可以用来创建具有相同属性和行为的多个对象。

C++ 类定义

定义一个类需要使用关键字 class，然后指定类的名称，并类的主体是包含在一对花括号中，主体包含类的成员变量和成员函数。

定义一个类，本质上是定义一个数据类型的蓝图，它定义了类的对象包括了什么，以及可以在这个对象上执行哪些操作。

以下实例使用关键字 class 定义 Box 数据类型，包含了三个成员变量 length、breadth 和 height：

class Box
{
   public:
      double length;   // 盒子的长度
      double breadth;  // 盒子的宽度
      double height;   // 盒子的高度
};

关键字 public 确定了类成员的访问属性。在类对象作用域内，公共成员在类的外部是可访问的。也可以指定类的成员为 private 或 protected。

定义 C++ 对象

类提供了对象的蓝图，所以基本上，对象是根据类来创建的。声明类的对象，就像声明基本类型的变量一样。下面的语句声明了类 Box 的两个对象：

Box Box1;          // 声明 Box1，类型为 Box
Box Box2;          // 声明 Box2，类型为 Box

对象 Box1 和 Box2 都有它们各自的数据成员。

访问数据成员

类的对象的公共数据成员可以使用直接成员访问运算符.来访问。

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class Box
{
   public:
      double length;   // 长度
      double breadth;  // 宽度
      double height;   // 高度
      // 成员函数声明
      double get(void);
      void set( double len, double bre, double hei );
};
// 成员函数定义
double Box::get(void)
{
    return length * breadth * height;
}
 
void Box::set( double len, double bre, double hei)
{
    length = len;
    breadth = bre;
    height = hei;
}
int main( )
{
   Box Box1;        // 声明 Box1，类型为 Box
   Box Box2;        // 声明 Box2，类型为 Box
   Box Box3;        // 声明 Box3，类型为 Box
   double volume = 0.0;     // 用于存储体积
 
   // box 1 详述
   Box1.height = 5.0; 
   Box1.length = 6.0; 
   Box1.breadth = 7.0;
 
   // box 2 详述
   Box2.height = 10.0;
   Box2.length = 12.0;
   Box2.breadth = 13.0;
 
   // box 1 的体积
   volume = Box1.height * Box1.length * Box1.breadth;
   cout << "Box1 的体积：" << volume <<endl;
 
   // box 2 的体积
   volume = Box2.height * Box2.length * Box2.breadth;
   cout << "Box2 的体积：" << volume <<endl;
 
 
   // box 3 详述
   Box3.set(16.0, 8.0, 12.0); 
   volume = Box3.get(); 
   cout << "Box3 的体积：" << volume <<endl;
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Box1 的体积：210
Box2 的体积：1560
Box3 的体积：1536

需要注意的是，私有的成员和受保护的成员不能使用直接成员访问运算符 (.) 来直接访问。

类 & 对象详解

C++ 类成员函数

类的成员函数是指那些把定义和原型写在类定义内部的函数，就像类定义中的其他变量一样。类成员函数是类的一个成员，它可以操作类的任意对象，可以访问对象中的所有成员。

成员函数可以定义在类定义内部，或者单独使用范围解析运算符 :: 来定义。在类定义中定义的成员函数把函数声明为内联的，即便没有使用 inline 标识符。所以可以按照如下方式定义 getVolume() 函数：

class Box
{
   public:
      double length;      // 长度
      double breadth;     // 宽度
      double height;      // 高度
   
      double getVolume(void)
      {
         return length * breadth * height;
      }
};

也可以在类的外部使用范围解析运算符 :: 定义该函数，如下所示：

double Box::getVolume(void)
{
    return length * breadth * height;
}

在 :: 运算符之前必须使用类名。调用成员函数是在对象上使用点运算符（.），这样它就能操作与该对象相关的数据，如下所示：

Box myBox;          // 创建一个对象
 
myBox.getVolume();  // 调用该对象的成员函数

C++ 类访问修饰符

数据封装是面向对象编程的一个重要特点，它防止函数直接访问类类型的内部成员。类成员的访问限制是通过在类主体内部对各个区域标记 public、private、protected 来指定的。关键字 public、private、protected 称为访问修饰符。

一个类可以有多个 public、protected 或 private 标记区域。每个标记区域在下一个标记区域开始之前或者在遇到类主体结束右括号之前都是有效的。成员和类的默认访问修饰符是 private。

class Base {
 
   public:
 
  // 公有成员
 
   protected:
 
  // 受保护成员
 
   private:
 
  // 私有成员
 
};

公有（public）成员

公有成员在程序中类的外部是可访问的。可以不使用任何成员函数来设置和获取公有变量的值，如下所示：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class Line
{
   public:
      double length;
      void setLength( double len );
      double getLength( void );
};
 
// 成员函数定义
double Line::getLength(void)
{
    return length ;
}
 
void Line::setLength( double len )
{
    length = len;
}
 
// 程序的主函数
int main( )
{
   Line line;
 
   // 设置长度
   line.setLength(6.0); 
   cout << "Length of line : " << line.getLength() <<endl;
 
   // 不使用成员函数设置长度
   line.length = 10.0; // OK: 因为 length 是公有的
   cout << "Length of line : " << line.length <<endl;
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Length of line : 6
Length of line : 10

私有（private）成员

私有成员变量或函数在类的外部是不可访问的，甚至是不可查看的。只有类和友元函数可以访问私有成员。

默认情况下，类的所有成员都是私有的。

class Box
{
   double width;
   public:
      double length;
      void setWidth( double wid );
      double getWidth( void );
};

实际操作中，一般会在私有区域定义数据，在公有区域定义相关的函数，以便在类的外部也可以调用这些函数，

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class Box
{
   public:
      double length;
      void setWidth( double wid );
      double getWidth( void );
 
   private:
      double width;
};
 
// 成员函数定义
double Box::getWidth(void)
{
    return width ;
}
 
void Box::setWidth( double wid )
{
    width = wid;
}
 
// 程序的主函数
int main( )
{
   Box box;
 
   // 不使用成员函数设置长度
   box.length = 10.0; // OK: 因为 length 是公有的
   cout << "Length of box : " << box.length <<endl;
 
   // 不使用成员函数设置宽度
   // box.width = 10.0; // Error: 因为 width 是私有的
   box.setWidth(10.0);  // 使用成员函数设置宽度
   cout << "Width of box : " << box.getWidth() <<endl;
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Length of box : 10
Width of box : 10

protected（受保护）成员

protected（受保护）成员变量或函数与私有成员十分相似，但有一点不同，protected（受保护）成员在派生类（即子类）中是可访问的。

#include <iostream>
using namespace std;
 
class Box
{
   protected:
      double width;
};
 
class SmallBox:Box // SmallBox 是派生类
{
   public:
      void setSmallWidth( double wid );
      double getSmallWidth( void );
};
 
// 子类的成员函数
double SmallBox::getSmallWidth(void)
{
    return width ;
}
 
void SmallBox::setSmallWidth( double wid )
{
    width = wid;
}
 
// 程序的主函数
int main( )
{
   SmallBox box;
 
   // 使用成员函数设置宽度
   box.setSmallWidth(5.0);
   cout << "Width of box : "<< box.getSmallWidth() << endl;
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Width of box : 5

继承中的特点

有public, protected, private三种继承方式，它们相应地改变了基类成员的访问属性。

1. public 继承：基类 public 成员，protected 成员，private 成员的访问属性在派生类中分别变成：public, protected, private

2. protected 继承：基类 public 成员，protected 成员，private 成员的访问属性在派生类中分别变成：protected, protected, private

3. private 继承：基类 public 成员，protected 成员，private 成员的访问属性在派生类中分别变成：private, private, private

但无论哪种继承方式，下面两点都没有改变：

1. private 成员只能被本类成员（类内）和友元访问，不能被派生类访问；

2. rotected 成员可以被派生类访问。

public 继承

#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;
 
class A{
public:
  int a;
  A(){
    a1 = 1;
    a2 = 2;
    a3 = 3;
    a = 4;
  }
  void fun(){
    cout << a << endl;    //正确
    cout << a1 << endl;   //正确
    cout << a2 << endl;   //正确
    cout << a3 << endl;   //正确
  }
public:
  int a1;
protected:
  int a2;
private:
  int a3;
};
class B : public A{
public:
  int a;
  B(int i){
    A();
    a = i;
  }
  void fun(){
    cout << a << endl;       //正确，public成员
    cout << a1 << endl;       //正确，基类的public成员，在派生类中仍是public成员。
    cout << a2 << endl;       //正确，基类的protected成员，在派生类中仍是protected可以被派生类访问。
    cout << a3 << endl;       //错误，基类的private成员不能被派生类访问。
  }
};
int main(){
  B b(10);
  cout << b.a << endl;
  cout << b.a1 << endl;   //正确
  cout << b.a2 << endl;   //错误，类外不能访问protected成员
  cout << b.a3 << endl;   //错误，类外不能访问private成员
  system("pause");
  return 0;
}

protected 继承

#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;
class A{
public:
  int a;
  A(){
    a1 = 1;
    a2 = 2;
    a3 = 3;
    a = 4;
  }
  void fun(){
    cout << a << endl;    //正确
    cout << a1 << endl;   //正确
    cout << a2 << endl;   //正确
    cout << a3 << endl;   //正确
  }
public:
  int a1;
protected:
  int a2;
private:
  int a3;
};
class B : protected A{
public:
  int a;
  B(int i){
    A();
    a = i;
  }
  void fun(){
    cout << a << endl;       //正确，public成员。
    cout << a1 << endl;       //正确，基类的public成员，在派生类中变成了protected，可以被派生类访问。
    cout << a2 << endl;       //正确，基类的protected成员，在派生类中还是protected，可以被派生类访问。
    cout << a3 << endl;       //错误，基类的private成员不能被派生类访问。
  }
};
int main(){
  B b(10);
  cout << b.a << endl;       //正确。public成员
  cout << b.a1 << endl;      //错误，protected成员不能在类外访问。
  cout << b.a2 << endl;      //错误，protected成员不能在类外访问。
  cout << b.a3 << endl;      //错误，private成员不能在类外访问。
  system("pause");
  return 0;
}

private 继承

#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;
class A{
public:
  int a;
  A(){
    a1 = 1;
    a2 = 2;
    a3 = 3;
    a = 4;
  }
  void fun(){
    cout << a << endl;    //正确
    cout << a1 << endl;   //正确
    cout << a2 << endl;   //正确
    cout << a3 << endl;   //正确
  }
public:
  int a1;
protected:
  int a2;
private:
  int a3;
};
class B : private A{
public:
  int a;
  B(int i){
    A();
    a = i;
  }
  void fun(){
    cout << a << endl;       //正确，public成员。
    cout << a1 << endl;       //正确，基类public成员,在派生类中变成了private,可以被派生类访问。
    cout << a2 << endl;       //正确，基类的protected成员，在派生类中变成了private,可以被派生类访问。
    cout << a3 << endl;       //错误，基类的private成员不能被派生类访问。
  }
};
int main(){
  B b(10);
  cout << b.a << endl;       //正确。public成员
  cout << b.a1 << endl;      //错误，private成员不能在类外访问。
  cout << b.a2 << endl;      //错误, private成员不能在类外访问。
  cout << b.a3 << endl;      //错误，private成员不能在类外访问。
  system("pause");
  return 0;
}

C++ 类构造函数 & 析构函数

类的构造函数

类的构造函数是类的一种特殊的成员函数，它会在每次创建类的新对象时执行。

构造函数的名称与类的名称是完全相同的，并且不会返回任何类型，也不会返回 void。构造函数可用于为某些成员变量设置初始值。

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class Line
{
   public:
      void setLength( double len );
      double getLength( void );
      Line();  // 这是构造函数
 
   private:
      double length;
};
 
// 成员函数定义，包括构造函数
Line::Line(void)
{
    cout << "Object is being created" << endl;
}
 
void Line::setLength( double len )
{
    length = len;
}
 
double Line::getLength( void )
{
    return length;
}
// 程序的主函数
int main( )
{
   Line line;
 
   // 设置长度
   line.setLength(6.0); 
   cout << "Length of line : " << line.getLength() <<endl;
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Object is being created
Length of line : 6

默认的构造函数没有任何参数，但如果需要，构造函数也可以带有参数。这样在创建对象时就会给对象赋初始值，如下面的例子所示：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class Line
{
   public:
      void setLength( double len );
      double getLength( void );
      Line(double len);  // 这是构造函数
 
   private:
      double length;
};
 
// 成员函数定义，包括构造函数
Line::Line( double len)
{
    cout << "Object is being created, length = " << len << endl;
    length = len;
}
 
void Line::setLength( double len )
{
    length = len;
}
 
double Line::getLength( void )
{
    return length;
}
// 程序的主函数
int main( )
{
   Line line(10.0);
 
   // 获取默认设置的长度
   cout << "Length of line : " << line.getLength() <<endl;
   // 再次设置长度
   line.setLength(6.0); 
   cout << "Length of line : " << line.getLength() <<endl;
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Object is being created, length = 10
Length of line : 10
Length of line : 6

使用初始化列表来初始化字段：

Line::Line( double len): length(len)
{
    cout << "Object is being created, length = " << len << endl;
}

上面的语法等同于如下语法：

Line::Line( double len)
{
    length = len;
    cout << "Object is being created, length = " << len << endl;
}

假设有一个类 C，具有多个字段 X、Y、Z 等需要进行初始化，同理地，您可以使用上面的语法，只需要在不同的字段使用逗号进行分隔，如下所示：

C::C( double a, double b, double c): X(a), Y(b), Z(c)
{
  ....
}

类的析构函数

类的析构函数是类的一种特殊的成员函数，它会在每次删除所创建的对象时执行。

析构函数的名称与类的名称是完全相同的，只是在前面加了个波浪号（~）作为前缀，它不会返回任何值，也不能带有任何参数。析构函数有助于在跳出程序（比如关闭文件、释放内存等）前释放资源。

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class Line
{
   public:
      void setLength( double len );
      double getLength( void );
      Line();   // 这是构造函数声明
      ~Line();  // 这是析构函数声明
 
   private:
      double length;
};
 
// 成员函数定义，包括构造函数
Line::Line(void)
{
    cout << "Object is being created" << endl;
}
Line::~Line(void)
{
    cout << "Object is being deleted" << endl;
}
 
void Line::setLength( double len )
{
    length = len;
}
 
double Line::getLength( void )
{
    return length;
}
// 程序的主函数
int main( )
{
   Line line;
 
   // 设置长度
   line.setLength(6.0); 
   cout << "Length of line : " << line.getLength() <<endl;
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Object is being created
Length of line : 6
Object is being deleted

C++ 拷贝构造函数

拷贝构造函数是一种特殊的构造函数，它在创建对象时，是使用同一类中之前创建的对象来初始化新创建的对象。拷贝构造函数通常用于：

• 通过使用另一个同类型的对象来初始化新创建的对象。

• 复制对象把它作为参数传递给函数。

• 复制对象，并从函数返回这个对象。

如果在类中没有定义拷贝构造函数，编译器会自行定义一个。如果类带有指针变量，并有动态内存分配，则它必须有一个拷贝构造函数。拷贝构造函数的最常见形式如下：

classname (const classname &obj) {
   // 构造函数的主体
}

在这里，obj 是一个对象引用，该对象是用于初始化另一个对象的。

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class Line
{
   public:
      int getLength( void );
      Line( int len );             // 简单的构造函数
      Line( const Line &obj);      // 拷贝构造函数
      ~Line();                     // 析构函数
 
   private:
      int *ptr;
};
 
// 成员函数定义，包括构造函数
Line::Line(int len)
{
    cout << "调用构造函数" << endl;
    // 为指针分配内存
    ptr = new int;
    *ptr = len;
}
 
Line::Line(const Line &obj)
{
    cout << "调用拷贝构造函数并为指针 ptr 分配内存" << endl;
    ptr = new int;
    *ptr = *obj.ptr; // 拷贝值
}
 
Line::~Line(void)
{
    cout << "释放内存" << endl;
    delete ptr;
}
int Line::getLength( void )
{
    return *ptr;
}
 
void display(Line obj)
{
   cout << "line 大小 : " << obj.getLength() <<endl;
}
 
// 程序的主函数
int main( )
{
   Line line(10);
 
   display(line);
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

调用构造函数
调用拷贝构造函数并为指针 ptr 分配内存
line 大小 : 10
释放内存
释放内存

通过使用已有的同类型的对象来初始化新创建的对象：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class Line
{
   public:
      int getLength( void );
      Line( int len );             // 简单的构造函数
      Line( const Line &obj);      // 拷贝构造函数
      ~Line();                     // 析构函数
 
   private:
      int *ptr;
};
 
// 成员函数定义，包括构造函数
Line::Line(int len)
{
    cout << "调用构造函数" << endl;
    // 为指针分配内存
    ptr = new int;
    *ptr = len;
}
 
Line::Line(const Line &obj)
{
    cout << "调用拷贝构造函数并为指针 ptr 分配内存" << endl;
    ptr = new int;
    *ptr = *obj.ptr; // 拷贝值
}
 
Line::~Line(void)
{
    cout << "释放内存" << endl;
    delete ptr;
}
int Line::getLength( void )
{
    return *ptr;
}
 
void display(Line obj)
{
   cout << "line 大小 : " << obj.getLength() <<endl;
}
 
// 程序的主函数
int main( )
{
   Line line1(10);
 
   Line line2 = line1; // 这里也调用了拷贝构造函数
 
   display(line1);
   display(line2);
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

调用构造函数
调用拷贝构造函数并为指针 ptr 分配内存
调用拷贝构造函数并为指针 ptr 分配内存
line 大小 : 10
释放内存
调用拷贝构造函数并为指针 ptr 分配内存
line 大小 : 10
释放内存
释放内存
释放内存

C++ 友元函数

类的友元函数是定义在类外部，但有权访问类的所有私有（private）成员和保护（protected）成员。尽管友元函数的原型有在类的定义中出现过，但是友元函数并不是成员函数。

友元可以是一个函数，该函数被称为友元函数；友元也可以是一个类，该类被称为友元类，在这种情况下，整个类及其所有成员都是友元。

如果要声明函数为一个类的友元，需要在类定义中该函数原型前使用关键字 friend，如下所示：

class Box
{
   double width;
public:
   double length;
   friend void printWidth( Box box );
   void setWidth( double wid );
};

声明类 ClassTwo 的所有成员函数作为类 ClassOne 的友元，需要在类 ClassOne 的定义中放置如下声明：

friend class ClassTwo;

实例：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class Box
{
   double width;
public:
   friend void printWidth( Box box );
   void setWidth( double wid );
};
 
// 成员函数定义
void Box::setWidth( double wid )
{
    width = wid;
}
 
// 请注意：printWidth() 不是任何类的成员函数
void printWidth( Box box )
{
   /* 因为 printWidth() 是 Box 的友元，它可以直接访问该类的任何成员 */
   cout << "Width of box : " << box.width <<endl;
}
 
// 程序的主函数
int main( )
{
   Box box;
 
   // 使用成员函数设置宽度
   box.setWidth(10.0);
   
   // 使用友元函数输出宽度
   printWidth( box );
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Width of box : 10

添加友元类的使用：

#include <iostream>

using namespace std;

class Box
{
    double width;
public:
    friend void printWidth(Box box);
    friend class BigBox;
    void setWidth(double wid);
};

class BigBox
{
public :
    void Print(int width, Box &box)
    {
        // BigBox是Box的友元类，它可以直接访问Box类的任何成员
        box.setWidth(width);
        cout << "Width of box : " << box.width << endl;
    }
};

// 成员函数定义
void Box::setWidth(double wid)
{
    width = wid;
}

// 请注意：printWidth() 不是任何类的成员函数
void printWidth(Box box)
{
    /* 因为 printWidth() 是 Box 的友元，它可以直接访问该类的任何成员 */
    cout << "Width of box : " << box.width << endl;
}

// 程序的主函数
int main()
{
    Box box;
    BigBox big;

    // 使用成员函数设置宽度
    box.setWidth(10.0);

    // 使用友元函数输出宽度
    printWidth(box);

    // 使用友元类中的方法设置宽度
    big.Print(20, box);

    getchar();
    return 0;
}

C++ 内联函数

C++ 内联函数是通常与类一起使用。如果一个函数是内联的，那么在编译时，编译器会把该函数的代码副本放置在每个调用该函数的地方。

对内联函数进行任何修改，都需要重新编译函数的所有客户端，因为编译器需要重新更换一次所有的代码，否则将会继续使用旧的函数。

如果想把一个函数定义为内联函数，则需要在函数名前面放置关键字 inline，在调用函数之前需要对函数进行定义。如果已定义的函数多于一行，编译器会忽略 inline 限定符。

在类定义中的定义的函数都是内联函数，即使没有使用 inline 说明符。

内联函数inline：引入内联函数的目的是为了解决程序中函数调用的效率问题，程序在编译器编译的时候，编译器将程序中出现的内联函数的调用表达式用内联函数的函数体进行替换，而对于其他的函数，都是在运行时候才被替代。这其实就是个空间代价换时间的i节省。所以内联函数一般都是1-5行的小函数。在使用内联函数时要留神：

1. 在内联函数内不允许使用循环语句和开关语句；
2. 内联函数的定义必须出现在内联函数第一次调用之前；
3. 类结构中所在的类说明内部定义的函数是内联函数。

C++ this 指针

在 C++ 中，this 指针是一个特殊的指针，它指向当前对象的实例。

在 C++ 中，每一个对象都能通过 this 指针来访问自己的地址。

this是一个隐藏的指针，可以在类的成员函数中使用，它可以用来指向调用对象。

当一个对象的成员函数被调用时，编译器会隐式地传递该对象的地址作为 this 指针。

友元函数没有 this 指针，因为友元不是类的成员，只有成员函数才有 this 指针。

#include <iostream>
 
class MyClass {
private:
    int value;
 
public:
    void setValue(int value) {
        this->value = value;
    }
 
    void printValue() {
        std::cout << "Value: " << this->value << std::endl;
    }
};
 
int main() {
    MyClass obj;
    obj.setValue(42);
    obj.printValue();
 
    return 0;
}

以上代码执行输出结果为：

Value: 42

C++ 指向类的指针

一个指向 C++ 类的指针与指向结构的指针类似，访问指向类的指针的成员，需要使用成员访问运算符 ->，就像访问指向结构的指针一样。

#include <iostream>

class MyClass {
public:
    int data;

    void display() {
        std::cout << "Data: " << data << std::endl;
    }
};

int main() {
    // 创建类对象
    MyClass obj;
    obj.data = 42;

    // 声明和初始化指向类的指针
    MyClass *ptr = &obj;

    // 通过指针访问成员变量
    std::cout << "Data via pointer: " << ptr->data << std::endl;

    // 通过指针调用成员函数
    ptr->display();

    return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Data via pointer: 42
Data: 42

指向类的指针还可以用于动态分配内存，创建类的对象：

#include <iostream>

class MyClass {
public:
    int data;

    void display() {
        std::cout << "Data: " << data << std::endl;
    }
};

int main() {
    // 动态分配内存创建类对象
    MyClass *ptr = new MyClass;
    ptr->data = 42;

    // 通过指针调用成员函数
    ptr->display();

    // 释放动态分配的内存
    delete ptr;

    return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Data: 42

指向类的指针可以作为函数参数传递：

#include <iostream>

class MyClass {
public:
    int data;

    void display() {
        std::cout << "Data: " << data << std::endl;
    }
};

// 函数接受指向类的指针作为参数
void processObject(MyClass *ptr) {
    ptr->display();
}

int main() {
    MyClass obj;
    obj.data = 42;

    // 将指向类的指针传递给函数
    processObject(&obj);

    return 0;
}

C++ 类的静态成员

可以使用 static 关键字来把类成员定义为静态的。当声明类的成员为静态时，这意味着无论创建多少个类的对象，静态成员都只有一个副本。

静态成员在类的所有对象中是共享的。如果不存在其他的初始化语句，在创建第一个对象时，所有的静态数据都会被初始化为零。不能把静态成员的初始化放置在类的定义中，但是可以在类的外部通过使用范围解析运算符 :: 来重新声明静态变量从而对它进行初始化，如下面的实例所示。

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class Box
{
   public:
      static int objectCount;
      // 构造函数定义
      Box(double l=2.0, double b=2.0, double h=2.0)
      {
         cout <<"Constructor called." << endl;
         length = l;
         breadth = b;
         height = h;
         // 每次创建对象时增加 1
         objectCount++;
      }
      double Volume()
      {
         return length * breadth * height;
      }
   private:
      double length;     // 长度
      double breadth;    // 宽度
      double height;     // 高度
};
 
// 初始化类 Box 的静态成员
int Box::objectCount = 0;
 
int main(void)
{
   Box Box1(3.3, 1.2, 1.5);    // 声明 box1
   Box Box2(8.5, 6.0, 2.0);    // 声明 box2
 
   // 输出对象的总数
   cout << "Total objects: " << Box::objectCount << endl;
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Constructor called.
Constructor called.
Total objects: 2

如果把函数成员声明为静态的，就可以把函数与类的任何特定对象独立开来。静态成员函数即使在类对象不存在的情况下也能被调用，静态函数只要使用类名加范围解析运算符 :: 就可以访问。

静态成员函数只能访问静态成员数据、其他静态成员函数和类外部的其他函数。

静态成员函数有一个类范围，他们不能访问类的 this 指针。您可以使用静态成员函数来判断类的某些对象是否已被创建。

静态成员函数与普通成员函数的区别：

• 静态成员函数没有 this 指针，只能访问静态成员（包括静态成员变量和静态成员函数）。
• 普通成员函数有 this 指针，可以访问类中的任意成员；而静态成员函数没有 this 指针。

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class Box
{
   public:
      static int objectCount;
      // 构造函数定义
      Box(double l=2.0, double b=2.0, double h=2.0)
      {
         cout <<"Constructor called." << endl;
         length = l;
         breadth = b;
         height = h;
         // 每次创建对象时增加 1
         objectCount++;
      }
      double Volume()
      {
         return length * breadth * height;
      }
      static int getCount()
      {
         return objectCount;
      }
   private:
      double length;     // 长度
      double breadth;    // 宽度
      double height;     // 高度
};
 
// 初始化类 Box 的静态成员
int Box::objectCount = 0;
 
int main(void)
{
  
   // 在创建对象之前输出对象的总数
   cout << "Inital Stage Count: " << Box::getCount() << endl;
 
   Box Box1(3.3, 1.2, 1.5);    // 声明 box1
   Box Box2(8.5, 6.0, 2.0);    // 声明 box2
 
   // 在创建对象之后输出对象的总数
   cout << "Final Stage Count: " << Box::getCount() << endl;
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Inital Stage Count: 0
Constructor called.
Constructor called.
Final Stage Count: 2

C++ 继承

面向对象程序设计中最重要的一个概念是继承。继承允许我们依据另一个类来定义一个类，这使得创建和维护一个应用程序变得更容易。这样做，也达到了重用代码功能和提高执行效率的效果。

当创建一个类时，您不需要重新编写新的数据成员和成员函数，只需指定新建的类继承了一个已有的类的成员即可。这个已有的类称为基类，新建的类称为派生类。

// 基类
class Animal {
    // eat() 函数
    // sleep() 函数
};


//派生类
class Dog : public Animal {
    // bark() 函数
};

基类 & 派生类

一个类可以派生自多个类，这意味着，它可以从多个基类继承数据和函数。定义一个派生类，使用一个类派生列表来指定基类。类派生列表以一个或多个基类命名，形式如下：

class derived-class: access-specifier base-class

其中，访问修饰符 access-specifier 是 public、protected 或 private 其中的一个，base-class 是之前定义过的某个类的名称。如果未使用访问修饰符 access-specifier，则默认为 private。

假设有一个基类 Shape，Rectangle 是它的派生类，如下所示：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
// 基类
class Shape 
{
   public:
      void setWidth(int w)
      {
         width = w;
      }
      void setHeight(int h)
      {
         height = h;
      }
   protected:
      int width;
      int height;
};
 
// 派生类
class Rectangle: public Shape
{
   public:
      int getArea()
      { 
         return (width * height); 
      }
};
 
int main(void)
{
   Rectangle Rect;
 
   Rect.setWidth(5);
   Rect.setHeight(7);
 
   // 输出对象的面积
   cout << "Total area: " << Rect.getArea() << endl;
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Total area: 35

访问控制和继承

派生类可以访问基类中所有的非私有成员。因此基类成员如果不想被派生类的成员函数访问，则应在基类中声明为 private。

访问	public	protected	private
同一个类	yes	yes	yes
派生类	yes	yes	no
外部的类	yes	no	no

一个派生类继承了所有的基类方法，但下列情况除外：

• 基类的构造函数、析构函数和拷贝构造函数。
• 基类的重载运算符。
• 基类的友元函数。

继承类型

当一个类派生自基类，该基类可以被继承为 public、protected 或 private 几种类型。

几乎不使用 protected 或 private 继承，通常使用 public 继承。当使用不同类型的继承时，遵循以下几个规则：

• 公有继承（public）：当一个类派生自公有基类时，基类的公有成员也是派生类的公有成员，基类的保护成员也是派生类的保护成员，基类的私有成员不能直接被派生类访问，但是可以通过调用基类的公有和保护成员来访问。
• 保护继承（protected）： 当一个类派生自保护基类时，基类的公有和保护成员将成为派生类的保护成员。
• 私有继承（private）：当一个类派生自私有基类时，基类的公有和保护成员将成为派生类的私有成员。

多继承

多继承即一个子类可以有多个父类，它继承了多个父类的特性。

C++ 类可以从多个类继承成员，语法如下：

class <派生类名>:<继承方式1><基类名1>,<继承方式2><基类名2>,…
{
<派生类类体>
};

访问修饰符继承方式是 public、protected 或 private 其中的一个，用来修饰每个基类，各个基类之间用逗号分隔，

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
// 基类 Shape
class Shape 
{
   public:
      void setWidth(int w)
      {
         width = w;
      }
      void setHeight(int h)
      {
         height = h;
      }
   protected:
      int width;
      int height;
};
 
// 基类 PaintCost
class PaintCost 
{
   public:
      int getCost(int area)
      {
         return area * 70;
      }
};
 
// 派生类
class Rectangle: public Shape, public PaintCost
{
   public:
      int getArea()
      { 
         return (width * height); 
      }
};
 
int main(void)
{
   Rectangle Rect;
   int area;
 
   Rect.setWidth(5);
   Rect.setHeight(7);
 
   area = Rect.getArea();
   
   // 输出对象的面积
   cout << "Total area: " << Rect.getArea() << endl;
 
   // 输出总花费
   cout << "Total paint cost: $" << Rect.getCost(area) << endl;
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Total area: 35
Total paint cost: $2450

C++ 重载运算符和重载函数

C++ 允许在同一作用域中的某个函数和运算符指定多个定义，分别称为函数重载和运算符重载。

重载声明是指一个与之前已经在该作用域内声明过的函数或方法具有相同名称的声明，但是它们的参数列表和定义（实现）不相同。

当调用一个重载函数或重载运算符时，编译器通过把所使用的参数类型与定义中的参数类型进行比较，决定选用最合适的定义。选择最合适的重载函数或重载运算符的过程，称为重载决策。

C++ 中的函数重载

在同一个作用域内，可以声明几个功能类似的同名函数，但是这些同名函数的形式参数（指参数的个数、类型或者顺序）必须不同。

#include <iostream>
using namespace std;
 
class printData
{
   public:
      void print(int i) {
        cout << "整数为: " << i << endl;
      }
 
      void print(double  f) {
        cout << "浮点数为: " << f << endl;
      }
 
      void print(char c[]) {
        cout << "字符串为: " << c << endl;
      }
};
 
int main(void)
{
   printData pd;
 
   // 输出整数
   pd.print(5);
   // 输出浮点数
   pd.print(500.263);
   // 输出字符串
   char c[] = "Hello C++";
   pd.print(c);
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

整数为: 5
浮点数为: 500.263
字符串为: Hello C++

C++ 中的运算符重载

重载的运算符是带有特殊名称的函数，函数名是由关键字 operator 和其后要重载的运算符符号构成的。与其他函数一样，重载运算符有一个返回类型和一个参数列表。

Box operator+(const Box&);

声明加法运算符用于把两个 Box 对象相加，返回最终的 Box 对象。大多数的重载运算符可被定义为普通的非成员函数或者被定义为类成员函数。如果定义上面的函数为类的非成员函数，那么需要为每次操作传递两个参数，如下所示：

Box operator+(const Box&, const Box&);

实例：

#include <iostream>
using namespace std;
 
class Box
{
   public:
 
      double getVolume(void)
      {
         return length * breadth * height;
      }
      void setLength( double len )
      {
          length = len;
      }
 
      void setBreadth( double bre )
      {
          breadth = bre;
      }
 
      void setHeight( double hei )
      {
          height = hei;
      }
      // 重载 + 运算符，用于把两个 Box 对象相加
      Box operator+(const Box& b)
      {
         Box box;
         box.length = this->length + b.length;
         box.breadth = this->breadth + b.breadth;
         box.height = this->height + b.height;
         return box;
      }
   private:
      double length;      // 长度
      double breadth;     // 宽度
      double height;      // 高度
};
// 程序的主函数
int main( )
{
   Box Box1;                // 声明 Box1，类型为 Box
   Box Box2;                // 声明 Box2，类型为 Box
   Box Box3;                // 声明 Box3，类型为 Box
   double volume = 0.0;     // 把体积存储在该变量中
 
   // Box1 详述
   Box1.setLength(6.0); 
   Box1.setBreadth(7.0); 
   Box1.setHeight(5.0);
 
   // Box2 详述
   Box2.setLength(12.0); 
   Box2.setBreadth(13.0); 
   Box2.setHeight(10.0);
 
   // Box1 的体积
   volume = Box1.getVolume();
   cout << "Volume of Box1 : " << volume <<endl;
 
   // Box2 的体积
   volume = Box2.getVolume();
   cout << "Volume of Box2 : " << volume <<endl;
 
   // 把两个对象相加，得到 Box3
   Box3 = Box1 + Box2;
 
   // Box3 的体积
   volume = Box3.getVolume();
   cout << "Volume of Box3 : " << volume <<endl;
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Volume of Box1 : 210
Volume of Box2 : 1560
Volume of Box3 : 5400

可重载运算符/不可重载运算符

下面是可重载的运算符列表：

双目算术运算符	+ (加)，-(减)，*(乘)，/(除)，% (取模)
关系运算符	==(等于)，!= (不等于)，< (小于)，> (大于)，<=(小于等于)，>=(大于等于)
逻辑运算符	||(逻辑或)，&&(逻辑与)，!(逻辑非)
单目运算符	+ (正)，-(负)，*(指针)，&(取地址)
自增自减运算符	++(自增)，--(自减)
位运算符	| (按位或)，& (按位与)，~(按位取反)，^(按位异或),，<< (左移)，>>(右移)
赋值运算符	=, +=, -=, *=, /= , % = , &=, |=, ^=, <<=, >>=
空间申请与释放	new, delete, new[ ] , delete[]
其他运算符	()(函数调用)，->(成员访问)，,(逗号)，[](下标)

下面是不可重载的运算符列表：

1. .：成员访问运算符
2. .*, ->*：成员指针访问运算符
3. ::：域运算符
4. sizeof：长度运算符
5. ?:：条件运算符
6. #： 预处理符号

运算符重载实例

C++ 一元运算符重载

一元运算符只对一个操作数进行操作，下面是一元运算符的实例：

• 递增运算符（ ++ ）和递减运算符（ – ）
• 一元减运算符，即负号（ - ）
• 逻辑非运算符（ ! ）

一元运算符通常出现在它们所操作的对象的左边，比如 !obj、-obj 和 ++obj，但有时它们也可以作为后缀，比如 obj++ 或 obj–。

#include <iostream>
using namespace std;
 
class Distance
{
   private:
      int feet;             // 0 到无穷
      int inches;           // 0 到 12
   public:
      // 所需的构造函数
      Distance(){
         feet = 0;
         inches = 0;
      }
      Distance(int f, int i){
         feet = f;
         inches = i;
      }
      // 显示距离的方法
      void displayDistance()
      {
         cout << "F: " << feet << " I:" << inches <<endl;
      }
      // 重载负运算符（ - ）
      Distance operator- ()  
      {
         feet = -feet;
         inches = -inches;
         return Distance(feet, inches);
      }
};
int main()
{
   Distance D1(11, 10), D2(-5, 11);
 
   -D1;                     // 取相反数
   D1.displayDistance();    // 距离 D1
 
   -D2;                     // 取相反数
   D2.displayDistance();    // 距离 D2
 
   return 0;
}

重载单目运算符++（或 --)作为前缀和后缀：

#include <iostream>
using namespace std;
class Complex {
private:
    double i;
    double j;
public:
    Complex(int = 0, int = 0);
    void display();
    Complex operator ++();//前缀自增
    Complex operator ++(int);//后缀自增，参数需要加int
};

Complex::Complex(int a, int b) {
    i = a;
    j = b;
}

void Complex::display() {
    cout << i << '+' << j << 'i' << endl;
}


Complex Complex::operator ++() {
    ++i;
    ++j;
    return *this;
}

Complex Complex::operator ++(int) {
    Complex temp =*this;
    ++*this;
    return temp;
}

int main()
{
    Complex comnum1(2,2), comnum2,comnum3;
    cout << "自增计算前:" << endl;
    cout << "comnum1:";
    comnum1.display();
    cout << "comnum2:";
    comnum2.display();
    cout << "comnum3:";
    comnum3.display();
    cout << endl;

    cout << "前缀自增计算后：" << endl;
    comnum2 = ++comnum1;
    cout << "comnum1:";
    comnum1.display();
    cout << "comnum2:";
    comnum2.display();
    cout << endl;

    cout << "后缀自增计算后:" << endl;
    comnum3 = comnum1++;
    cout << "comnum1:";
    comnum1.display();
    cout << "comnum3:";
    comnum3.display();

    return 0;
}

在前缀递增时，若想要实现 ++(++a) 这种连续自加，就要返回其对象的引用，这样才能保证操作的是同一块内存空间，否则就只是单纯的赋值操作，原来的对象并未被修改。

输出结果为：

自增计算前:
comnum1:2+2i
comnum2:0+0i
comnum3:0+0i

前缀自增计算后：
comnum1:3+3i
comnum2:3+3i

后缀自增计算后:
comnum1:4+4i
comnum3:3+3i

C++ 二元运算符重载

平常使用的加运算符（ + ）、减运算符（ - ）、乘运算符（ * ）和除运算符（ / ）都属于二元运算符。就像加(+)运算符。

#include <iostream>
using namespace std;
 
class Box
{
   double length;      // 长度
   double breadth;     // 宽度
   double height;      // 高度
public:
 
   double getVolume(void)
   {
      return length * breadth * height;
   }
   void setLength( double len )
   {
       length = len;
   }
 
   void setBreadth( double bre )
   {
       breadth = bre;
   }
 
   void setHeight( double hei )
   {
       height = hei;
   }
   // 重载 + 运算符，用于把两个 Box 对象相加
   Box operator+(const Box& b)
   {
      Box box;
      box.length = this->length + b.length;
      box.breadth = this->breadth + b.breadth;
      box.height = this->height + b.height;
      return box;
   }
};
// 程序的主函数
int main( )
{
   Box Box1;                // 声明 Box1，类型为 Box
   Box Box2;                // 声明 Box2，类型为 Box
   Box Box3;                // 声明 Box3，类型为 Box
   double volume = 0.0;     // 把体积存储在该变量中
 
   // Box1 详述
   Box1.setLength(6.0); 
   Box1.setBreadth(7.0); 
   Box1.setHeight(5.0);
 
   // Box2 详述
   Box2.setLength(12.0); 
   Box2.setBreadth(13.0); 
   Box2.setHeight(10.0);
 
   // Box1 的体积
   volume = Box1.getVolume();
   cout << "Volume of Box1 : " << volume <<endl;
 
   // Box2 的体积
   volume = Box2.getVolume();
   cout << "Volume of Box2 : " << volume <<endl;
 
   // 把两个对象相加，得到 Box3
   Box3 = Box1 + Box2;
 
   // Box3 的体积
   volume = Box3.getVolume();
   cout << "Volume of Box3 : " << volume <<endl;
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Volume of Box1 : 210
Volume of Box2 : 1560
Volume of Box3 : 5400

当 2 个对象相加时是没有顺序要求的，但要重载 + 让其与一个数字相加则有顺序要求，可以通过加一个友元函数使另一个顺序的输入合法。

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
    private:
        int a;
    public:
            A();
            A(int n);
            A operator+(const A & obj);
            A operator+(const int b);
    friend A operator+(const int b, A obj); 
            void display(); 
} ;
A::A()
{
    a=0;
}
A::A(int n)//构造函数 
{
    a=n;
}
A A::operator +(const A& obj)//重载+号用于 对象相加 
{
    return this->a+obj.a;
}
A A::operator+(const int b)//重载+号用于  对象与数相加
{
    return A(a+b);
}
A operator+(const int b,  A obj)
{
    return obj+b;//友元函数调用第二个重载+的成员函数  相当于 obj.operator+(b); 
}
void A::display()
{
    cout<<a<<endl;
}
int main ()
{
    A a1(1);
    A a2(2);
    A a3,a4,a5;
    a1.display();
    a2.display();
    int m=1;
    a3=a1+a2;//可以交换顺序，相当月a3=a1.operator+(a2); 
    a3.display();
    a4=a1+m;//因为加了个友元函数所以也可以交换顺序了。
    a4.display();
    a5=m+a1;
    a5.display();
}

以非成员函数的方式重载运算符 +:

#include <iostream>
using namespace std;
 
class Box
{
   double length;      // 长度
   double breadth;     // 宽度
   double height;      // 高度
public:
 
   double getVolume(void)
   {
      return length * breadth * height;
   }
   void setLength( double len )
   {
       length = len;
   }
 
   void setBreadth( double bre )
   {
       breadth = bre;
   }
 
   void setHeight( double hei )
   {
       height = hei;
   }

   /**
    * 改写部分 2018.09.05
    * 重载 + 运算符，用于把两个 Box 对象相加
    * 因为其是全局函数，对应的参数个数为2。
    * 当重载的运算符函数是全局函数时，需要在类中将该函数声明为友员。
    */
   friend Box operator+(const Box& a, const Box& b);

};

Box operator+(const Box& a, const Box& b)
{
    Box box;
    box.length = a.length + b.length;
    box.breadth = a.breadth + b.breadth;
    box.height = a.height + b.height;
    // cout << box.length << "--" << box.breadth << "--" << box.height << endl; 
    return box;
}

// 程序的主函数
int main( )
{
   Box Box1;                // 声明 Box1，类型为 Box
   Box Box2;                // 声明 Box2，类型为 Box
   Box Box3;                // 声明 Box3，类型为 Box
   double volume = 0.0;     // 把体积存储在该变量中
 
   // Box1 详述
   Box1.setLength(6.0); 
   Box1.setBreadth(7.0); 
   Box1.setHeight(5.0);
 
   // Box2 详述
   Box2.setLength(12.0); 
   Box2.setBreadth(13.0); 
   Box2.setHeight(10.0);
 
   // Box1 的体积
   volume = Box1.getVolume();
   cout << "Volume of Box1 : " << volume <<endl;
 
   // Box2 的体积
   volume = Box2.getVolume();
   cout << "Volume of Box2 : " << volume <<endl;
 
   // 把两个对象相加，得到 Box3
   Box3 = Box1 + Box2;
 
   // Box3 的体积
   volume = Box3.getVolume();
   cout << "Volume of Box3 : " << volume <<endl;
 
   return 0;
}

C++ 关系运算符重载

C++ 语言支持各种关系运算符（ < 、 > 、 <= 、 >= 、 == 等等），它们可用于比较 C++ 内置的数据类型。

#include <iostream>
using namespace std;
 
class Distance
{
   private:
      int feet;             // 0 到无穷
      int inches;           // 0 到 12
   public:
      // 所需的构造函数
      Distance(){
         feet = 0;
         inches = 0;
      }
      Distance(int f, int i){
         feet = f;
         inches = i;
      }
      // 显示距离的方法
      void displayDistance()
      {
         cout << "F: " << feet << " I:" << inches <<endl;
      }
      // 重载负运算符（ - ）
      Distance operator- ()  
      {
         feet = -feet;
         inches = -inches;
         return Distance(feet, inches);
      }
      // 重载小于运算符（ < ）
      bool operator <(const Distance& d)
      {
         if(feet < d.feet)
         {
            return true;
         }
         if(feet == d.feet && inches < d.inches)
         {
            return true;
         }
         return false;
      }
};
int main()
{
   Distance D1(11, 10), D2(5, 11);
 
   if( D1 < D2 )
   {
      cout << "D1 is less than D2 " << endl;
   }
   else
   {
      cout << "D2 is less than D1 " << endl;
   }
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

D2 is less than D1

C++ 输入/输出运算符重载

C++ 能够使用流提取运算符 >> 和流插入运算符 << 来输入和输出内置的数据类型。可以重载流提取运算符和流插入运算符来操作对象等用户自定义的数据类型。

需要把运算符重载函数声明为类的友元函数，这样就能不用创建对象而直接调用函数。

#include <iostream>
using namespace std;
 
class Distance
{
   private:
      int feet;             // 0 到无穷
      int inches;           // 0 到 12
   public:
      // 所需的构造函数
      Distance(){
         feet = 0;
         inches = 0;
      }
      Distance(int f, int i){
         feet = f;
         inches = i;
      }
      friend ostream &operator<<( ostream &output, 
                                       const Distance &D )
      { 
         output << "F : " << D.feet << " I : " << D.inches;
         return output;            
      }
 
      friend istream &operator>>( istream  &input, Distance &D )
      { 
         input >> D.feet >> D.inches;
         return input;            
      }
};
int main()
{
   Distance D1(11, 10), D2(5, 11), D3;
 
   cout << "Enter the value of object : " << endl;
   cin >> D3;
   cout << "First Distance : " << D1 << endl;
   cout << "Second Distance :" << D2 << endl;
   cout << "Third Distance :" << D3 << endl;
 
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

$./a.out
Enter the value of object :
70
10
First Distance : F : 11 I : 10
Second Distance :F : 5 I : 11
Third Distance :F : 70 I : 10

C++ ++ 和 – 运算符重载

递增运算符（ ++ ）和递减运算符（ – ）是 C++ 语言中两个重要的一元运算符。

#include <iostream>
using namespace std;
 
class Time
{
   private:
      int hours;             // 0 到 23
      int minutes;           // 0 到 59
   public:
      // 所需的构造函数
      Time(){
         hours = 0;
         minutes = 0;
      }
      Time(int h, int m){
         hours = h;
         minutes = m;
      }
      // 显示时间的方法
      void displayTime()
      {
         cout << "H: " << hours << " M:" << minutes <<endl;
      }
      // 重载前缀递增运算符（ ++ ）
      Time operator++ ()  
      {
         ++minutes;          // 对象加 1
         if(minutes >= 60)  
         {
            ++hours;
            minutes -= 60;
         }
         return Time(hours, minutes);
      }
      // 重载后缀递增运算符（ ++ ）
      Time operator++( int )         
      {
         // 保存原始值
         Time T(hours, minutes);
         // 对象加 1
         ++minutes;                    
         if(minutes >= 60)
         {
            ++hours;
            minutes -= 60;
         }
         // 返回旧的原始值
         return T; 
      }
};
int main()
{
   Time T1(11, 59), T2(10,40);
 
   ++T1;                    // T1 加 1
   T1.displayTime();        // 显示 T1
   ++T1;                    // T1 再加 1
   T1.displayTime();        // 显示 T1
 
   T2++;                    // T2 加 1
   T2.displayTime();        // 显示 T2
   T2++;                    // T2 再加 1
   T2.displayTime();        // 显示 T2
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

H: 12 M:0
H: 12 M:1
H: 10 M:41
H: 10 M:42

注意，int 在 括号内是为了向编译器说明这是一个后缀形式，而不是表示整数。

前缀形式重载调用 Check operator ++ () ，后缀形式重载调用 operator ++ (int)。

#include <iostream>
using namespace std;
 
class Check
{
  private:
    int i;
  public:
    Check(): i(0) {  }
    Check operator ++ ()
    {
        Check temp;
        temp.i = ++i;
        return temp;
    }
 
    // 括号中插入 int 表示后缀
    Check operator ++ (int)
    {
        Check temp;
        temp.i = i++;
        return temp;
    }
 
    void Display()
    { cout << "i = "<< i <<endl; }
};
 
int main()
{
    Check obj, obj1;    
    obj.Display(); 
    obj1.Display();
 
    // 调用运算符函数，然后将 obj 的值赋给 obj1
    obj1 = ++obj;
    obj.Display();
    obj1.Display();
 
    // 将 obj 赋值给 obj1, 然后再调用运算符函数
    obj1 = obj++;
    obj.Display();
    obj1.Display();
 
    return 0;
}

执行输出结果为：

i = 0
i = 0
i = 1
i = 1
i = 2
i = 1

-- 重载:

#include <iostream>
using namespace std;
 
class Check
{
  private:
    int i;
  public:
    Check(): i(3) {  }
    Check operator -- ()
    {
        Check temp;
        temp.i = --i;
        return temp;
    }
 
    // 括号中插入 int 表示后缀
    Check operator -- (int)
    {
        Check temp;
        temp.i = i--;
        return temp;
    }
 
    void Display()
    { cout << "i = "<< i <<endl; }
};
 
int main()
{
    Check obj, obj1;    
    obj.Display(); 
    obj1.Display();
 
    // 调用运算符函数，然后将 obj 的值赋给 obj1
    obj1 = --obj;
    obj.Display();
    obj1.Display();
 
    // 将 obj 赋值给 obj1, 然后再调用运算符函数
    obj1 = obj--;
    obj.Display();
    obj1.Display();
 
    return 0;
}

执行输出结果为：

i = 3
i = 3
i = 2
i = 2
i = 1
i = 2

C++ 赋值运算符重载

就像其他运算符一样，可以重载赋值运算符（ = ），用于创建一个对象，比如拷贝构造函数。

#include <iostream>
using namespace std;
 
class Distance
{
   private:
      int feet;             // 0 到无穷
      int inches;           // 0 到 12
   public:
      // 所需的构造函数
      Distance(){
         feet = 0;
         inches = 0;
      }
      Distance(int f, int i){
         feet = f;
         inches = i;
      }
      void operator=(const Distance &D )
      { 
         feet = D.feet;
         inches = D.inches;
      }
      // 显示距离的方法
      void displayDistance()
      {
         cout << "F: " << feet <<  " I:" <<  inches << endl;
      }
      
};
int main()
{
   Distance D1(11, 10), D2(5, 11);
 
   cout << "First Distance : "; 
   D1.displayDistance();
   cout << "Second Distance :"; 
   D2.displayDistance();
 
   // 使用赋值运算符
   D1 = D2;
   cout << "First Distance :"; 
   D1.displayDistance();
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

First Distance : F: 11 I:10
Second Distance :F: 5 I:11
First Distance :F: 5 I:11

C++ 函数调用运算符 () 重载

函数调用运算符 () 可以被重载用于类的对象。当重载 () 时，不是创造了一种新的调用函数的方式，相反地，这是创建一个可以传递任意数目参数的运算符函数。

#include <iostream>
using namespace std;
 
class Distance
{
   private:
      int feet;             // 0 到无穷
      int inches;           // 0 到 12
   public:
      // 所需的构造函数
      Distance(){
         feet = 0;
         inches = 0;
      }
      Distance(int f, int i){
         feet = f;
         inches = i;
      }
      // 重载函数调用运算符
      Distance operator()(int a, int b, int c)
      {
         Distance D;
         // 进行随机计算
         D.feet = a + c + 10;
         D.inches = b + c + 100 ;
         return D;
      }
      // 显示距离的方法
      void displayDistance()
      {
         cout << "F: " << feet <<  " I:" <<  inches << endl;
      }
      
};
int main()
{
   Distance D1(11, 10), D2;

   cout << "First Distance : "; 
   D1.displayDistance();

   D2 = D1(10, 10, 10); // invoke operator()
   cout << "Second Distance :"; 
   D2.displayDistance();

   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

First Distance : F: 11 I:10
Second Distance :F: 30 I:120

C++ 下标运算符 [] 重载

下标操作符 [] 通常用于访问数组元素。重载该运算符用于增强操作 C++ 数组的功能。

#include <iostream>
using namespace std;
const int SIZE = 10;
 
class safearay
{
   private:
      int arr[SIZE];
   public:
      safearay() 
      {
         register int i;
         for(i = 0; i < SIZE; i++)
         {
           arr[i] = i;
         }
      }
      int& operator[](int i)
      {
          if( i >= SIZE )
          {
              cout << "索引超过最大值" <<endl; 
              // 返回第一个元素
              return arr[0];
          }
          return arr[i];
      }
};
int main()
{
   safearay A;
 
   cout << "A[2] 的值为 : " << A[2] <<endl;
   cout << "A[5] 的值为 : " << A[5]<<endl;
   cout << "A[12] 的值为 : " << A[12]<<endl;
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

$ g++ -o test test.cpp
$ ./test 
A[2] 的值为 : 2
A[5] 的值为 : 5
A[12] 的值为 : 索引超过最大值
0

C++ 类成员访问运算符 -> 重载

类成员访问运算符（ -> ）可以被重载，但它较为麻烦。它被定义用于为一个类赋予"指针"行为。运算符 -> 必须是一个成员函数。如果使用了 -> 运算符，返回类型必须是指针或者是类的对象。

运算符 -> 通常与指针引用运算符 * 结合使用，用于实现"智能指针"的功能。这些指针是行为与正常指针相似的对象，唯一不同的是，当通过指针访问对象时，它们会执行其他的任务。比如，当指针销毁时，或者当指针指向另一个对象时，会自动删除对象。

间接引用运算符 -> 可被定义为一个一元后缀运算符。也就是说，给出一个类：

class Ptr{
   //...
   X * operator->();
};

类 Ptr 的对象可用于访问类 X 的成员，使用方式与指针的用法十分相似。例如：

void f(Ptr p )
{
   p->m = 10 ; // (p.operator->())->m = 10
}

语句 p->m 被解释为 (p.operator->())->m。同样地，下面的实例演示了如何重载类成员访问运算符 ->。

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
 
// 假设一个实际的类
class Obj {
   static int i, j;
public:
   void f() const { cout << i++ << endl; }
   void g() const { cout << j++ << endl; }
};
 
// 静态成员定义
int Obj::i = 10;
int Obj::j = 12;
 
// 为上面的类实现一个容器
class ObjContainer {
   vector<Obj*> a;
public:
   void add(Obj* obj)
   { 
      a.push_back(obj);  // 调用向量的标准方法
   }
   friend class SmartPointer;
};
 
// 实现智能指针，用于访问类 Obj 的成员
class SmartPointer {
   ObjContainer oc;
   int index;
public:
   SmartPointer(ObjContainer& objc)
   { 
       oc = objc;
       index = 0;
   }
   // 返回值表示列表结束
   bool operator++() // 前缀版本
   { 
     if(index >= oc.a.size() - 1) return false;
     if(oc.a[++index] == 0) return false;
     return true;
   }
   bool operator++(int) // 后缀版本
   { 
      return operator++();
   }
   // 重载运算符 ->
   Obj* operator->() const 
   {
     if(!oc.a[index])
     {
        cout << "Zero value";
        return (Obj*)0;
     }
     return oc.a[index];
   }
};
 
int main() {
   const int sz = 10;
   Obj o[sz];
   ObjContainer oc;
   for(int i = 0; i < sz; i++)
   {
       oc.add(&o[i]);
   }
   SmartPointer sp(oc); // 创建一个迭代器
   do {
      sp->f(); // 智能指针调用
      sp->g();
   } while(sp++);
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

10
12
11
13
12
14
13
15
14
16
15
17
16
18
17
19
18
20
19
21

C++ 多态

多态按字面的意思就是多种形态。当类之间存在层次结构，并且类之间是通过继承关联时，就会用到多态。

C++ 多态意味着调用成员函数时，会根据调用函数的对象的类型来执行不同的函数。

#include <iostream> 
using namespace std;
 
class Shape {
   protected:
      int width, height;
   public:
      Shape( int a=0, int b=0)
      {
         width = a;
         height = b;
      }
      int area()
      {
         cout << "Parent class area :" <<endl;
         return 0;
      }
};
class Rectangle: public Shape{
   public:
      Rectangle( int a=0, int b=0):Shape(a, b) { }
      int area ()
      { 
         cout << "Rectangle class area :" <<endl;
         return (width * height); 
      }
};
class Triangle: public Shape{
   public:
      Triangle( int a=0, int b=0):Shape(a, b) { }
      int area ()
      { 
         cout << "Triangle class area :" <<endl;
         return (width * height / 2); 
      }
};
// 程序的主函数
int main( )
{
   Shape *shape;
   Rectangle rec(10,7);
   Triangle  tri(10,5);
 
   // 存储矩形的地址
   shape = &rec;
   // 调用矩形的求面积函数 area
   shape->area();
 
   // 存储三角形的地址
   shape = &tri;
   // 调用三角形的求面积函数 area
   shape->area();
   
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Parent class area :
Parent class area :

导致错误输出的原因是，调用函数 area() 被编译器设置为基类中的版本，这就是所谓的静态多态，或静态链接 - 函数调用在程序执行前就准备好了。有时候这也被称为早绑定，因为 area() 函数在程序编译期间就已经设置好了。

在 Shape 类中，area() 的声明前放置关键字 virtual，如下所示：

class Shape {
   protected:
      int width, height;
   public:
      Shape( int a=0, int b=0)
      {
         width = a;
         height = b;
      }
      virtual int area()
      {
         cout << "Parent class area :" <<endl;
         return 0;
      }
};

修改后，当编译和执行前面的实例代码时，它会产生以下结果：

Rectangle class area :
Triangle class area :

此时，编译器看的是指针的内容，而不是它的类型。因此，由于 tri 和 rec 类的对象的地址存储在 *shape 中，所以会调用各自的 area() 函数。

每个子类都有一个函数 area() 的独立实现。这就是多态的一般使用方式。有了多态，可以有多个不同的类，都带有同一个名称但具有不同实现的函数，函数的参数甚至可以是相同的。

虚函数

虚函数是在基类中使用关键字 virtual 声明的函数。在派生类中重新定义基类中定义的虚函数时，会告诉编译器不要静态链接到该函数。

在程序中任意点可以根据所调用的对象类型来选择调用的函数，这种操作被称为动态链接，或后期绑定。

纯虚函数

可能想要在基类中定义虚函数，以便在派生类中重新定义该函数更好地适用于对象，但是在基类中又不能对虚函数给出有意义的实现，这个时候就会用到纯虚函数。

可以把基类中的虚函数 area() 改写如下：

class Shape {
   protected:
      int width, height;
   public:
      Shape( int a=0, int b=0)
      {
         width = a;
         height = b;
      }
      // pure virtual function
      virtual int area() = 0;
};
= 0 告诉编译器，函数没有主体，上面的虚函数是纯虚函数。

C++ 接口（抽象类）

接口描述了类的行为和功能，而不需要完成类的特定实现。

C++ 接口是使用抽象类来实现的，抽象类与数据抽象互不混淆，数据抽象是一个把实现细节与相关的数据分离开的概念。

如果类中至少有一个函数被声明为纯虚函数，则这个类就是抽象类。

class Box
{
   public:
      // 纯虚函数
      virtual double getVolume() = 0;
   private:
      double length;      // 长度
      double breadth;     // 宽度
      double height;      // 高度
};

设计抽象类（通常称为 ABC）的目的，是为了给其他类提供一个可以继承的适当的基类。抽象类不能被用于实例化对象，它只能作为接口使用。

因此，如果一个 ABC 的子类需要被实例化，则必须实现每个纯虚函数，这也意味着 C++ 支持使用 ABC 声明接口。如果没有在派生类中重写纯虚函数，就尝试实例化该类的对象，会导致编译错误。

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
// 基类
class Shape 
{
public:
   // 提供接口框架的纯虚函数
   virtual int getArea() = 0;
   void setWidth(int w)
   {
      width = w;
   }
   void setHeight(int h)
   {
      height = h;
   }
protected:
   int width;
   int height;
};
 
// 派生类
class Rectangle: public Shape
{
public:
   int getArea()
   { 
      return (width * height); 
   }
};
class Triangle: public Shape
{
public:
   int getArea()
   { 
      return (width * height)/2; 
   }
};
 
int main(void)
{
   Rectangle Rect;
   Triangle  Tri;
 
   Rect.setWidth(5);
   Rect.setHeight(7);
   // 输出对象的面积
   cout << "Total Rectangle area: " << Rect.getArea() << endl;
 
   Tri.setWidth(5);
   Tri.setHeight(7);
   // 输出对象的面积
   cout << "Total Triangle area: " << Tri.getArea() << endl; 
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Total Rectangle area: 35
Total Triangle area: 17

从上面的实例中，可以看到一个抽象类是如何定义一个接口 getArea()，两个派生类是如何通过不同的计算面积的算法来实现这个相同的函数。

C++ 文件和流

要在 C++ 中进行文件处理，必须在 C++ 源代码文件中包含头文件 和 。

数据类型	描述
ofstream	该数据类型表示输出文件流，用于创建文件并向文件写入信息。
ifstream	该数据类型表示输入文件流，用于从文件读取信息。
fstream	该数据类型通常表示文件流，且同时具有 ofstream 和 ifstream 两种功能，这意味着它可以创建文件，向文件写入信息，从文件读取信息。

打开文件

在从文件读取信息或者向文件写入信息之前，必须先打开文件。ofstream 和 fstream 对象都可以用来打开文件进行写操作，如果只需要打开文件进行读操作，则使用 ifstream 对象。

下面是 open() 函数的标准语法，open() 函数是 fstream、ifstream 和 ofstream 对象的一个成员。

void open(const char *filename, ios::openmode mode);

在这里，open() 成员函数的第一参数指定要打开的文件的名称和位置，第二个参数定义文件被打开的模式。

模式标志	描述
ios::app	追加模式。所有写入都追加到文件末尾。
ios::ate	文件打开后定位到文件末尾。
ios::in	打开文件用于读取。
ios::out	打开文件用于写入。
ios::trunc	如果该文件已经存在，其内容将在打开文件之前被截断，即把文件长度设为 0。

可以把以上两种或两种以上的模式结合使用。例如，如果想要以写入模式打开文件，并希望截断文件，以防文件已存在，那么可以使用下面的语法：

ofstream outfile;
outfile.open("file.dat", ios::out | ios::trunc );

类似地，如果想要打开一个文件用于读写，可以使用下面的语法：

ifstream  afile;
afile.open("file.dat", ios::out | ios::in );

关闭文件

当 C++ 程序终止时，它会自动关闭刷新所有流，释放所有分配的内存，并关闭所有打开的文件。但程序员应该养成一个好习惯，在程序终止前关闭所有打开的文件。

下面是 close() 函数的标准语法，close() 函数是 fstream、ifstream 和 ofstream 对象的一个成员。

void close();

写入文件

在 C++ 编程中，使用流插入运算符（ << ）向文件写入信息，就像使用该运算符输出信息到屏幕上一样。唯一不同的是，在这里使用的是 ofstream 或 fstream 对象，而不是 cout 对象。

读取文件

在 C++ 编程中，使用流提取运算符（ >> ）从文件读取信息，就像使用该运算符从键盘输入信息一样。唯一不同的是，在这里使用的是 ifstream 或 fstream 对象，而不是 cin 对象。

#include <fstream>
#include <iostream>
using namespace std;
 
int main ()
{
    
   char data[100];
 
   // 以写模式打开文件
   ofstream outfile;
   outfile.open("afile.dat");
 
   cout << "Writing to the file" << endl;
   cout << "Enter your name: "; 
   cin.getline(data, 100);
 
   // 向文件写入用户输入的数据
   outfile << data << endl;
 
   cout << "Enter your age: "; 
   cin >> data;
   cin.ignore();
   
   // 再次向文件写入用户输入的数据
   outfile << data << endl;
 
   // 关闭打开的文件
   outfile.close();
 
   // 以读模式打开文件
   ifstream infile; 
   infile.open("afile.dat"); 
 
   cout << "Reading from the file" << endl; 
   infile >> data; 
 
   // 在屏幕上写入数据
   cout << data << endl;
   
   // 再次从文件读取数据，并显示它
   infile >> data; 
   cout << data << endl; 
 
   // 关闭打开的文件
   infile.close();
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列输入和输出：

$./a.out
Writing to the file
Enter your name: Zara
Enter your age: 9
Reading from the file
Zara
9

上面的实例中使用了 cin 对象的附加函数，比如 getline()函数从外部读取一行，ignore() 函数会忽略掉之前读语句留下的多余字符。

文件位置指针

istream 和 ostream 都提供了用于重新定位文件位置指针的成员函数。这些成员函数包括关于 istream 的 seekg（“seek get”）和关于 ostream 的 seekp（“seek put”）。

seekg 和 seekp 的参数通常是一个长整型。第二个参数可以用于指定查找方向。查找方向可以是 ios::beg（默认的，从流的开头开始定位），也可以是 ios::cur（从流的当前位置开始定位），也可以是 ios::end（从流的末尾开始定位）。

文件位置指针是一个整数值，指定了从文件的起始位置到指针所在位置的字节数。下面是关于定位 “get” 文件位置指针的实例：

// 定位到 fileObject 的第 n 个字节（假设是 ios::beg）
fileObject.seekg( n );
 
// 把文件的读指针从 fileObject 当前位置向后移 n 个字节
fileObject.seekg( n, ios::cur );
 
// 把文件的读指针从 fileObject 末尾往回移 n 个字节
fileObject.seekg( n, ios::end );
 
// 定位到 fileObject 的末尾
fileObject.seekg( 0, ios::end );

C++ 异常处理

异常是程序在执行期间产生的问题。C++ 异常是指在程序运行时发生的特殊情况，比如尝试除以零的操作。

异常提供了一种转移程序控制权的方式。C++ 异常处理涉及到三个关键字：try、catch、throw。

• throw: 当问题出现时，程序会抛出一个异常。这是通过使用 throw 关键字来完成的。
• catch: 在您想要处理问题的地方，通过异常处理程序捕获异常。catch 关键字用于捕获异常。
• try: try 块中的代码标识将被激活的特定异常。它后面通常跟着一个或多个 catch 块。

如果有一个块抛出一个异常，捕获异常的方法会使用 try 和 catch 关键字。try 块中放置可能抛出异常的代码，try 块中的代码被称为保护代码。使用 try/catch 语句的语法如下所示：

try
{
   // 保护代码
}catch( ExceptionName e1 )
{
   // catch 块
}catch( ExceptionName e2 )
{
   // catch 块
}catch( ExceptionName eN )
{
   // catch 块
}

如果 try 块在不同的情境下会抛出不同的异常，这个时候可以尝试罗列多个 catch 语句，用于捕获不同类型的异常。

抛出异常

可以使用 throw 语句在代码块中的任何地方抛出异常。throw 语句的操作数可以是任意的表达式，表达式的结果的类型决定了抛出的异常的类型。

以下是尝试除以零时抛出异常的实例：

double division(int a, int b)
{
   if( b == 0 )
   {
      throw "Division by zero condition!";
   }
   return (a/b);
}

捕获异常

catch 块跟在 try 块后面，用于捕获异常。可以指定想要捕捉的异常类型，这是由 catch 关键字后的括号内的异常声明决定的。

try
{
   // 保护代码
}catch( ExceptionName e )
{
  // 处理 ExceptionName 异常的代码
}

上面的代码会捕获一个类型为 ExceptionName 的异常。如果想让 catch 块能够处理 try 块抛出的任何类型的异常，则必须在异常声明的括号内使用省略号 …，如下所示：

try
{
   // 保护代码
}catch(...)
{
  // 能处理任何异常的代码
}

下面是一个实例，抛出一个除以零的异常，并在 catch 块中捕获该异常。

#include <iostream>
using namespace std;
 
double division(int a, int b)
{
   if( b == 0 )
   {
      throw "Division by zero condition!";
   }
   return (a/b);
}
 
int main ()
{
   int x = 50;
   int y = 0;
   double z = 0;
 
   try {
     z = division(x, y);
     cout << z << endl;
   }catch (const char* msg) {
     cerr << msg << endl;
   }
 
   return 0;
}

由于抛出了一个类型为 const char* 的异常，因此，当捕获该异常时，必须在 catch 块中使用 const char*。当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Division by zero condition!

C++ 标准的异常

C++ 提供了一系列标准的异常，定义在 中,它们是以父子类层次结构组织起来的，如下所示：

异常	描述
std::exception	该异常是所有标准 C++ 异常的父类。
std::bad_alloc	该异常可以通过 new 抛出。
std::bad_cast	该异常可以通过 dynamic_cast 抛出。
std::bad_typeid	该异常可以通过 typeid 抛出。
std::bad_exception	这在处理 C++ 程序中无法预期的异常时非常有用。
std::logic_error	理论上可以通过读取代码来检测到的异常。
std::domain_error	当使用了一个无效的数学域时，会抛出该异常。
std::invalid_argument	当使用了无效的参数时，会抛出该异常。
std::length_error	当创建了太长的 std::string 时，会抛出该异常。
std::out_of_range	该异常可以通过方法抛出，例如 std::vector 和 std::bitset<>::operator[]()。
std::runtime_error	理论上不可以通过读取代码来检测到的异常。
std::overflow_error	当发生数学上溢时，会抛出该异常。
std::range_error	当尝试存储超出范围的值时，会抛出该异常。
std::underflow_error	当发生数学下溢时，会抛出该异常。

## 定义新的异常 可以通过继承和重载 exception 类来定义新的异常。

#include <iostream>
#include <exception>
using namespace std;
 
struct MyException : public exception
{
  const char * what () const throw ()
  {
    return "C++ Exception";
  }
};
 
int main()
{
  try
  {
    throw MyException();
  }
  catch(MyException& e)
  {
    std::cout << "MyException caught" << std::endl;
    std::cout << e.what() << std::endl;
  }
  catch(std::exception& e)
  {
    //其他的错误
  }
}

这将产生以下结果：

MyException caught
C++ Exception

在这里，what() 是异常类提供的一个公共方法，它已被所有子异常类重载。这将返回异常产生的原因。

C++ 动态内存

C++ 程序中的内存分为两个部分：

• 栈：在函数内部声明的所有变量都将占用栈内存。
• 堆：这是程序中未使用的内存，在程序运行时可用于动态分配内存。

很多时候无法提前预知需要多少内存来存储某个定义变量中的特定信息，所需内存的大小需要在运行时才能确定。

在 C++ 中，可以使用特殊的运算符为给定类型的变量在运行时分配堆内的内存，这会返回所分配的空间地址。这种运算符即 new 运算符。

如果不再需要动态分配的内存空间，可以使用 delete 运算符，删除之前由 new 运算符分配的内存。

new 和 delete 运算符

下面是使用 new 运算符来为任意的数据类型动态分配内存的通用语法：

new data-type;

在这里，data-type 可以是包括数组在内的任意内置的数据类型，也可以是包括类或结构在内的用户自定义的任何数据类型。让我们先来看下内置的数据类型。例如，我们可以定义一个指向 double 类型的指针，然后请求内存，该内存在执行时被分配。我们可以按照下面的语句使用 new 运算符来完成这点：

double* pvalue  = NULL; // 初始化为 null 的指针
pvalue  = new double;   // 为变量请求内存

如果自由存储区已被用完，可能无法成功分配内存。所以建议检查 new 运算符是否返回 NULL 指针，并采取以下适当的操作：

double* pvalue  = NULL;
if( !(pvalue  = new double ))
{
   cout << "Error: out of memory." <<endl;
   exit(1);
 
}

malloc() 函数在 C 语言中就出现了，在 C++ 中仍然存在，但建议尽量不要使用 malloc() 函数。new 与 malloc() 函数相比，其主要的优点是，new 不只是分配了内存，它还创建了对象。

在任何时候，某个已经动态分配内存的变量不再需要使用时，可以使用 delete 操作符释放它所占用的内存，如下所示：

delete pvalue;        // 释放 pvalue 所指向的内存

#include <iostream>
using namespace std;
 
int main ()
{
   double* pvalue  = NULL; // 初始化为 null 的指针
   pvalue  = new double;   // 为变量请求内存
 
   *pvalue = 29494.99;     // 在分配的地址存储值
   cout << "Value of pvalue : " << *pvalue << endl;
 
   delete pvalue;         // 释放内存
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Value of pvalue : 29495

数组的动态内存分配

假设要为一个字符数组（一个有 20 个字符的字符串）分配内存，可以使用上面实例中的语法来为数组动态地分配内存，如下所示：

char* pvalue  = NULL;   // 初始化为 null 的指针
pvalue  = new char[20]; // 为变量请求内存

要删除刚才创建的数组，语句如下：

delete [] pvalue;        // 删除 pvalue 所指向的数组

下面是 new 操作符的通用语法，可以为多维数组分配内存，如下所示：

一维数组
// 动态分配,数组长度为 m
int *array=new int [m];
//释放内存
delete [] array;

二维数组
int **array;
// 假定数组第一维长度为 m， 第二维长度为 n
// 动态分配空间
array = new int *[m];
for( int i=0; i<m; i++ )
{
    array[i] = new int [n];
}
//释放
for( int i=0; i<m; i++ )
{
    delete [] array[i];
}
delete [] array;

二维数组实例测试：

#include <iostream>
using namespace std;
 
int main()
{
    int **p;   
    int i,j;   //p[4][8] 
    //开始分配4行8列的二维数据   
    p = new int *[4];
    for(i=0;i<4;i++){
        p[i]=new int [8];
    }
 
    for(i=0; i<4; i++){
        for(j=0; j<8; j++){
            p[i][j] = j*i;
        }
    }   
    //打印数据   
    for(i=0; i<4; i++){
        for(j=0; j<8; j++)     
        {   
            if(j==0) cout<<endl;   
            cout<<p[i][j]<<"\t";   
        }
    }   
    //开始释放申请的堆   
    for(i=0; i<4; i++){
        delete [] p[i];   
    }
    delete [] p;   
    return 0;
}

三维数组：

int ***array;
// 假定数组第一维为 m， 第二维为 n， 第三维为h
// 动态分配空间
array = new int **[m];
for( int i=0; i<m; i++ )
{
    array[i] = new int *[n];
    for( int j=0; j<n; j++ )
    {
        array[i][j] = new int [h];
    }
}
//释放
for( int i=0; i<m; i++ )
{
    for( int j=0; j<n; j++ )
    {
        delete[] array[i][j];
    }
    delete[] array[i];
}
delete[] array;

三维数组测试实例：

#include <iostream>
using namespace std;
 
int main()
{   
    int i,j,k;   // p[2][3][4]
    
    int ***p;
    p = new int **[2]; 
    for(i=0; i<2; i++) 
    { 
        p[i]=new int *[3]; 
        for(j=0; j<3; j++) 
            p[i][j]=new int[4]; 
    }
    
    //输出 p[i][j][k] 三维数据
    for(i=0; i<2; i++)   
    {
        for(j=0; j<3; j++)   
        { 
            for(k=0;k<4;k++)
            { 
                p[i][j][k]=i+j+k;
                cout<<p[i][j][k]<<" ";
            }
            cout<<endl;
        }
        cout<<endl;
    }
    
    // 释放内存
    for(i=0; i<2; i++) 
    {
        for(j=0; j<3; j++) 
        {   
            delete [] p[i][j];   
        }   
    }       
    for(i=0; i<2; i++)   
    {       
        delete [] p[i];   
    }   
    delete [] p;  
    return 0;
}

对象的动态内存分配

对象与简单的数据类型没有什么不同。

#include <iostream>
using namespace std;
 
class Box
{
   public:
      Box() { 
         cout << "调用构造函数！" <<endl; 
      }
      ~Box() { 
         cout << "调用析构函数！" <<endl; 
      }
};
 
int main( )
{
   Box* myBoxArray = new Box[4];
 
   delete [] myBoxArray; // 删除数组
   return 0;
}

如果要为一个包含四个 Box 对象的数组分配内存，构造函数将被调用 4 次，同样地，当删除这些对象时，析构函数也将被调用相同的次数（4次）。

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

调用构造函数！
调用构造函数！
调用构造函数！
调用构造函数！
调用析构函数！
调用析构函数！
调用析构函数！
调用析构函数！

C++ 命名空间

例如，在一个库中存在一个名为 xyz() 的函数，在另一个可用的库中也存在一个相同的函数 xyz()。这样，编译器就无法判断所使用的是哪一个 xyz() 函数。

因此，引入了命名空间这个概念，专门用于解决上面的问题，它可作为附加信息来区分不同库中相同名称的函数、类、变量等。使用了命名空间即定义了上下文。本质上，命名空间就是定义了一个范围。

定义命名空间

命名空间的定义使用关键字 namespace，后跟命名空间的名称，如下所示：

namespace namespace_name {
   // 代码声明
}

为了调用带有命名空间的函数或变量，需要在前面加上命名空间的名称，如下所示：

name::code;  // code 可以是变量或函数

#include <iostream>
using namespace std;
 
// 第一个命名空间
namespace first_space{
   void func(){
      cout << "Inside first_space" << endl;
   }
}
// 第二个命名空间
namespace second_space{
   void func(){
      cout << "Inside second_space" << endl;
   }
}
int main ()
{
 
   // 调用第一个命名空间中的函数
   first_space::func();
   
   // 调用第二个命名空间中的函数
   second_space::func(); 
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Inside first_space
Inside second_space

using 指令

可以使用 using namespace 指令，这样在使用命名空间时就可以不用在前面加上命名空间的名称。这个指令会告诉编译器，后续的代码将使用指定的命名空间中的名称。

#include <iostream>
using namespace std;
 
// 第一个命名空间
namespace first_space{
   void func(){
      cout << "Inside first_space" << endl;
   }
}
// 第二个命名空间
namespace second_space{
   void func(){
      cout << "Inside second_space" << endl;
   }
}
using namespace first_space;
int main ()
{
 
   // 调用第一个命名空间中的函数
   func();
   
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Inside first_space

using 指令也可以用来指定命名空间中的特定项目。例如，如果只打算使用 std 命名空间中的 cout 部分，您可以使用如下的语句：

using std::cout;

随后的代码中，在使用 cout 时就可以不用加上命名空间名称作为前缀，但是 std 命名空间中的其他项目仍然需要加上命名空间名称作为前缀，如下所示：

#include <iostream>
using std::cout;
 
int main ()
{
 
   cout << "std::endl is used with std!" << std::endl;
   
   return 0;
}

using 指令引入的名称遵循正常的范围规则。名称从使用 using 指令开始是可见的，直到该范围结束。此时，在范围以外定义的同名实体是隐藏的。

不连续的命名空间

命名空间可以定义在几个不同的部分中，因此命名空间是由几个单独定义的部分组成的。一个命名空间的各个组成部分可以分散在多个文件中。

所以，如果命名空间中的某个组成部分需要请求定义在另一个文件中的名称，则仍然需要声明该名称。下面的命名空间定义可以是定义一个新的命名空间，也可以是为已有的命名空间增加新的元素：

namespace namespace_name {
   // 代码声明
}

嵌套的命名空间

命名空间可以嵌套，可以在一个命名空间中定义另一个命名空间，如下所示：

namespace namespace_name1 {
   // 代码声明
   namespace namespace_name2 {
      // 代码声明
   }
}

可以通过使用 :: 运算符来访问嵌套的命名空间中的成员：

/

/ 访问 namespace_name2 中的成员
using namespace namespace_name1::namespace_name2;
 
// 访问 namespace_name1 中的成员
using namespace namespace_name1;

在上面的语句中，如果使用的是 namespace_name1，那么在该范围内 namespace_name2 中的元素也是可用的，如下所示：

#include <iostream>
using namespace std;
 
// 第一个命名空间
namespace first_space{
   void func(){
      cout << "Inside first_space" << endl;
   }
   // 第二个命名空间
   namespace second_space{
      void func(){
         cout << "Inside second_space" << endl;
      }
   }
}
using namespace first_space::second_space;
int main ()
{
 
   // 调用第二个命名空间中的函数
   func();
   
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Inside second_space

C++ 模板

模板是泛型编程的基础，泛型编程即以一种独立于任何特定类型的方式编写代码。

模板是创建泛型类或函数的蓝图或公式。库容器，比如迭代器和算法，都是泛型编程的例子，它们都使用了模板的概念。

每个容器都有一个单一的定义，比如 向量，可以定义许多不同类型的向量，比如 vector <int> 或 vector <string>。

可以使用模板来定义函数和类，模板函数定义的一般形式如下所示：

template <typename type> ret-type func-name(parameter list)
{
   // 函数的主体
}

在这里，type 是函数所使用的数据类型的占位符名称。这个名称可以在函数定义中使用。

下面是函数模板的实例，返回两个数中的最大值：

#include <iostream>
#include <string>
 
using namespace std;
 
template <typename T>
inline T const& Max (T const& a, T const& b) 
{ 
    return a < b ? b:a; 
} 
int main ()
{
 
    int i = 39;
    int j = 20;
    cout << "Max(i, j): " << Max(i, j) << endl; 
 
    double f1 = 13.5; 
    double f2 = 20.7; 
    cout << "Max(f1, f2): " << Max(f1, f2) << endl; 
 
    string s1 = "Hello"; 
    string s2 = "World"; 
    cout << "Max(s1, s2): " << Max(s1, s2) << endl; 
 
    return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Max(i, j): 39
Max(f1, f2): 20.7
Max(s1, s2): World

类模板

也可以定义类模板。泛型类声明的一般形式如下所示：

template <class type> class class-name {
.
.
.
}

在这里，type 是占位符类型名称，可以在类被实例化的时候进行指定。可以使用一个逗号分隔的列表来定义多个泛型数据类型。

下面的实例定义了类 Stack<>，并实现了泛型方法来对元素进行入栈出栈操作：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <cstdlib>
#include <string>
#include <stdexcept>
 
using namespace std;
 
template <class T>
class Stack { 
  private: 
    vector<T> elems;     // 元素 
 
  public: 
    void push(T const&);  // 入栈
    void pop();               // 出栈
    T top() const;            // 返回栈顶元素
    bool empty() const{       // 如果为空则返回真。
        return elems.empty(); 
    } 
}; 
 
template <class T>
void Stack<T>::push (T const& elem) 
{ 
    // 追加传入元素的副本
    elems.push_back(elem);    
} 
 
template <class T>
void Stack<T>::pop () 
{ 
    if (elems.empty()) { 
        throw out_of_range("Stack<>::pop(): empty stack"); 
    }
    // 删除最后一个元素
    elems.pop_back();         
} 
 
template <class T>
T Stack<T>::top () const 
{ 
    if (elems.empty()) { 
        throw out_of_range("Stack<>::top(): empty stack"); 
    }
    // 返回最后一个元素的副本 
    return elems.back();      
} 
 
int main() 
{ 
    try { 
        Stack<int>         intStack;  // int 类型的栈 
        Stack<string> stringStack;    // string 类型的栈 
 
        // 操作 int 类型的栈 
        intStack.push(7); 
        cout << intStack.top() <<endl; 
 
        // 操作 string 类型的栈 
        stringStack.push("hello"); 
        cout << stringStack.top() << std::endl; 
        stringStack.pop(); 
        stringStack.pop(); 
    } 
    catch (exception const& ex) { 
        cerr << "Exception: " << ex.what() <<endl; 
        return -1;
    } 
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

7
hello
Exception: Stack<>::pop(): empty stack

C++ 信号处理

信号是由操作系统传给进程的中断，会提早终止一个程序。在 UNIX、LINUX、Mac OS X 或 Windows 系统上，可以通过按 Ctrl+C 产生中断。

有些信号不能被程序捕获，但是下表所列信号可以在程序中捕获，并可以基于信号采取适当的动作。这些信号是定义在 C++ 头文件 <csignal> 中。

信号	描述
SIGABRT	程序的异常终止，如调用 abort。
SIGFPE	错误的算术运算，比如除以零或导致溢出的操作。
SIGILL	检测非法指令。
SIGINT	程序终止(interrupt)信号。
SIGSEGV	非法访问内存。
SIGTERM	发送到程序的终止请求。

## signal() 函数 C++ 信号处理库提供了 signal 函数，用来捕获突发事件。以下是 signal() 函数的语法：

void (*signal (int sig, void (*func)(int)))(int); 

这个看起来有点费劲，以下语法格式更容易理解：

signal(registered signal, signal handler)

这个函数接收两个参数：第一个参数是要设置的信号的标识符，第二个参数是指向信号处理函数的指针。函数返回值是一个指向先前信号处理函数的指针。如果先前没有设置信号处理函数，则返回值为 SIG_DFL。如果先前设置的信号处理函数为 SIG_IGN，则返回值为 SIG_IGN。

不管在程序中捕获什么信号，都必须使用 signal 函数来注册信号，并将其与信号处理程序相关联:

#include <iostream>
#include <csignal>
#include <unistd.h>
 
using namespace std;
 
void signalHandler( int signum )
{
    cout << "Interrupt signal (" << signum << ") received.\n";
 
    // 清理并关闭
    // 终止程序  
 
   exit(signum);  
 
}
 
int main ()
{
    // 注册信号 SIGINT 和信号处理程序
    signal(SIGINT, signalHandler);  
 
    while(1){
       cout << "Going to sleep...." << endl;
       sleep(1);
    }
 
    return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Going to sleep....
Going to sleep....
Going to sleep....

按 Ctrl+C 中断程序，程序捕获信号，程序打印如下内容并退出：

Going to sleep....
Going to sleep....
Going to sleep....
Interrupt signal (2) received.

raise() 函数

可以使用函数 raise() 生成信号，该函数带有一个整数信号编号作为参数，语法如下：

int raise (signal sig);

在这里，sig 是要发送的信号的编号，这些信号包括：SIGINT、SIGABRT、SIGFPE、SIGILL、SIGSEGV、SIGTERM、SIGHUP。

#include <iostream>
#include <csignal>
#include <unistd.h>
 
using namespace std;
 
void signalHandler( int signum )
{
    cout << "Interrupt signal (" << signum << ") received.\n";
 
    // 清理并关闭
    // 终止程序 
 
   exit(signum);  
 
}
 
int main ()
{
    int i = 0;
    // 注册信号 SIGINT 和信号处理程序
    signal(SIGINT, signalHandler);  
 
    while(++i){
       cout << "Going to sleep...." << endl;
       if( i == 3 ){
          raise( SIGINT);
       }
       sleep(1);
    }
 
    return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果，并会自动退出：

Going to sleep....
Going to sleep....
Going to sleep....
Interrupt signal (2) received.

C++ 多线程

多线程是多任务处理的一种特殊形式，多任务处理允许让电脑同时运行两个或两个以上的程序。一般情况下，两种类型的多任务处理：基于进程和基于线程。

• 基于进程的多任务处理是程序的并发执行。
• 基于线程的多任务处理是同一程序的片段的并发执行。

多线程程序包含可以同时运行的两个或多个部分。这样的程序中的每个部分称为一个线程，每个线程定义了一个单独的执行路径。

创建线程

pthread_create 创建一个新的线程，并让它可执行。

#include <pthread.h>
pthread_create (thread, attr, start_routine, arg) 

参数	描述
thread	指向线程标识符指针。
attr	一个不透明的属性对象，可以被用来设置线程属性。您可以指定线程属性对象，也可以使用默认值 NULL。
start_routine	线程运行函数起始地址，一旦线程被创建就会执行。
arg	运行函数的参数。它必须通过把引用作为指针强制转换为 void 类型进行传递。如果没有传递参数，则使用 NULL。

创建线程成功时，函数返回 0，若返回值不为 0 则说明创建线程失败。

终止线程

#include <pthread.h>
pthread_exit (status) 

在这里，pthread_exit 用于显式地退出一个线程。通常情况下，pthread_exit() 函数是在线程完成工作后无需继续存在时被调用。

如果 main() 是在它所创建的线程之前结束，并通过 pthread_exit() 退出，那么其他线程将继续执行。否则，它们将在 main() 结束时自动被终止。

#include <iostream>
// 必须的头文件
#include <pthread.h>
 
using namespace std;
 
#define NUM_THREADS 5
 
// 线程的运行函数
void* say_hello(void* args)
{
    cout << "Hello Runoob！" << endl;
    return 0;
}
 
int main()
{
    // 定义线程的 id 变量，多个变量使用数组
    pthread_t tids[NUM_THREADS];
    for(int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i)
    {
        //参数依次是：创建的线程id，线程参数，调用的函数，传入的函数参数
        int ret = pthread_create(&tids[i], NULL, say_hello, NULL);
        if (ret != 0)
        {
           cout << "pthread_create error: error_code=" << ret << endl;
        }
    }
    //等各个线程退出后，进程才结束，否则进程强制结束了，线程可能还没反应过来；
    pthread_exit(NULL);
}

使用 -lpthread 库编译下面的程序：

$ g++ test.cpp -lpthread -o test.o

现在，执行程序，将产生下列结果：

$ ./test.o
Hello Runoob！
Hello Runoob！
Hello Runoob！
Hello Runoob！
Hello Runoob！

以下简单的实例代码使用 pthread_create() 函数创建了 5 个线程，并接收传入的参数。每个线程打印一个 “Hello Runoob!” 消息，并输出接收的参数，然后调用 pthread_exit() 终止线程。

//文件名：test.cpp
 
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <pthread.h>
 
using namespace std;
 
#define NUM_THREADS     5
 
void *PrintHello(void *threadid)
{  
   // 对传入的参数进行强制类型转换，由无类型指针变为整形数指针，然后再读取
   int tid = *((int*)threadid);
   cout << "Hello Runoob! 线程 ID, " << tid << endl;
   pthread_exit(NULL);
}
 
int main ()
{
   pthread_t threads[NUM_THREADS];
   int indexes[NUM_THREADS];// 用数组来保存i的值
   int rc;
   int i;
   for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){      
      cout << "main() : 创建线程, " << i << endl;
      indexes[i] = i; //先保存i的值
      // 传入的时候必须强制转换为void* 类型，即无类型指针        
      rc = pthread_create(&threads[i], NULL, 
                          PrintHello, (void *)&(indexes[i]));
      if (rc){
         cout << "Error:无法创建线程," << rc << endl;
         exit(-1);
      }
   }
   pthread_exit(NULL);
}

现在编译并执行程序，将产生下列结果：

$ g++ test.cpp -lpthread -o test.o
$ ./test.o
main() : 创建线程, 0
main() : 创建线程, 1
Hello Runoob! 线程 ID, 0
main() : 创建线程, Hello Runoob! 线程 ID, 21

main() : 创建线程, 3
Hello Runoob! 线程 ID, 2
main() : 创建线程, 4
Hello Runoob! 线程 ID, 3
Hello Runoob! 线程 ID, 4

向线程传递参数

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <pthread.h>
 
using namespace std;
 
#define NUM_THREADS     5
 
struct thread_data{
   int  thread_id;
   char *message;
};
 
void *PrintHello(void *threadarg)
{
   struct thread_data *my_data;
 
   my_data = (struct thread_data *) threadarg;
 
   cout << "Thread ID : " << my_data->thread_id ;
   cout << " Message : " << my_data->message << endl;
 
   pthread_exit(NULL);
}
 
int main ()
{
   pthread_t threads[NUM_THREADS];
   struct thread_data td[NUM_THREADS];
   int rc;
   int i;
 
   for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){
      cout <<"main() : creating thread, " << i << endl;
      td[i].thread_id = i;
      td[i].message = (char*)"This is message";
      rc = pthread_create(&threads[i], NULL,
                          PrintHello, (void *)&td[i]);
      if (rc){
         cout << "Error:unable to create thread," << rc << endl;
         exit(-1);
      }
   }
   pthread_exit(NULL);
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

$ g++ -Wno-write-strings test.cpp -lpthread -o test.o
$ ./test.o
main() : creating thread, 0
main() : creating thread, 1
Thread ID : 0 Message : This is message
main() : creating thread, Thread ID : 21
 Message : This is message
main() : creating thread, 3
Thread ID : 2 Message : This is message
main() : creating thread, 4
Thread ID : 3 Message : This is message
Thread ID : 4 Message : This is message

连接和分离线程

可以使用以下两个函数来连接或分离线程：

pthread_join (threadid, status) 
pthread_detach (threadid) 

pthread_join() 子程序阻碍调用程序，直到指定的 threadid 线程终止为止。当创建一个线程时，它的某个属性会定义它是否是可连接的（joinable）或可分离的（detached）。只有创建时定义为可连接的线程才可以被连接。如果线程创建时被定义为可分离的，则它永远也不能被连接。

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
 
using namespace std;
 
#define NUM_THREADS     5
 
void *wait(void *t)
{
   int i;
   long tid;
 
   tid = (long)t;
 
   sleep(1);
   cout << "Sleeping in thread " << endl;
   cout << "Thread with id : " << tid << "  ...exiting " << endl;
   pthread_exit(NULL);
}
 
int main ()
{
   int rc;
   int i;
   pthread_t threads[NUM_THREADS];
   pthread_attr_t attr;
   void *status;
 
   // 初始化并设置线程为可连接的（joinable）
   pthread_attr_init(&attr);
   pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE);
 
   for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){
      cout << "main() : creating thread, " << i << endl;
      rc = pthread_create(&threads[i], NULL, wait, (void *)&i );
      if (rc){
         cout << "Error:unable to create thread," << rc << endl;
         exit(-1);
      }
   }
 
   // 删除属性，并等待其他线程
   pthread_attr_destroy(&attr);
   for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){
      rc = pthread_join(threads[i], &status);
      if (rc){
         cout << "Error:unable to join," << rc << endl;
         exit(-1);
      }
      cout << "Main: completed thread id :" << i ;
      cout << "  exiting with status :" << status << endl;
   }
 
   cout << "Main: program exiting." << endl;
   pthread_exit(NULL);
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

main() : creating thread, 0
main() : creating thread, 1
main() : creating thread, 2
main() : creating thread, 3
main() : creating thread, 4
Sleeping in thread 
Thread with id : 4  ...exiting 
Sleeping in thread 
Thread with id : 3  ...exiting 
Sleeping in thread 
Thread with id : 2  ...exiting 
Sleeping in thread 
Thread with id : 1  ...exiting 
Sleeping in thread 
Thread with id : 0  ...exiting 
Main: completed thread id :0  exiting with status :0
Main: completed thread id :1  exiting with status :0
Main: completed thread id :2  exiting with status :0
Main: completed thread id :3  exiting with status :0
Main: completed thread id :4  exiting with status :0
Main: program exiting.

std::thread

C++ 11 之后添加了新的标准线程库 std::thread，std::thread 在 头文件中声明，因此使用 std::thread 时需要包含 在 <thread> 头文件。

std::thread 默认构造函数，创建一个空的 std::thread 执行对象。

#include<thread>
std::thread thread_object(callable)

一个可调用对象可以是以下三个中的任何一个：

• 函数指针
• 函数对象
• lambda 表达式

定义 callable 后，将其传递给 std::thread 构造函数 thread_object。

// 演示多线程的CPP程序
// 使用三个不同的可调用对象
#include <iostream>
#include <thread>
using namespace std;
  
// 一个虚拟函数
void foo(int Z)
{
    for (int i = 0; i < Z; i++) {
        cout << "线程使用函数指针作为可调用参数\n";
    }
}
  
// 可调用对象
class thread_obj {
public:
    void operator()(int x)
    {
        for (int i = 0; i < x; i++)
            cout << "线程使用函数对象作为可调用参数\n";
    }
};
  
int main()
{
    cout << "线程 1 、2 、3 "
         "独立运行" << endl;
  
    // 函数指针
    thread th1(foo, 3);
  
    // 函数对象
    thread th2(thread_obj(), 3);
  
    // 定义 Lambda 表达式
    auto f = [](int x) {
        for (int i = 0; i < x; i++)
            cout << "线程使用 lambda 表达式作为可调用参数\n";
    };
  
    // 线程通过使用 lambda 表达式作为可调用的参数
    thread th3(f, 3);
  
    // 等待线程完成
    // 等待线程 t1 完成
    th1.join();
  
    // 等待线程 t2 完成
    th2.join();
  
    // 等待线程 t3 完成
    th3.join();
  
    return 0;
}

使用 C++ 11 的编译参数 -std=c++11:

g++ -std=c++11 test.cpp 

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

线程 1 、2 、3 独立运行
线程使用函数指针作为可调用参数
线程使用函数指针作为可调用参数
线程使用函数指针作为可调用参数
线程使用函数对象作为可调用参数
线程使用函数对象作为可调用参数
线程使用函数对象作为可调用参数
线程使用 lambda 表达式作为可调用参数
线程使用 lambda 表达式作为可调用参数
线程使用 lambda 表达式作为可调用参数