简介：本书是一本初学者向的编程教程，旨在通过21天的学习周期，让读者掌握Microsoft的Visual C++编程环境及C++语言基础。教程以实践为主，分步骤介绍C++的基础语法、函数、面向对象编程、MFC框架、Windows编程、调试与错误处理、DLL等，同时包含小项目实践和高级主题探讨，确保读者能够将所学应用于实际编程，并为未来软件开发打下坚实基础。
1. Visual C++集成开发环境介绍
Visual C++是微软公司推出的一款功能强大的集成开发环境（IDE），它支持C和C++语言的开发，广泛应用于Windows平台的桌面应用程序、控制台应用程序以及驱动程序开发。Visual C++为开发者提供了丰富的工具和库，包括MFC（Microsoft Foundation Classes）、ATL（Active Template Library）等，这些工具和库使得开发效率大为提高。
在本章中，我们将介绍Visual C++集成开发环境的基础知识，包括界面布局、项目管理、编译和调试工具等。我们还将探讨如何通过Visual C++设置项目属性，以确保编译器和链接器的正确配置。对于新接触Visual C++的开发者来说，本章将作为入门指南，帮助他们快速了解并掌握Visual C++的使用。
1.1 Visual C++界面布局
Visual C++的界面布局直观易用，主要分为以下几个区域：
- 菜单栏 ：包含了IDE所有功能的入口，如文件操作、编辑、视图、项目等。
- 工具栏 ：提供了快速访问常用命令的图标按钮，可以自定义。
- 编辑区 ：代码编辑、设计视图等工作的主要区域。
- 解决方案资源管理器 ：展示项目结构、文件列表和资源。
- 属性窗口 ：查看和修改选中项目的属性。
- 输出窗口 ：编译、调试和运行信息的输出区域。
1.2 项目管理与编译调试
1.2.1 创建和管理项目
在Visual C++中创建新项目时，可以通过向导选择不同的项目类型，例如Win32项目、MFC项目等。项目创建后，解决方案资源管理器会显示项目结构，开发者可以在其中添加、删除文件和文件夹。通过项目属性，可以设置编译器选项、链接器选项、调试配置等，以满足不同的开发需求。
1.2.2 编译和调试
编译是将源代码转换为可执行文件的过程。在Visual C++中，开发者可以使用快捷键或工具栏按钮来编译整个项目或单独的文件。编译完成后，输出窗口将显示编译结果，包括错误和警告信息。
调试是开发过程中的关键步骤，Visual C++提供了强大的调试工具，包括断点、单步执行、变量监视和内存查看等。通过这些工具，开发者可以逐步执行代码，检查程序运行时的状态，快速定位和解决问题。
小结
本章介绍了Visual C++的集成开发环境，包括界面布局和项目管理的基础知识，以及编译和调试的基本操作。掌握了这些内容，开发者将能够更加高效地使用Visual C++进行软件开发。接下来的章节，我们将深入探讨C++的基础语法和面向对象编程的核心概念。
2. C++基础语法和结构
在上一章中，我们已经了解到Visual C++集成开发环境的基础知识，包括如何创建项目和一些基本设置。接下来，我们将深入学习C++语言的基础语法和结构，掌握这门语言的基本构成元素，为编写更复杂的程序打下坚实的基础。
2.1 C++基本数据类型与表达式
2.1.1 标识符、关键字与数据类型
C++中的标识符是用来命名变量、函数、类、对象等用户定义项目的符号，而关键字是保留给语言本身使用具有特殊含义的标识符。标识符的命名规则简单，但要遵循一些基本约定，比如不能以数字开头，不能包含空格和特殊字符，且对大小写敏感。
数据类型在C++中是用于定义变量的种类和大小，决定了可以对变量执行的操作和分配的内存大小。基本数据类型包括整型、浮点型、字符型和布尔型。
// 示例代码
int integerVar = 10; // 整型变量
double floatVar = 3.14; // 浮点型变量
char charVar = 'A'; // 字符型变量
bool boolVar = true; // 布尔型变量
2.1.2 运算符、表达式与类型转换
C++语言提供了丰富的运算符，包括算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、位运算符、赋值运算符等。通过它们可以组合出表达式，完成各种计算任务。
类型转换是C++中的一个重要概念，它允许在不同的数据类型之间进行转换。C++提供了隐式类型转换和显式类型转换两种机制。
// 示例代码
int sum = 5 + 10; // 算术运算符
bool isGreater = (sum > 10); // 关系运算符
float result = sum; // 隐式类型转换为浮点型
int convertedResult = (int)result; // 显式类型转换回整型
2.2 C++控制结构
2.2.1 选择结构（if、switch）
选择结构允许程序在多种执行路径中进行选择。在C++中，最常见的选择结构是 if 语句和 switch 语句。 if 语句可以单独使用，也可以与 else 结合使用，用于两个或者多个条件的判断。 switch 语句通常用于基于单个变量的多路分支。
// 示例代码
int number = 2;
if (number == 1) {
// 当number等于1时执行
} else if (number == 2) {
// 当number等于2时执行
} else {
// 当number不等于1或2时执行
}
switch (number) {
case 1:
// 当number等于1时执行
break;
case 2:
// 当number等于2时执行
break;
default:
// 当number不等于1或2时执行
break;
}
2.2.2 循环结构（for、while、do-while）
循环结构是让程序能够重复执行代码块的控制结构。C++提供了三种基本的循环结构： for 循环、 while 循环和 do-while 循环。 for 循环通常用于重复次数已知的情况， while 和 do-while 循环用于执行次数未知但有明确结束条件的循环。
// 示例代码
for (int i = 0; i < 5; i++) {
// 执行5次循环体
}
int count = 0;
while (count < 5) {
// 当count小于5时，持续执行循环体
count++;
}
do {
// 至少执行一次循环体，之后条件满足时继续执行
} while (count < 5);
2.3 函数的声明与定义
2.3.1 函数原型与参数传递
函数是完成特定任务的代码块，它们可以提高代码的复用性和模块化。在C++中，函数的声明（原型）必须在调用函数之前进行，告诉编译器函数的名称、返回类型和参数列表。参数传递可以是值传递、引用传递和指针传递。
// 示例代码
// 函数声明
int add(int a, int b); // 值传递
void swap(int& a, int& b); // 引用传递
// 函数定义
int add(int a, int b) {
return a + b;
}
void swap(int& a, int& b) {
int temp = a;
a = b;
b = temp;
}
2.3.2 函数重载与默认参数
C++支持函数重载，即在同一个作用域中可以声明几个功能类似的同名函数，但是它们的参数类型、个数或顺序至少有一个不同。此外，C++允许为函数参数提供默认值，这在调用函数时提供了方便。
// 示例代码
// 函数重载
int max(int a, int b);
double max(double a, double b);
// 函数默认参数
void printMessage(const std::string& message = "Hello World!");
// 使用默认参数
printMessage(); // 输出 "Hello World!"
printMessage("Hello C++!"); // 输出 "Hello C++!"
在本章节中，我们详细介绍了C++的基础语法和结构，包括基本数据类型与表达式、控制结构和函数。这些是构成任何C++程序的基石，理解并掌握它们对于任何想精通C++的开发者来说至关重要。接下来的章节我们将进一步深入到面向对象编程的核心概念。
3. 面向对象编程核心概念
3.1 类和对象
3.1.1 类的定义与对象的创建
在C++中，类是一种用户自定义的数据类型，它允许将数据和操作这些数据的方法捆绑在一起。类的定义提供了创建对象的蓝图，而对象是类的实例。创建对象时，会在内存中为对象分配空间，以存放类的属性和方法。
class Rectangle {
// 类成员
private:
double length;
double breadth;
public:
// 构造函数
Rectangle(double l = 1.0, double b = 1.0) : length(l), breadth(b) {}
// 成员函数
double area() { return length * breadth; }
};
在上述代码中， Rectangle 类定义了两个私有属性 length 和 breadth ，分别代表矩形的长度和宽度。通过构造函数 Rectangle(double l = 1.0, double b = 1.0) ，可以创建具有默认长度和宽度的对象。 area 成员函数用于计算矩形的面积。
为了创建一个 Rectangle 对象并调用它的方法，可以使用如下代码：
int main() {
Rectangle rect(4.0, 5.0);
double area = rect.area();
std::cout << "Area of rectangle: " << area << std::endl;
return 0;
}
这段代码创建了一个长度为4.0、宽度为5.0的 Rectangle 对象，并计算其面积。输出将显示“Area of rectangle: 20”。
3.1.2 构造函数与析构函数
构造函数是一种特殊的成员函数，当创建类的对象时会自动调用。它用于初始化对象的状态，或者分配动态内存，为对象的数据成员赋初值。析构函数是一种特殊的成员函数，当对象生命周期结束时被调用，用于执行清理工作，如释放分配的内存。
class Rectangle {
private:
double length;
double breadth;
public:
// 默认构造函数
Rectangle() : length(0), breadth(0) {}
// 带参数的构造函数
Rectangle(double l, double b) : length(l), breadth(b) {}
// 析构函数
~Rectangle() {
std::cout << "Destroying Rectangle" << std::endl;
}
double area() { return length * breadth; }
};
在上述例子中， Rectangle 类具有两个构造函数：一个默认构造函数用于创建一个默认大小的矩形，另一个带参数的构造函数用于创建指定大小的矩形。析构函数 ~Rectangle() 会在对象生命周期结束时被调用。
当创建了 Rectangle 对象，然后结束其生命周期时，例如在 main 函数的末尾，析构函数将输出“Destroying Rectangle”并执行清理操作。
通过构造函数和析构函数的合理使用，可以确保对象的正确初始化和资源的正确释放，避免内存泄漏和其他资源管理问题。
4. MFC框架应用
4.1 MFC程序的基本结构
4.1.1 MFC应用程序向导的使用
Microsoft Foundation Class (MFC) 库为创建Windows应用程序提供了一个对象导向的框架。MFC应用程序向导是一个强大的工具，它帮助开发者快速搭建起应用程序的基础结构。在Visual Studio中，创建MFC应用程序的第一步就是使用应用程序向导。
当启动应用程序向导后，开发者可以根据项目的具体需求选择不同的应用程序类型，如单文档界面(SDI)、多文档界面(MDI)或对话框为基础的应用程序。之后，向导将自动生成代码框架，包括初始化应用程序类和窗口类、消息映射以及资源文件。
使用应用程序向导的步骤包括： 1. 打开Visual Studio并创建一个新的项目。 2. 在项目类型选择窗口中，选择“MFC”作为项目类型。 3. 输入项目名称和位置，然后点击“下一步”。 4. 在向导的“应用程序类型”页面中，选择适合的应用程序类型，例如SDI或MDI。 5. 根据需要配置额外的选项，如是否使用Unicode。 6. 完成向导剩余步骤，生成项目。
通过MFC应用程序向导，开发者能够获得一个具备基本功能的项目框架，如菜单、工具栏以及状态栏等，大大减少了从零开始编码的工作量。
4.1.2 消息映射机制详解
MFC应用程序核心机制之一是消息映射。消息映射是用于响应Windows消息的机制。当应用程序接收到Windows消息时，MFC会将这些消息转换为成员函数调用。
消息映射通过宏实现，这些宏定义在消息处理函数中。消息处理函数通常是在派生于CWinApp、CFrameWnd、CMDIChildWnd等基类的类中重写的虚函数。例如，一个用于处理窗口绘制消息的函数可以写成这样：
BEGIN_MESSAGE_MAP(CMyApp, CWinApp)
//{{AFX_MSG_MAP(CMyApp)
ON_COMMAND(ID_FILE_NEW, CWinApp::OnFileNew)
//}}AFX_MSG_MAP
// 自定义消息映射在此处添加
END_MESSAGE_MAP()
在上面的代码中， BEGIN_MESSAGE_MAP 和 END_MESSAGE_MAP 宏用于定义消息映射的边界。 ON_COMMAND 宏则将一个Windows命令消息映射到了处理该消息的函数。 ID_FILE_NEW 是该消息的标识符。
消息映射处理的流程通常如下： 1. 当消息到达时，MFC框架首先检查是否有与消息相关的消息映射。 2. 如果找到对应的映射，框架会调用指定的处理函数。 3. 处理函数完成其任务，比如在屏幕上绘制内容、处理用户输入等。 4. 最后，函数返回，框架继续等待下一个消息。
消息映射机制的优势在于它通过封装消息处理逻辑，使得应用程序能够以面向对象的方式响应用户操作，同时保持了代码的清晰和组织性。
4.2 MFC文档/视图架构
4.2.1 文档类与视图类的关联
在MFC中，文档/视图架构是一种用于分离应用程序中数据和数据显示的架构。文档类( CDocument 派生类)负责存储数据，而视图类( CView 派生类)则负责将数据可视化地展示给用户。
文档类通常包含应用程序的数据和对数据的操作，比如读取和保存数据，而视图类则关注如何在屏幕或其他输出设备上展示数据。这种分离使得数据表示的改变不需要修改数据结构，反之亦然。
文档类与视图类之间的关联是通过MFC的视图管理器实现的。每当你打开或创建一个新的视图时，视图管理器会负责将视图与相应的文档关联起来。
文档和视图的关联通常在应用程序启动时建立： 1. 应用程序启动后，创建一个文档对象。 2. 创建视图时，视图对象会接收一个指向文档对象的指针。 3. 视图对象使用该指针访问文档对象中的数据，并将其显示出来。
这种结构的好处在于，你可以在一个文档上打开多个视图，每个视图可以显示数据的不同方面或不同的数据组织形式，而文档的改变会自动反映在所有的视图中。
4.2.2 SDI与MDI程序设计
MFC支持两种主要的程序设计模式：单文档界面(SDI)和多文档界面(MDI)。
SDI应用程序中，每个文档和其视图在独立的窗口中显示。SDI模式适合那些经常处理单个文件或用户希望在不同的窗口中查看不同文档的应用程序。
MDI应用程序则在一个主窗口中创建多个子窗口，每个子窗口可以打开不同的文档。MDI允许用户在一个应用程序窗口内打开和管理多个文档，提高了应用程序的组织性和用户操作的方便性。
在设计SDI或MDI程序时，开发者需要考虑以下几点： 1. 确定应用程序是适合SDI还是MDI。 2. 设计合适的用户界面来管理文档的打开、关闭和切换。 3. 实现文档与视图的关联逻辑，确保数据能够正确显示。
无论选择哪种设计，MFC都提供了丰富的类和方法，使得实现文档/视图架构变得简单高效。通过合理利用MFC提供的功能，开发者可以更加专注于应用逻辑的实现，而不是底层的细节处理。
4.3 MFC控件使用与扩展
4.3.1 常用MFC控件的使用
MFC提供了一组丰富的控件，可用于创建各种用户界面元素。开发者可以直接使用这些控件来构建按钮、列表框、编辑框等界面元素，并通过消息映射机制处理用户的交互。
在MFC中使用控件的基本步骤包括： 1. 在资源编辑器中创建控件，并为其设置标识符。 2. 使用控件的标识符在对话框类中访问控件。 3. 为控件关联消息处理函数以响应用户的操作。
例如，一个按钮控件通常与 BN_CLICKED 消息关联，表示按钮被点击。以下是一个按钮点击消息映射的示例代码：
ON_BN_CLICKED(IDC_MY_BUTTON, &CMyDialog::OnBnClickedMyButton)
在上面的代码中， IDC_MY_BUTTON 是按钮控件的资源标识符， OnBnClickedMyButton 是响应按钮点击的成员函数。
4.3.2 自定义控件开发
虽然MFC提供了大量的标准控件，但有时为了满足特定的需求，开发者可能需要创建自定义控件。自定义控件是在标准控件基础上增加新的功能或外观，以提供特定的用户界面效果。
创建自定义控件的步骤大致如下： 1. 继承一个现有的MFC控件类，例如 CButton 或 CListBox 。 2. 重写控件的消息处理函数，以增加自定义行为。 3. 在资源编辑器中使用该自定义控件类创建控件实例。
自定义控件可以提供给其他开发者使用，或者在大型项目中用于保持用户界面的一致性。
例如，创建一个自定义按钮控件的代码可能像这样：
class CMyButton : public CButton
{
public:
virtual void PreSubclassWindow() override
{
CButton::PreSubclassWindow();
ModifyStyle(0, BS_OWNERDRAW);
}
afx_msg void OnDrawItem(LPDRAWITEMSTRUCT lpDrawItemStruct);
DECLARE_MESSAGE_MAP()
};
BEGIN_MESSAGE_MAP(CMyButton, CButton)
ON_WM_DRAWITEM()
END_MESSAGE_MAP()
void CMyButton::OnDrawItem(LPDRAWITEMSTRUCT lpDrawItemStruct)
{
// 自定义绘制按钮的逻辑
}
在上述代码中， CMyButton 继承自 CButton 并重写了 PreSubclassWindow 函数以设置按钮的样式。通过处理 WM_DRAWITEM 消息，可以实现按钮的自定义绘制逻辑。
通过这种自定义控件的开发方法，MFC使得开发者能够创造出丰富多样、功能强大的用户界面元素，以满足复杂应用的需求。
5. Windows编程基础和技巧
5.1 Windows消息处理机制
Windows操作系统的核心之一是它的消息处理机制，它是基于事件驱动的编程模式。理解消息队列和消息循环是深入Windows编程的基础。
5.1.1 消息队列与消息循环
在Windows程序中，消息队列是一个存储消息的系统级队列，它按照先进先出的原则工作。每个运行的应用程序都有一个消息队列。系统和其他程序发送的消息被放入这个队列中，由应用程序来检索和处理。
消息循环是应用程序处理消息队列中的消息的一种机制。通常，在一个Windows应用程序的主函数中，你可以看到如下的消息循环代码：
MSG msg;
while (GetMessage(&msg, NULL, 0, 0))
{
TranslateMessage(&msg);
DispatchMessage(&msg);
}
这段代码负责不断从消息队列中取出消息，并根据消息类型分配给相应的窗口处理。
5.1.2 窗口过程函数的设计
窗口过程函数（Window Procedure）是处理特定窗口消息的函数。每个窗口类都有一个与之关联的窗口过程函数，它由系统在接收到特定消息时调用。
窗口过程函数通常具有如下形式的声明：
LRESULT CALLBACK WindowProc(HWND hwnd, UINT uMsg, WPARAM wParam, LPARAM lParam);
其中， hwnd 是窗口的句柄， uMsg 是消息标识符， wParam 和 lParam 是伴随消息的参数。通过这个函数，程序员可以处理各种消息，如绘图、按键、鼠标事件等。
5.2 GDI与绘图技术
GDI（图形设备接口）提供了一种在屏幕或打印机上绘制图形的方式。GDI对象负责保存图形的绘制信息，而实际的绘图工作则由图形设备完成。
5.2.1 GDI对象与图形绘制
GDI对象包括画笔（Pen）、画刷（Brush）、字体（Font）、位图（Bitmap）和调色板（Palette）等。下面是一个使用GDI画笔和画刷绘制矩形的示例代码：
HBRUSH hBrush = CreateSolidBrush(RGB(255, 0, 0)); // 创建红色画刷
HBRUSH hOldBrush = (HBRUSH)SelectObject(hdc, hBrush); // 选择画刷到设备上下文
Rectangle(hdc, 10, 10, 100, 100); // 绘制矩形
SelectObject(hdc, hOldBrush); // 恢复旧画刷
DeleteObject(hBrush); // 删除画刷对象
在这个例子中，我们首先创建了一个红色的实心画刷，然后选择它到设备上下文（ hdc ），执行绘制操作后，将其恢复到原来的状态，并删除创建的画刷。
5.2.2 字体、位图与图像处理
在GDI中，字体对象定义了文本的外观，而位图和图像处理则涉及到像素级别的操作。下面是一个创建字体并在设备上下文中选择它的示例：
HFONT hFont = CreateFont(16, // 字体高度
0, // 字体宽度
0, // 字体角度
0, // 字体斜度
FW_NORMAL, // 字体权重
FALSE, // 是否倾斜
FALSE, // 是否使用下划线
FALSE, // 是否使用删除线
DEFAULT_CHARSET, // 字符集
OUT_DEFAULT_PRECIS, // 输出精度
CLIP_DEFAULT_PRECIS, // 剪切精度
DEFAULT_QUALITY, // 输出质量
DEFAULT_PITCH, // 字间距
TEXT("Arial")); // 字体名
SelectObject(hdc, hFont); // 选择字体到设备上下文
DeleteObject(hFont); // 删除字体对象
创建字体后，我们同样将其选择到设备上下文中进行使用，并在使用完毕后删除。
5.3 Windows API深入应用
Windows API是提供给开发者的一系列函数、宏、数据类型和数据结构的集合，用于在Windows平台上进行系统级编程。
5.3.1 系统级API调用
系统级API调用使得开发者可以执行如文件操作、进程管理、线程控制等高级操作。例如，创建一个新线程的基本步骤包括：
DWORD WINAPI ThreadFunc(LPVOID lpParam)
{
// 线程函数代码
return 0;
}
HANDLE hThread = CreateThread(
NULL, // 默认安全属性
0, // 默认堆栈大小
ThreadFunc, // 线程函数
NULL, // 传递给线程函数的参数
0, // 默认创建标志，立即运行
NULL); // 返回线程ID
WaitForSingleObject(hThread, INFINITE); // 等待线程结束
CloseHandle(hThread); // 关闭句柄
在这个代码示例中， CreateThread 函数用于创建线程， WaitForSingleObject 用于等待线程执行完成，最后通过 CloseHandle 关闭线程句柄以释放资源。
5.3.2 高级特性如多线程与同步
在多线程编程中，线程同步是一个重要的概念，它防止多个线程同时访问共享资源而发生冲突。Windows提供了一系列同步对象，如互斥量（Mutexes）、信号量（Semaphores）、事件（Events）等。下面是一个使用事件对象进行线程同步的例子：
HANDLE hEvent = CreateEvent(NULL, FALSE, FALSE, NULL); // 创建一个未自动重置的事件
ResetEvent(hEvent); // 将事件设置为未触发状态
// ...
SetEvent(hEvent); // 触发事件，使其他线程等待的线程可以继续执行
// ...
WaitForSingleObject(hEvent, INFINITE); // 等待事件被触发
CloseHandle(hEvent); // 关闭事件句柄
在这个代码段中，我们创建了一个事件对象，使用 ResetEvent 来重置事件， SetEvent 来触发事件， WaitForSingleObject 来等待事件触发。最后，不要忘记关闭事件句柄以避免资源泄漏。
简介：本书是一本初学者向的编程教程，旨在通过21天的学习周期，让读者掌握Microsoft的Visual C++编程环境及C++语言基础。教程以实践为主，分步骤介绍C++的基础语法、函数、面向对象编程、MFC框架、Windows编程、调试与错误处理、DLL等，同时包含小项目实践和高级主题探讨，确保读者能够将所学应用于实际编程，并为未来软件开发打下坚实基础。
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