C++ Primer Plus学习（一）

C++初学

本文将是自己学习C++系列博客的开始，该系列以C++ Primer Plus为蓝本进行学习和记录，希望通过博客这个桥梁，展示自己的一些学习的成果。当然，我作为技术小白，肯定博客里会有错，如果各位技术大佬发现了错误，欢迎指正，我一定会及时修正，这样也能更快速的提升自己，让技术传播的更远。加油！！！

最初的概念：计算机程序的任务

计算机程序 要处理两个概念：数据和算法:
1.数据
在C++ Primer Plus中，数据是程序使用和处理的信息,假如我们的程序任务目标是做一个蛋糕，那么数据就是蛋糕的原料：

黄油	500g
鸡蛋	5个
糖	50g
…	…

2. 算法
而 算法 就是程序所使用的方法了。
针对某一个具体的任务，当我们确定使用某个算法之后，程序就按照算法所描述的步骤，以一定顺序使用和处理数据来完成具体的任务目标。还是以做蛋糕来说，做蛋糕的 算法 过程大概是下面这样（有可能步骤的顺序是可以改变的）：

步骤	操作
①	把黄油打成蓬松状态
②	打入鸡蛋继续搅拌
③	加糖继续搅拌
④	烘烤约0.5h
…	…

总结来说：计算机中的 程序 = 数据 + 算法,换做做蛋糕的话，如图1.1

1.1 C++的基础——C语言

C++是C的超集，因此在对C++进行介绍之前，我们先来简单了解一些C的概念。

1.1.1 C的特点

简单来说，C的特点有三个（参考C++ Primer Plus）：过程性编程、结构化编程、自顶向下的程序设计思想

①：C的过程性编程

过程性编程 强调 算法，算法我们已经在上面介绍过了，即程序所使用的方法。在 过程性编程 的概念定义中，对于一个特定的任务，一般包含2个步骤：首先构思程序要使用的操作，然后再通过编程语言来实现这些操作。如下顺序：

因此，C语言作为一种过程性语言一般也按照这样的方式解决复杂的任务。

②：C的结构化编程

早期编程语言如 BASIC 和 FORTRAN等在处理复杂任务时，容易发生分支语句逻辑混乱，当程序规模变大时，程序的可读性和可维护性十分低。因此C语言在设计初衷，希望能缓解这种尴尬。C语言被设计成具备结构化编程的能力。具体来说就是将一些指令（如分支所要执行的指令）限定在行为良好的结构中（PS：这里行为良好还不清楚是什么意思，感觉像是指令的逻辑可以比较明确、逻辑十分清晰的表现出来的意思），使代码的可读性和可维护性大大提升。在C语言中，常见的这类结构就是我们比较熟悉的for循环、while语句、do while 和 if else 语句。

③：C语言自顶向下的编程思想

C语言的设计者希望C语言能比较方便的管理大型的任务。因此，C语言在处理复杂的、大型的任务时，通过将 大任务 分解成 小任务 来实现，小任务 可以继续分解，直到程序被分解成易于管理、编写的模块。而在C语言中，这些小的模块，常常被程序单元（函数）来实现。

C的简单回顾

C语言三特点：

C语言	特点
过程化编程	强调算法
结构化编程	限定某指令为行为良好的结构：for循环、while、if else等
自顶向下设计思想	大任务分解成小的程序单元——函数

1.2 C++特性

C++完全具备C的特点，但同时C++还添加了一些其他的特性。其中很重要的两部分为：面向对象的编程 和 泛化编程。

1.2.1 OOP（面向对象编程）

C++的面向对象的编程方式是希望提高C语言对大型项目的管理能力，它强调的不是算法， 而是 数据 。因此在针对某一任务时，面向对象的编程 首先 试图让语言满足任务的需求，即 先构建与任务本质特性相对应的数据结构。

我们可以通过比较 C语言 和 C++ 在解决某个任务时 先 执行的操作看出端倪：

C	C++
先构思要执行的操作（先构思采用哪种算法）	先构建对应于问题本质的数据

类与对象

类是一种 规范，它定义了新的 数据格式，而 对象 是根据这种规范构建的特定的 数据结构。
类具备一些功能：

1. 定义了对象可以使用的 特征；
2. 定义针对这些特征可执行的操作；

类规定哪些数据来描述对象
假如我们用类来描述某公司的人员特征，我们希望从：姓名、职位、工资、特长等方面来描述一个职工，因此类需要规定这些数据对一个具体的对象进行描述。如下图
类定义对数据进行的操作——类的方法
而针对类内定义的数据执行的操作，表示对数据进行进行的 动作。以一个画图程序为例，假如我们先定义一个矩形的类，要描述矩形类，我们需要规定矩形的坐标、长宽、边的粗细和样式、内部填充颜色和图案等 数据 来进行描述；针对矩形对象可能会有 移动、旋转、改变颜色、复制和剪切 等操作，这些操作通过 类的方法 来实现。

那么，当使用程序绘制矩形时，该程序会根据类定义创建一个对象，这个对象具备描述矩形特征的所有数据，当我们希望对这个矩形对象进行移动、旋转等操作时，就使用类方法来对矩形数据进行修改。

OOP对象编程小总结

编程方式	描述	特点
OOP编程		自底向上
过程化编程		自顶向下

OOP编程的其他特性

其他特性包括：信息隐藏、多态、继承（后面再作介绍）

1.2.2 C++与泛型编程

泛型编程（generic programming）：目标与OOP编程一样——都是 使重用代码和抽象通用概念的技术更简单。这么说，OOP编程是一种通用概念的抽象：因为我们定义的是一类对象所具有的共有特点。不同的是：

• 泛型编程 强调 独立于特定数据类型
• OOP是用于管理大型任务的工具，而 泛型编程 提供常见任务（数据的排序和合并链表）的工具。

书中例子解释说，对于C++中有很多数据类型——如整数、小数、字符、字符串、用户定义以及多种数据类型组合的符合结构。常规的数据排序方法，应该针对不同的数据类型分别编写排序的函数，而 泛型编程 只需要编写一个泛型（不是针对特定类型数据的）函数，就能完成各类数据的排序。在C++中，模板提供了完成泛型编程的机制。

C++特性小结

1. C++特性除了下面的几个特性，同时 保留了C的过程性编程
2. OOP编程
   • 强调数据， 构造与问题本质对应的数据结构，让语言满足问题需求
   • 类——一种规范(描述某一类对象的数据；定义对数据的操作)
   • 对象
   • 自底向上
   • 方便管理大型项目的工具
3. 泛型编程
   • 强调独立于特定数据
   • 与OOP一样，方便程序重用和通用概念抽象
   • 提供常见任务（数据排序、合并链表）的工具， 由C++中的模板实现

1.3 C++标准

C++标准是为了保证在不同的操作系统中（如Red Hat或者Windows，书中形象的说Windows和红帽系统像是计算机语言的两个“方言"），C++的程序能运行获得相同的结果而设定的,分别有下面这几个：

1. 1998年，C++98——对C++语言进行了扩展，添加了模板、标准模板库（STL）、异常、运行阶段类型识别（RTTI）等；
2. 2003年， C++03——没有改变语言特性，做了一些修订；
3. 2011年， C++11，也被称为C++0X（本书讲的好像不多）
4. 现在应该还有更新的，这里先不做介绍

1.4 C++程序创建过程

1. 编写源代码——文本编辑器，按照C++的代码规范编写程序
2. 编译源代码——编译器（翻译官）将C++的源代码翻译成机器语言。这么做是因为C++是一种高级语言，它更加符合人的语言行为，但是在计算机中所有的数据、指令都是以二进制形式存在的，即一大串0或1的二进制数的组合。我反正是不会用0或者1的二进制数字编写代码。因此对于我们习惯使用的C++等高级语言，需要用编译器翻译成计算机能立马明白的机器语言；编译如果没有发生错误，会获得 目标代码
   3.链接目标代码和其他代码——其他代码包括 库代码 和 启动代码，链接获得 可执行代码
   

1.4.1 创建源代码

可以通过不同的方式创建源代码

1. 集成开发环境（IDE）
   可完成源代码编辑、编译、链接全部操作
2. 对于UNIX和Linux的 GUN C++，由于其只能进行编译和链接，因此需要专门的文本编辑软件编辑源代码，在Linux上可以使用 vi

源文件命名

源文件需要后缀正确的后缀名，在不同的操作平台上，C++的源文件的后缀名会有一些区别：

不同操作平台下的编译与链接

• UNIX系统的编译、链接
  UNIX系统使用CC指令来对源代码文件进行编译，如果我们假设源代码文件为：spiffy.C（使用“.C“后缀与UNXI系统下c语言的源代码文件后缀“.c”区别）
• 编译：CC spiffy.C
  CC spiffy.C 这一指令会spiffy.C进行编译，对如果编译没有发生错误，CC spiffy.C指令将获得名为spiffy.o的目标文件
• 链接
  然后，编译器自动将目标文件传递给系统的 链接程序，链接程序会将目标文件与库文件和启动文件进行链接，默认生成a.out 可执行文件。如果只编译一个源代码文件，中间过程的目标文件将被删除（因为没有用了），因此上面的 CC spiffy.C生成可执行文件 a.out 后，将删除spiffy.o文件（但是，当一次编译多个源代码文件时，将不会删除目标文件）。
  • 对于多个源代码文件，如果修改了某个源文件，如修改了my.C文件，需要用下面的指令重新编译：
    CC my.C precious.o

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• Linux系统下的编译链接
  Linux操作系统下使用 g++编译器 编译原代码文件，其来自于 Free software Foundation 的 GNU C++编译器，我们现在更常见的是 GCC。 g++的编译连接过程与标准的UNIX编译器CC很像。

• 编译和链接
  g++编译指令：g++ spiffy.cxx.
  有些版本可能要求链接C++库：g++ spiffy.cxx -lg++；
  编译多个文件： g++ my.cxx precious.cxx
  将产生a.out的可执行文件和两个目标代码文件my.o和precious.o。
  如果编译后，修改了my.cxx源文件，同样需要重新编译：g++ my.cxx precious.o

• Windows操作系统下的项目创建过程：

• Windows下支持很多种编译方式，g++的编译同样支持。但比较常见的是使用一些IDE，如Microfoft Visual C++系列，VSCode应该也可以。

• 值得注意的

  • C++ Primer Plus书中推荐创建项目时，寻找IDE的“控制台”、“字符模式”、“DOS可执行文件”=

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• IDE的一些选项的含义：

  • compiler：编译当前打开的源代码文件
  • Make和Build：编译项目中所有源代码文件，当某个文件被修改时，只有被修改的文件会被重新编译
  • Buile ALL：重新编译所有源代码文件
  • Link：将编译获得的目标代码文件文件与所需的库代码组合
  • Run或者Execute：运行程序，如果没有执行 编译和链接，Run会自行执行编译链接
  • Debug：步进方式运行程序。

• 其他注意事项：

  • 编译可能出现的问题：
    • 违反语言规则，编译将发生错误，同时IDE会指出出现错误的行，但是具体的错误会出现不同错误信息，有时，错误在所指行之前；有时一个错误会发生一连串错误信息。
      需要注意的是：改正错误应当从第一个错误开始。并且如果所指行找不到错误，就查看前一行，直到找到错误。
    • 编译器不完全的构建程序——出现混乱，显示无法改正的、无意义的错误信息。有时候可以通过Build ALL来解决。

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  • IDE的辅助窗口：
    

C++初学知识总结

C++特性

C++标准：C++98、C++03、C++11等
C++的程序创建过程：编译（编译器：CC、g++、IDE）→目标代码文件、链接（链接程序、 库代码+启动代码）→可执行文件
C++编译或重新编译多个源代码文件：

• CC my.C precious.C
• g++ my.cxx precious.cxx
• CC my.C precious.o
• g++ my.cxx precious.o
  编译问题：语言特性错误、程序构建不全（Build All可以尝试解决，但有时候不灵）