C++程序设计——知识点总结

C++程序设计课程的总结，方便以后快速查阅和复习

Week 2 从C走进C++

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函数指针

函数名是函数的入口地址，指向函数的指针称为“函数指针”。

比如，qsort库函数:

void qsort(void *base, int nelem, unsigned int width,
    int ( * pfCompare)( const void *, const void *)); 

其中的第四个参数，就是一个函数指针，pfCompare：比较函数的地址。

命令行参数

int main(int argc, char *argv[]){
    ...
}

argc：命令行参数的个数
argv：指针数组，argv[0]指向第一个命令行参数，argv[1]指向第二个命令行参数...

位运算

&	│	^	~	<<	>>
按位与	按位或	按位异或	按位非	左移	右移

异或运算实现a,b值交换：

a = a ^ b;
b = b ^ a;
a = a ^ b; 

引用

变量的引用，等价于这个变量，相当于一个别名：

int n = 4;
int &r = n;

const关键字和常量

在定义前加上const关键字，就代表这是个常量（常量，常量指针，常引用），不可变的东西。

const int *p = &n; //常量指针

动态内存分配

用new分配内存，delete释放内存

分配变量：

int * p = new int;
* p = 5;
delete p;

分配数组：

int * p = new int[20];
p[0] = 1;
delete [ ] p;

内联函数，函数重载，缺省参数

• 内联函数：函数的定义前加关键字inline。

• 函数重载：名字相同，参数个数或类型不同。

• 缺省参数：定义函数时，让最右边的几个参数有缺省值，这样在调用的时候相应位置可以不写参数。

  void func( int x1, int x2 = 2, int x3 = 3) { }

类的可访问范围

关键字：private，public，protected，缺省为私有成员

Week 3 类和对象

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内联成员函数和重载成员函数

• 内联成员函数：inline + 成员函数，在类定义内部
• 成员函数的重载和参数缺省，使用缺省参数时注意避免有函数重载时的二义性

构造函数

• 成员函数的一种，名字与类名相同，可以有参数，不能有返回值
• 用来对对象进行初始化
• 若没有自定义，则默认生成无参构造函数

复制构造函数

用来复制的构造函数，这样一个参数：同类对象的引用

Complex( const Complex & c ) {...} //可以没有const

• 编译器会自动生成复制构造函数用于复制
• 若自定义了，则默认的复制构造函数不存在
• 复制构造函数起作用的三种情况：
  1. 用一个对象初始化同类的另一个对象
  2. 一个包含类A为参数的函数被调用时
  3. 函数的返回值是对象，函数返回时

类型转换构造函数

和类型转换函数不是一个名词的样子，这个类型转换构造函数，其实就是一个构造函数而已，但是像具有类型转换的功能，把其他的东西转换为本类，比如：

Complex(int i){
    real = i; imag = 0;
}

析构函数

• 名字与类名相同，在前面加 ~，没有参数和返回值，比如：~String();
• 一个类最多只有一个析构函数
• 对象消亡时自动调用
• 若自定义了，则不生成缺省析构函数
• delete运算可导致析构函数调用，比如：delete pTest; delete [] pTest;

静态成员变量和静态成员函数

• 在成员变量或成员函数的前面加关键字static
• 普通成员变量每个对象各自有各自的，而静态成员变量一共就一份，大家共享，所以没有对象也能访问，想个全局变量似的
• 静态成员函数中，不能访问非静态的东西

成员对象和封闭类

• 成员对象：类的成员变量是另一个类的对象
• 封闭类：包含成员对象的类

封闭类里包含了其他的类的对象，所以生成封闭类对象时，应该也要知道里边的对象该怎么初始化

在定义封闭类的构造函数时，添加初始化列表：

CMyClass::CMyClass(int x, int y) : m_y(y), m_x(m_y){...}

调用顺序：

• 对象生成时
  1. 成员对象的构造函数
  2. 封闭类的构造函数
• 成员对象的构造函数调用顺序
  • 和成员对象在类中的说明顺序一致
  • 与初始化列表无关
• 对象消亡时
  1. 封闭类的析构函数
  2. 成员对象的析构函数
• 析构与构造调用顺序相反

友元

• 友元函数：在一个类里边，用friend加到前面来声明一个函数（这个函数可以是另一个类的成员函数），这个函数就是该类的友元函数，可以访问该类的私有成员

  class A { friend void B::function(); };

• 友元类：声明一个类是本类的友元，那么那个类的成员函数都可以访问本类的私有成员

  class A { friend class B; };

this指针

指向成员函数当前所作用的对象

静态成员函数不能使用this指针，因为静态成员函数并不具体作用于某个对象

常量对象、常量成员函数和常引用

• 常量对象：不希望这个对象被修改，在前面加const关键字

  const Demo Obj;

• 常量成员函数：在成员函数说明后面加const关键字，它不能修改其所作用的对象，所以它不能修改成员变量的值。也不能调用同类的非常量成员函数（静态成员变量和静态成员函数除外，因为静态的东西不算某个对象所自有）
  （有const的和没const的函数，其他一样，算重载）

  void Sample::Get Value() const

• 常引用：不能通过常引用修改其引用的变量，在前面加const关键字

  void Printf Obj( const Sample & o)
  函数的参数需要传递对象的时候，直接传递对象需要调用复制构造函数，效率低，所有可以用引用（或指针），但是这样有危险（函数有可能一不小心对引用的对象进行修改），所以呢就加一个const，这样的话一旦想修改就会编译错误了

Week 4 运算符重载

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运算符重载的基本概念

• C++预定义了一些运算符，用于基本数据类型的运算
• 对运算符进行重载，让自定义的类也能使用运算符，比较方便，运算符本质上就是函数
• 运算符可以被重载为普通函数，也能重载为类的成员函数

  • 重载为普通函数

      Complex operator+ (const Complex & a, const Complex & b) {
          return Complex( a.real+b.real, a.imaginary+b.imaginary); 
      }
    

    这时，仅仅是对 '+' 这个运算符的功能进行了扩充，参数个数还是本身的运算符目数

  • 重载为成员函数

      Complex Complex::operator+(const Complex & operand2) {
          return Complex( real + operand2.real, imaginary + operand2.imaginary ); 
      } // 在类里边还得声明，或者直接在类中定义，这样就是类的成员函数了
    

    这时，参数个数为本身的运算符目数减一，因为现在执行这个成员函数的对象本身不需要放在参数里面了

赋值运算符的重载

• 赋值运算符“=”只能重载为成员函数
• 对“=”进行重载，就能自定义把一个类型的对象直接赋值给另一个类型的对象

比如：
将一个字符串复制给另一个字符串，直接使用“=”，算是浅复制（指向字符串的指针之间的复制），我们可以重载“=”实现深复制（指针所指向的字符串内容间的复制）
返回值可以是 String &，这样会比较方便

运算符重载为友元函数

有时，成员函数不能满足使用要求，普通函数又不能访问类的私有成员，这时可以重载为友元

流插入运算符和流提取运算符的重载

cout << 5 << "abc" 这种写法是因为在iostream里对“<<”进行了重载

自增自减运算符的重载

自增自减本来都是一元运算符，重载时为了区分吧，然后前置运算符作为一元运算符重载T operator++();，后置运算符作为二元运算符重载T operator++(int);，仅仅只是表面上多一个参数。

• int可作为一个类型强制转换运算符被重载:

  operator int(){ return n;}，然后就能这些写了：(int) s;等效于s.int()

运算符重载的注意事项

• 不允许定义新的运算符
• 不改变运算符的优先级
• 最好符合日常习惯
• 以下运算符不能被重载： . * :: ?: sizeof
• 运算符()，[]，->， = ，必须声明为类的成员函数

Week 5 继承与派生

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继承与派生

class 派生类名: public 基类名{...};
派生类对象的体积，等于基类对象的体积，再加上派生类对象自己的成员变量的体积。在派生类对象中，包含着基类对象，而且基类对象的存储位置位于派生类对象新增的成员变量之前。

继承关系与复合关系

• 继承：“是”关系
  B是基类A的派生类，则“一个B对象也是一个A对象”
• 复合：“有”关系
  一个对象中的有一个成员变量是另一个类的对象

基类/派生类同名成员与Protected关键字

void derived::access() {
    j = 5;//error（派生类没有变量j）
    i = 5;    //引用的是派生类的 i
    base::i = 5; //引用的是基类的 i
    func();  //派生类的
    base::func(); //基类的 
} 

派生类的成员函数可以访问当前对象的基类的保护成员

派生类的构造函数

FlyBug :: FlyBug (int legs, int color, int wings): Bug(legs, color) {
    n Wings = wings; 
} 

• 派生类对象包含基类对象
• 执行派生类构造函数之前, 先执行基类的构造函数（析构函数相反）
• 除了上面的那个显式方式，还可以是隐式方式（派生类的构造函数中, 省略基类构造函数，自动调用基类的默认构造函数）
• 顺序：基类构造函数( ightarrow)成员对象类的构造函数( ightarrow) ... （析构函数相反）

public继承的赋值兼容规则

如果是public（其他不行）：

1. 派生类对象可以赋值给基类对象b = d;
2. 派生类对象可以初始化基类引用 base &br = d;
3. 派生类对象的地址可以赋值给基类指针base *pb = & d;

Week 6 虚函数与多态

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虚函数和多态

• 虚函数

    class base {
        virtual int get() ; 
    }; 
    int base::get()  //函数声明时加virtual就行
    { }
  

• 多态的表现形式1：
  通过基类指针调用基类与派生类中同名的虚函数时，
  若，指针指向的是基类对象，则调用基类的虚函数
  若，指向的是派生类的对象，则调用派生类虚函数

• 多态的表现形式2：
  用基类引用来实现，和上面的基本一样

• 多态的好处：增强程序的可扩充性

  比如，很多的类都继承于同一个基类，它们有一些类似的操作，需要使用这些类的对象们，如果没有多态，那么代码的每一个语句都需要具体到哪个类，这样需要写很多类似的重复性代码，增加新的类时很不方便，而使用多态的话，不需要在类的代码里明确到底是对那个类对象进行操作，全都使用基类指针或引用，实际使用时让这个指针指向谁就操作谁， 这样就方便多了。

多态实现原理

“多态”的关键在于通过基类指针或引用调用一个虚函数时，编译时不确定到底调用的是基类还是派生类的函数，运行时才确定 —— 这叫“动态联编”。

多态的函数调用语句被编译成一系列根据基类指针所指向的（或基类引用所引用的）对象中存放的“虚函数表”的地址，在虚函数表中查找虚函数地址，并调用虚函数的指令。

虚析构函数

如果不是虚的析构函数，那么使用基类指针删除派生类对象时，只调用基类的析构函数，这样派生类对象实际上还没被删掉。所以我们这样：把基类的析构函数声明为virtual（这时派生类的析构函数就自动也是虚函数了），这时使用基类指针删除派生类对象，会首先调用派生类的析构函数，然后调用 基类的析构函数。

• 如果定义了虚函数，最好将析构函数也定义为虚函数
• 不允许有虚的构造函数

纯虚函数和抽象类

• 纯虚函数：没有函数体的虚函数virtual void Print() = 0;
• 抽象类：包含纯虚函数的类（只能用来派生新类，不能创建对象）
  • 成员函数里可以调用纯虚函数
  • 构造/析构函数里不能调用纯虚函数
  • 实现了所有纯虚函数的派生类才能称为非抽象类

Week 7 文件操作和模板

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文件操作

• ifstream，ofstream，fstream 用于文件操作，统称为文件流类
• 基本流程：打开文件（连接，使用方式）( ightarrow)读写文件( ightarrow)关闭文件
• ofstream out File(“clients.dat”, ios::out|ios::binary); //打开文件out 删除原有内容， app 在尾部添加 binary 以二进制格式
• 或者 ofstream fout; fout.open( “test.out”, ios::out|ios::binary );
• 判断打开是否成功if(!fout) { cerr << “File open error!”<<endl; }
• 读指针/写指针/读写指针，指向哪里就在哪进行读写操作。tellp(); seekp(); seekg(); ...
  fout.write( (const char *)(&x), sizeof(int) );
fin.read( (char *)(&x), sizeof(int) );

函数模板

• 泛型程序设计，算法实现时不指定具体要操作的数据的类型，包括函数模板、类木板

• 比如，交换两个变量的值，编译器会根据调用的情况生成相应数据类型的函数

    template <class T> 
    void Swap(T & x, T & y)  {   
        T tmp = x;   
        x = y;   
        y = tmp; 
    } 
  

• 编译器先找普通函数，再去找模板函数，再找实参自动类型转换后能匹配的普通函数，如何还找不到就报错

类模板

• Pair类模板:

    template <class T1, class T2> 
    class Pair{     
    public:   
        T1 key;    //关键字   
        T2 value;    //值   
        Pair(T1 k,T2 v):key(k),value(v) { };   
        bool operator < (const Pair<T1,T2> & p) const;  
    };
    template<class T1,class T2> 
    bool Pair<T1,T2>::operator<( const Pair<T1, T2> & p) const {
        return key < p.key;   
    } 
  

• Pair类模板的使用

    int main() {    
        Pair<string, int> student("Tom",19);  //实例化出一个类 Pair<string, int>    
        cout << student.key << " " << student.value;     
        return 0;  
    } 
  

• 类模板的实例化得到的类叫模板类

• 类模板的参数声明中可以包括非类型参数：
  template <class T, int elements Number> 非类型参数: 用来说明类模板中的属性

• 类模板与继承：
  类模板派生出类模板，模板类派生出类模板，普通类派生出类模板，模板类派生出普通类

string类

• 初始化
  • string s1("Hello");
  • string s2(8, 'x');
  • string month = "March";
• 可以将字符赋值给string对象s = 'n'
• 长度 s.length()
• 流读取运算符'cin >> string Object;'
• getline(cin, s);
• string的赋值和连接
  • 赋值s2 = s1;
  • 复制s3.assign(s1);
  • 部分复制s3.assign(s1, 1, 3);
  • 单个字符复制s2[5] = s1[3] = 'a';
  • s1.at(i)，会做范围检查
  • 用+连接 s1 += s2;
  • s1.append(s2);
• 比较string
  • 关系运算符== , >, >=, <, <=, !=
  • int f1 = s1.compare(s2);
• 子串 s2 = s1.substr(4,5);
• 交换 s1.swap(s2);
• capacity(); maximum_size(); length(); size(); empty(); resize()
• find(); rfind(); find_first_of(); find_last_of(); find_first_not_of(); find_last_not_of();
• erase(); replace(); insert();
• c_str(); data(); copy();

输入输出

• 类：istream, ostream, ifstream, ofstream, iostream, fstream.
• 标准流对象：cin, cout, cerr, clog
• 输出重定向：
  freopen("test.txt","w",stdout); //将标准输出重定向到 test.txt文件
• 输入重定向：
  freopen(“t.txt”,“r”,stdin); //cin被改为从 t.txt中读取数据
• 判断输入流结束:
  while(cin>>x){...}
• 键盘 Ctrl+Z 代表输入流结束
• getline:
  istream & getline(char * buf, int buf Size);
istream & getline(char * buf, int buf Size,char delim);
if(!cin.getline(…))
• bool eof(); 判断输入流是否结束
• int peek(); 返回下一个字符,但不从流中去掉
• istream & putback(char c); 将字符ch放回输入流
• istream & ignore( int n Count = 1, int delim = EOF ); 从流中删掉最多n Count个字符，遇到EOF时结束

Week 8 标准模板库 STL -1

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概述

• 泛型程序设计：使用模板的程序设计法。
• 容器：类似于类模板
  1. 顺序容器（元素没有按值进行排序）：vector（动态数组），deque（双向队列），list（双向链表）
  2. 关联容器（元素是排序的，平衡二叉树）：set（集合）， multiset（允许相同元素），map（每个元素包含first和second），multimap（允许相同的first）
  3. 容器适配器：stack（栈），queue（队列），priority_queue（优先级队列）
• 迭代器：类似于指针
  vector::const_iterator i; //常量迭代器
  for( i = v.begin();i != v.end();++i )
  cout << * i << ",";
  reverse_iterator（反向迭代器），iterator（非常量迭代器）
  • 容器上的迭代器类别
    • 随机访问：vector，deque
    • 双向：list，set/multiset，map/multimap
    • 不支持迭代器：stack，queue，priority_queue
• 算法： 类似于函数模板
  • find()：p = find(v.begin(),v.end(),3);返回一个迭代器，指向找到的元素，或者last
• 顺序容器和关联容器都有的成员函数：
  begin，end，rbegin，rend，（返回迭代器），erase，clear
• 顺序容器常用成员函数：
  front，back，（返回元素引用），push_back，pop_back，erase
• ”x和y相等“有时等价于”x==y为真“，有时等价于”x小于y和y小于x同时为假“

vector

可变长动态数组，#include <vector>，所有STL算法都支持

• 初始化：

  • vector();
  • vector(int n);
  • vector(int n, const T & val);
  • vector(iterator first, iterator last);

• 常用成员函数

成员函数	作用
void pop_back();	删除容器末尾的元素
void push_back(const T & val);	将val添加到容器末尾
int size();	返回容器中元素的个数
T & font();	返回容器中第一个元素的引用
T & back();	返回容器中最后一个元素的引用

list和deque

• list容器还支持：push_front，pop_front，sort，remove，unique，merge，reverse，splice
• list容器的sort函数（由于list不支持完全随机访问，不能用STL的sort函数）
  list<T> classname classname.sort(compare); classname.sort();
• deque除了所有适用于vector的操作，还有push_front和pop_front

函数对象

若一个类重载了运算符“()”，则该类的对象就成为函数对象
以下模板可以用来生成函数对象：equal_tp，greater，less ...头文件
lst.sort(greater<int>()); //greater<int>()是个对象

Week 9 标准模板库 STL -2

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set和multiset，map和multimap

• set，multiset，map，multimap还支持：find，lower_bouond，upper_bound，equal_range，count，insert
• pair模板：pair模板类的对象包含first和second两个成员变量，map/multimap放着的就是这些
• multiset：
  template<class Key, class Pred = less<Key>, class A = allocator<Key> >
class multiset { …… };
• set：
  template<class Key, class Pred = less<Key>, class A = allocator<Key> >
class set { … }
• multimap：
  template<class Key, class T, class Pred = less<Key>,class A = allocator<T> >
class multimap { …...pedef pair<const Key, T> value_type; …….}; //Key 代表关键字的类型
• map
  template<class Key, class T, class Pred = less<Key>,class A = allocator<T> >
class map { ….typedef pair<const Key, T> value_type; …….};//关键字（first）各不相同
• map的[]成员函数，e.g. pairs[key]

容器适配器

用某种顺序容器来实现，让已有的顺序容器以栈/队列的方式工作，stack，queue，priority_queue

• 三个成员函数
  • push：添加元素
  • top：返回栈顶部或队头元素的引用
  • pop：删除一个元素
• STL的各种排序，查找，变序等算法都不适合容器适配器

STL算法

STL算法大致可以分为一下七类：

1. 不变序列算法：
   不修改，适用于顺序容器和关联容器，O(n)
   min，max，min_element，max_element，for_each，count，count_if，find，find_if，find_end，find_first_of，adjacent_find，search，search_n，equal，mismatch，lexicographical_cpmpare
2. 変值算法：
   会修改，修改的区间不可以是属于关联容器的
   for_each，copy，copy_backward，transform，swap_ranges，fill，fill_n，generate，generate_n，replace，replace_if，replace_copy，replace_copy_if
3. 删除算法：
   删除某些元素，O(n)，删除是指：将删掉的元素看作空位，然后留下的元素前移补上，最后没被补上的空位维持其原来的值不变
   remove，remove_if，remove_copy，remove_copy_if，unique，unique_copy
4. 变序算法：
   改变顺序不改变值，不适用于关联容器，O(n)
   reverse，reverse_copy，rotate，rotate_copy，next_permulation，prev_permulation，random_shuffle，partition
5. 排序算法：
   一般是O(nlog(n))，需要随机访问迭代器，不适用于关联容器和list
   sort，stable_sort，partial_sort，partial_sort_copy，nth_element，make_heap，push_heap，pop_heap，sort_heap
6. 有序区间算法
   要求区间已经排号序，需要随机访问迭代器，不能用于关联容器和list
   binary_search，includes，lower_bound，upper_bound，equal_range，merge，set_union，set_intersection，set_difference，set_symmetric_difference，inplace_merge
7. 数值算法...

• 大多数重载的算法都有两个版本，比如：

  • iterator min_element(iterator first, iterator last);
  • iterator min_element(iterator first, iterator last, Pred op);//表达式op(x, y)的返回值来判断x与y的大小

• bitset：template<size_t N> class bitset{ ...... };比如

  • bitset<40> bst;一个由40位组成的对象

作者：[rubbninja](http://www.cnblogs.com/rubbninja/) 出处：[http://www.cnblogs.com/rubbninja/](http://www.cnblogs.com/rubbninja/) 关于作者：目前主要研究领域为机器学习与无线定位技术，欢迎讨论与指正！