工作后大部分时间使用python开发，C++搁置了一段时间，最近新项目又开始使用C++。正好利用业余时间再加深对基础知识的理解。本文是学堂在线国家精品课程郑莉教授的《C++语言程序设计基础》的简要笔记。
课程地址：《C++语言程序设计基础》
随堂练习代码：

第一章绪论

C++语言

是高级语言
支持面向对象的观点和方法
将客观事物看做对象
对象间通过消息传送进行沟通
支持分类和抽象

面向过程的程序设计方法：

机器语言、汇编语言、高级语言都支持；
最初的目的：用于数学计算；
主要工作：设计求解问题的过程。
大型复杂的软件难以用面向过程的方式编写

面向对象的程序设计方法：

由面向对象的高级语言支持；
一个系统由对象构成；
对象之间通过消息进行通信。

面向对象的基本概念

面向对象的基本概念

对象

一般意义上的对象：现实世界中实际存在的事物。
面向对象方法中的对象：程序中用来描述客观事物的实体。

抽象与分类

分类依据的原则——抽象；
抽象出同一类对象的共同属性和行为形成类；
类与对象是类型与实例的关系。

封装

隐蔽对象的内部细节；
对外形成一个边界；
只保留有限的对外接口；
使用方便、安全性好。

继承

意义在于软件复用；
改造、扩展已有类形成新的类。

多态

同样的消息作用在不同对象上，可以引起不同的行为。

程序的开发过程

程序的开发过程

程序

源程序：
- 用源语言写的，有待翻译的程序；
目标程序：
- 源程序通过翻译程序加工以后生成的机器语言程序；
可执行程序：
- 连接目标程序以及库中的某些文件，生成的一个可执行文件；
- 例如：Windows系统平台上的.EXE文件。

三种不同类型的翻译程序

汇编程序：
- 将汇编语言源程序翻译成目标程序；
编译程序：
- 将高级语言源程序翻译成目标程序；
解释程序：
- 将高级语言源程序翻译成机器指令，边翻译边执行。

C++程序的开发过程

算法与数据结构设计；
源程序编辑；
编译；
连接；
测试；
调试。

计算机中的信息与存储单位

计算机中的信息与存储单位

计算机的基本功能

算术运算；
逻辑运算。

计算机中信息：

控制信息——指挥计算机操作；
数据信息——计算机程序加工的对象。

信息的存储单位

位(bit，b)：数据的最小单位，表示一位二进制信息；
字节(byte，B)：八位二进制数字组成(1 byte = 8 bit)；
千字节 1 KB = 1024 B；
兆字节 1 MB = 1024 K；
吉字节 1 GB = 1024 M。

计算机的数字系统

计算机的数字系统

二进制系统；
基本符号：0、1。

程序中常用的数制：

R 进制转换为十进制：

各位数字与它的权相乘，其积相加，例如:

(11111111.11)₂=1×2⁷+1×2⁶+1×2⁵+1×2⁴+1×2³+1×2²+1×2¹+1×2⁰+1×2^-1+1×2^-2 =(255.75)₁₀

十进制整数转换为R 进制整数：

“除以R取余”法。

所以 68₁₀＝1000100₂

十进制小数→ R 进制小数：

“乘以R 取整”法。

所以 0.3125₁₀ = 0.0101₂

二、八、十六进制的相互转换

1位八进制数相当于3位二进制数；
1位十六进制数相当于4位二进制数，例如：
- (1011010.10)₂=(001 011 010 .100)₂=(132.4)₈
- (1011010.10)₂=(0101 1010 .1000)₂=(5A.8)₁₆
- (F7)₁₆＝(1111 0111)₂＝(11110111)₂

数据的编码表示

数据在计算机中的编码表示

二进制数的编码表示

需要解决的问题：负数如何表示？
最容易想到的方案：
- 0：表示“+”号；
- 1：表示“-”号。
原码
- “符号──绝对值”表示的编码
- 例如：

原码的缺点：
- 零的表示不惟一
  - [+0]_原 =000…0
  - [-0]_原 =100…0
- 进行四则运算时，符号位须单独处理，运算规则复杂。

补码
- 符号位可作为数值参加运算；
- 减法运算可转换为加法运算；
- 0的表示唯一。
补码的原理
- 模数：
  - n位二进制整数的模数为 2ⁿ；
  - n位二进制小数的模数为 2。
- 补数：
  - 一个数减去另一个数（加一个负数），等于第一个数加第二个数的补数，例（时钟指针）： 8+(-2)=8+10 ( mod 12 )=6；
  - 一个二进制负数可用其模数与真值做加法 (模减去该数的绝对值) 求得其补码，例（时钟指针）：-2+12=10。
补码的计算
- 借助于“反码”作为中间码；
- 负数的反码与原码有如下关系：
  - 符号位不变(仍用1表示)，其余各位取反(0变1，1变0)，例如：
    X=-1100110 [X]_原 =1 1100110 [X]_反 =1 0011001
- 正数的反码与原码表示相同，正数的补码与原码相同；
- 反码只是求补码时的中间码；
- 负数的补码由该数反码的末位加 1 求得。
- 对补码再求补即得到原码。
补码的优点：
- 0的表示唯一；
- 符号位可作为数值参加运算；
- 补码运算的结果仍为补码。

第二章 C++简单程序设计

符号常量

常量定义语句的形式为：
- const 数据类型说明符常量名=常量值；
- 或：
- 数据类型说明符 const 常量名=常量值；
例如，可以定义一个代表圆周率的符号常量：
- const float PI = 3.1415926；
符号常量在定义时一定要初始化，在程序中间不能改变其值。

第三章函数

内联函数

声明时使用关键字 inline。
编译时在调用处用函数体进行替换，节省了参数传递、控制转移等开销。
注意：
- 内联函数体内不能有循环语句和switch语句；
- 内联函数的定义必须出现在内联函数第一次被调用之前；
- 对内联函数不能进行异常接口声明。

第四章类

委托构造函数

类中往往有多个构造函数，只是参数表和初始化列表不同，其初始化算法都是相同的，这时，为了避免代码重复，可以使用委托构造函数。

Clock类的两个构造函数：

Clock(int newH, int newM, int newS) : hour(newH),minute(newM), second(newS) { //构造函数}

Clock::Clock(): hour(0),minute(0),second(0) { }//默认构造函数

委托构造函数

委托构造函数使用类的其他构造函数执行初始化过程

例如：

Clock(int newH, int newM, int newS): hour(newH),minute(newM), second(newS){}

Clock(): Clock(0, 0, 0) { }

复制构造函数定义

复制构造函数是一种特殊的构造函数，其形参为本类的对象引用。作用是用一个已存在的对象去初始化同类型的新对象。

class 类名 {
public :

    类名（形参）；//构造函数

    类名（const  类名 &对象名）；//复制构造函数

    //       ...

}；

类名::类（ const  类名 &对象名）//复制构造函数的实现

{    函数体    }

复制构造函数被调用的三种情况

定义一个对象时，以本类另一个对象作为初始值，发生复制构造；
如果函数的形参是类的对象，调用函数时，将使用实参对象初始化形参对象，发生复制构造；
如果函数的返回值是类的对象，函数执行完成返回主调函数时，将使用return语句中的对象初始化一个临时无名对象，传递给主调函数，此时发生复制构造。

第五章数据的共享与保护

类的友元

友元是C++提供的一种破坏数据封装和数据隐藏的机制。

通过将一个模块声明为另一个模块的友元，一个模块能够引用到另一个模块中本是被隐藏的信息。

可以使用友元函数和友元类。

为了确保数据的完整性，及数据封装与隐藏的原则，建议尽量不使用或少使用友元。

类的友元关系是单向的

如果声明B类是A类的友元，B类的成员函数就可以访问A类的私有和保护数据，但A类的成员函数却不能访问B类的私有、保护数据。

共享数据的保护

对于既需要共享、又需要防止改变的数据应该声明为常类型（用const进行修饰）。
对于不改变对象状态的成员函数应该声明为常函数。

常类型

常对象：必须进行初始化,不能被更新。
- const 类名对象名
常成员
- 用const进行修饰的类成员：常数据成员和常函数成员
常引用：被引用的对象不能被更新。
- const 类型说明符 &引用名
常数组：数组元素不能被更新(详见第6章)。
- 类型说明符 const 数组名[大小]…
常指针：指向常量的指针(详见第6章)。

常对象

用const修饰的对象

class A

{

  public:

    A(int i,int j) {x=i; y=j;}

                     ...

  private:

    int x,y;

};

A const a(3,4); //a是常对象，不能被更新

常成员

用const修饰的对象成员

常成员函数

使用const关键字说明的函数。
常成员函数不更新对象的数据成员。
常成员函数说明格式：
- 类型说明符函数名（参数表）const;
- 这里，const是函数类型的一个组成部分，因此在实现部分也要带const关键字。
- const关键字可以被用于参与对重载函数的区分
通过常对象只能调用它的常成员函数。

常数据成员

使用const说明的数据成员。

#include<iostream>

using namespace std;

class R {

public:

  R(int r1, int r2) : r1(r1), r2(r2) { }

  void print();

  void print() const;

private:

  int r1, r2;

};

 

void R::print() {

  cout << r1 << ":" << r2 << endl;

}

void R::print() const {

  cout << r1 << ";" << r2 << endl;

}

int main() {

  R a(5,4);

  a.print(); //调用void print()

  const R b(20,52); 

  b.print(); //调用void print() const

       return 0;

}

#include <iostream>

using namespace std;

class A {

public:

       A(int i);

       void print();

private:

       const int a;

       static const int b;  //静态常数据成员

};

 

const int A::b=10;

A::A(int i) : a(i) { }

void A::print() {

  cout << a << ":" << b <<endl;

}

int main() {

//建立对象a和b，并以100和0作为初值，分别调用构造函数，

//通过构造函数的初始化列表给对象的常数据成员赋初值

  A a1(100), a2(0);

  a1.print();

  a2.print();

  return 0;

}

常引用

如果在声明引用时用const修饰，被声明的引用就是常引用。
常引用所引用的对象不能被更新。
如果用常引用做形参，便不会意外地发生对实参的更改。常引用的声明形式如下：
- const 类型说明符 &引用名;

#include <iostream>

#include <cmath>

using namespace std;

class Point { //Point类定义

public:          //外部接口

       Point(int x = 0, int y = 0)

    : x(x), y(y) { }

       int getX() { return x; }

       int getY() { return y; }

       friend float dist(const Point &p1,const Point &p2);

private:         //私有数据成员

       int x, y;

};

 

float dist(const Point &p1, const Point &p2) {

       double x = p1.x - p2.x; 

       double y = p1.y - p2.y;

       return static_cast<float>(sqrt(x*x+y*y));

}

 

int main() {  //主函数

       const Point myp1(1, 1), myp2(4, 5);    

       cout << "The distance is: ";

       cout << dist(myp1, myp2) << endl;

       return 0;

}

第六章数组、指针与字符串

注意：

如果不作任何初始化，内部auto型数组中会存在垃圾数据，static数组中的数据默认初始化为0；
如果只对部分元素初始化，剩下的未显式初始化的元素，将自动被初始化为零；

指针的概念、定义和指针运算

内存空间的访问方式

通过变量名访问
通过地址访问

指针的概念

指针：内存地址，用于间接访问内存单元
指针变量：用于存放地址的变量

指针变量的定义

例：

static int i;

static int* ptr = &i;

例：

*ptr = 3;

与地址相关的运算——“*”和“&”

指针运算符
地址运算符：&

指针变量的初始化

语法形式

存储类型数据类型 *指针名＝初始地址；

例：int *pa = &a;

注意事项
- 用变量地址作为初值时，该变量必须在指针初始化之前已声明过，且变量类型应与指针类型一致。
- 可以用一个已有合法值的指针去初始化另一个指针变量。
- 不要用一个内部非静态变量去初始化 static 指针。

指针变量的赋值运算

语法形式

指针名=地址

注意：“地址”中存放的数据类型与指针类型必须相符

向指针变量赋的值必须是地址常量或变量，不能是普通整数，例如：
- 通过地址运算“&”求得已定义的变量和对象的起始地址
- 动态内存分配成功时返回的地址
例外：整数0可以赋给指针，表示空指针。
允许定义或声明指向 void 类型的指针。该指针可以被赋予任何类型对象的地址。

例： void *general;

指针空值nullptr

以往用0或者NULL去表达空指针的问题：
- C/C++的NULL宏是个被有很多潜在BUG的宏。因为有的库把其定义成整数0，有的定义成 (void*)0。在C的时代还好。但是在C++的时代，这就会引发很多问题。
C++11使用nullptr关键字，是表达更准确，类型安全的空指针

指向常量的指针

不能通过指向常量的指针改变所指对象的值，但指针本身可以改变，可以指向另外的对象。
例

 int a;

const int *p1 = &a; //p1是指向常量的指针

int b;

p1 = &b; //正确，p1本身的值可以改变

 *p1 = 1; //编译时出错，不能通过p1改变所指的对象

指针类型的常量

若声明指针常量，则指针本身的值不能被改变。
例

int a;

int * const p2 = &a;

p2 = &b; //错误，p2是指针常量，值不能改变

动态内存分配

动态申请内存操作符 new

new 类型名T（初始化参数列表）
功能：在程序执行期间，申请用于存放T类型对象的内存空间，并依初值列表赋以初值。
结果值：成功：T类型的指针，指向新分配的内存；失败：抛出异常。

释放内存操作符delete

delete 指针p
功能：释放指针p所指向的内存。p必须是new操作的返回值。

分配和释放动态数组

分配：new 类型名T [ 数组长度 ]
- 数组长度可以是任何表达式，在运行时计算
释放：delete[] 数组名p
- 释放指针p所指向的数组。
  p必须是用new分配得到的数组首地址。

浅层复制与深层复制

浅层复制
- 实现对象间数据元素的一一对应复制。
深层复制
- 当被复制的对象数据成员是指针类型时，不是复制该指针成员本身，而是将指针所指对象进行复制。

学堂在线《C++语言程序设计基础》笔记

第一章绪论

面向对象的基本概念

程序的开发过程

计算机中的信息与存储单位

计算机的数字系统

数据的编码表示

第二章 C++简单程序设计

第三章函数

第四章类

第五章数据的共享与保护

类的友元

共享数据的保护

第六章数组、指针与字符串

指针的概念、定义和指针运算

指针变量的初始化

指针变量的赋值运算

指针空值nullptr

指向常量的指针

指针类型的常量

动态内存分配

分配和释放动态数组

浅层复制与深层复制

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第一章 绪论

面向对象的基本概念

程序的开发过程

计算机中的信息与存储单位

计算机的数字系统

数据的编码表示

第二章 C++简单程序设计

第三章 函数

第四章 类

第五章 数据的共享与保护

类的友元

共享数据的保护

第六章 数组、指针与字符串

指针的概念、定义和指针运算

指针变量的初始化

指针变量的赋值运算

指针空值nullptr

指向常量的指针

指针类型的常量

动态内存分配

分配和释放动态数组

浅层复制与深层复制

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第一章绪论

第三章函数

第四章类

第五章数据的共享与保护

第六章数组、指针与字符串

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