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C++学习笔记(一)C++与C

C++学习笔记(一)C++与C

作者: 活体检测业余爱好 | 来源:发表于2017-07-31 18:59 被阅读82次

快毕业了,总觉得应该把C++再拿出来简单巩固一下,毕竟好久没有用了,仅仅是简单撸一遍,参考:www.weixueyuan.net/cpp/rumen/


C++语言是一种混合型语言(20世纪80年代兴起),它保留了C语言所有的优点,同时又增添了面向对象的编程机制,我们可以将C++语言视为C语言的改进和扩展。

基于C语言开发的C++语言兼容C语言,因此用C语言编写的程序基本上可以不做改动地用于C++。相对于C语言,C++语言对C语言的功能做了一定的扩充,同时增添了面向对象编程机制。引入面向对象编程机制,主要是为了提高开发效率。

区别:

(1)新增一种基本数据类型:布尔类型(bool),一个字节,bool类型取值范围仅有两个值:true和false。在做逻辑运算时,默认非零即为ture。定义:

bool flag=true;

(2)引入命名空间(Namespace)这一概念主要是为了避免命名冲突,其关键字为 namespace:

指定所使用的变量时需要用到“::”操作符,“::”操作符是域解析操作符。例如:


(3)原来的C语言的输入输出printf和scanf依然可以使用,但是C++又自定义了新的输入输出(cout和cin),在C++程序中,输入与输出可以看做是一连串的数据流,输入即可视为从文件或键盘中输入程序中的一串数据流,而输出则可以视为从程序中输出一连串的数据流到显示屏或文件中。

在编写C++程序时,如果需要使用输入输出时,则需要包含头文件iostream。在iostream中定义了用于输入输出的对象,例如常见的cin表示标准输入、cout表示标准输出、cerr表示标准错误。其中cout和cerr的输出目的地都是显示器,但不同的是cout是带有缓冲的,而cerr则不带缓冲。不是C++中的关键字,其本质是函数调用。

使用cout进行输出时需要紧接着使用“<<”操作符,使用cin进行输入时需要紧接着使用“>>”操作符,这两个操作符可以自行分析所处理的数据类型,因此无需我们像使用scanf和printf那样设置输入输出格式化语句。

这段程序的功能是提示用户输入一个整型和一个浮点型数字,然后将其显示在显示器上,这段代码的运行结果如下所示(↙表示用户按下enter键):

Please input an int number:
8↙
The int number is x= 8
Please input a float number:
7.4↙
The float number is y= 7.4

语句cout<<"Please input a int number:"<<endl;表示输出“"Please input a int number:“这样的一段提示话语,让用户知道该输入一个整型数据,其中endl表示换行输出,其功能与C语言里的“\n”相同,在这个程序中我们也可以用“‘\n’”来替代endl。需要注意的是endl最后一个字母是字母“l”,而非阿拉伯数字“1”,其英文全称为“end of line”。语句cin>>x;表示从标准输入中读入一个int型的数据并存入到x变量中。如果此时用户输入的不是int型数据,则会被强制转化为int型数据。语句cout<<"The int number is x= "<<endl;则是将输入的整型数据输出,从这句中我们可以看出cout可以连续的输出。同样cin也是支持对多个变量连续输入的,如下所示。

运行结果:

Please input an int number and a float number:
8 7.4↙
The int number is x= 8
The float number is y= 7.4

在例2中我们用cin>>x>>y;连续从标准输入中读取一个整型和一个浮点型数字,然后分别存入到x和y中。输入操作符>>在读入下一个输入项前会忽略前一项后面的空格,如例2中,数字8和7.4之间有一个空格,当cin读入8后忽略空格,接着读取7.4。

当使用cin>>val输入变量时,如果输入一个变量到val中,则该表达式返回true,否则返回false。利用这一特性,我们可以连续输入数据,如例3所示。

[例3]使用 cin 连续输入数据:

这个程序从标准输入中不断地读取数据并存入到val变量中,每读入一个数据就求一次和,直至用户输入文件结束符标识时,程序才会输出之前用户输入所有数据之和。

(4)引用(Reference)是C++语言相对于C语言的又一个扩充,类似于指针,只是在声明的时候用&取代了*。引用可以看做是被引用对象的一个别名,在声明引用时,必须同时对其进行初始化。引用的声明方法如下:

类型标识符 &引用名 = 被引用对象

在本例中,变量b就是变量a的引用,程序运行结果如下:

10 10
0018FDB4 0018FDB4

由此可见,同一地址的变量有两个名字,a和b,通过更改b的值,也相当于更改了a的值。

前面加const ,则不可通过b更改值,而只可以通过原名a更改值

1) 函数引用参数

如果我们在声明或定义函数的时候将函数的形参指定为引用,则在调用该函数时会将实参直接传递给形参,而不是将实参的拷贝传递给形参。如此一来,如果在函数体中修改了该参数,则实参的值也会被修改。这跟函数的普通传值调用还是有区别的。

[例3]函数的引用传值:

在本例中我们将swap函数的形参声明为引用,在调用swap函数的时候程序是将变量num1和num2直接传递给形参的,其中a是num1的别名,b是num2的别名,在swap函数体中交换变量a和变量b的值,也就相当于直接交换变量num1和变量num2的值了,因此程序最后num1=20,num2=10。

2) 函数引用返回值

在C++中非void型函数需要返回一个返回值,类似函数形参,我们同样可以将函数的返回值声明为引用。普通的函数返回值是通过传值返回,即将关键字return后面紧接的表达式运算结果或变量拷贝到一个临时存储空间中,然后函数调用者从临时存储空间中取到函数返回值,如例4所示。

[例4]函数的普通返回值:

在例4中,valplus函数采用的是普通的传值返回,也即将变量a的结果加上5之后,将结果拷贝到一个临时存储空间,然后再从临时存储空间拷贝给num2变量。 当我们将函数返回值声明为引用的形式时,如例5所示。虽然例5运行结果和例4是相同的,但例5中的valplus函数在将a变量加上5之后,其运算结果是直接拷贝给num2的,中间没有经过拷贝给临时空间,再从临时存储空间中拷贝出来的这么一个过程。这就是普通的传值返回和引用返回的区别。

也就是说只要是函数返回值类型不是别名(即加&的),都是返回一个临时值,在赋值给主函数里的

[例5]函数的引用返回值:

此外,我们还需要注意一个小问题。如果我们将例5中的valplus函数定义成例6中所示的形式,那么这段程序就会产生一个问题,变量b的作用域仅在这个valplus函数体内部,当函数调用完成,b变量就会被销毁。而此时我们若将b变量的值通过引用返回拷贝给变量num2的时候,有可能会出现在拷贝之前b变量已经被销毁,从而导致num2变量获取不到返回值。虽然这种情况在一些编译器中并没有发生,但是我们在设计程序的时候也是应该尽量避免这一点的。

在例4和例5中,我们就是为了避免这一点才采用的引用传递参数。普通的传值返回则不存在这样的问题,因为编译器会将返回值拷贝到临时存储空间后再去销毁b变量的。

[例6]一个可能获取不到返回值的例子:

(5)C++强制类型转换:在C++语言中新增了四个关键字static_cast、const_cast、reinterpret_cast和dynamic_cast。这四个关键字都是用于强制类型转换的。

...

(6)内联函数(inline):C++语言新增关键字inline,用于将一个函数声明为内联函数。在程序编译时,编译器会将内联函数调用处用函数体替换,这一点类似于C语言中的宏扩展。

采用内联函数可以有效避免函数调用的开销,程序执行效率更高。使用内联函数的缺点就是,如果被声明为内联函数的函数体非常大,则编译器编译后程序的可执行码将会变得很大。另外,如果函数体内出现循环或者其它复杂的控制结构的时候,这个时候处理这些复杂控制结构所花费的时间远大于函数调用所花的时间,因此如果将这类函数声明为内联函数,意义不大,反而会使得编译后可执行代码边长。

通常在程序设计过程中,我们会将一些频繁被调用的短小函数声明为内联函数。

为了使得inline声明内联函数有效,我们必须将inline关键字与函数体放在一起才行,否则inline关键字是不能成功将函数声明内联函数的。如例1所示,inline关键字则无丝毫作用,而例2中则成功将swap函数声明为了一个内联函数。

(7)C++ new和delete操作符:在C语言中,动态分配和释放内存的函数是malloc、calloc和free,而在C++语言中,new、new[]、delete和delete[]操作符通常会被用来动态地分配内存和释放内存。需要注意的是new、new[]、delete和delete[]是操作符,而非函数;new和delete也是C++的关键字(mine: 注意应该是写成函数的才不是关键字)。

操作符new用于动态分配单个空间,而new[]则是用于动态分配一个数组,操作符delete用于释放由new分配的空间,delete[]则用于释放new[]分配的一个数组。

“new 数据类型”即为new关键字的基本语法,可以动态的分配一个数据类型大小的空间。例如:

int *p=new int;

为p指针分配了一个int型的空间。new操作符根据请求分配的数据类型来推断所需的空间大小。

new[] 则是为了分配一个数组的空间。具体语法如:

int *A=new int[10];

该语句为A指针分配了一个数组的空间,该数组有10个int数组成员,如果分配成功,则p指针指向首地址,并且数组10个成员的地址是连续的,其地址分别为A、A+1、A+2、……、A+9。

delete操作符则专门用于释放由new分配的动态存储空间,在前面我们为p分配了一个int型的空间,我们可以按照如下的方式释放它:

delete p;

delete[] 则用于释放掉由new[]分配的数组空间,在前面我们为A指针分配了十个int单元,构成了一个数组,可以按照如下方式释放掉该空间:

delete[] p;

为了避免内存泄露,通常new和delete、new[]和delete[]操作符应该成对出现,并且不要将这些操作符与C语言中动态分配内存和释放内存的几个函数一起混用。建议在编写C++程序时尽量使用new、new[]、delete和delete[]操作符进行动态内存分配和释放,而不要使用C语言中内存分配和释放的函数,这是因为new、new[]、delete和delete[]操作符可以使用C++的一些特性,如类的构造函数和析构函数,能够更好地管理C++程序的内存。

(8)C++异常处理(try和catch)

在程序设计过程中,我们总是希望自己设计的程序是天衣无缝的,但这几乎又是不可能的。即使程序编译通过,同时也实现了所需要的功能,也并不代表程序就已经完美无缺了,因为运行程序时还可能会遇到异常,例如当我们设计一个为用户计算除法的程序时,用户很有可能会将除数输入为零,又例如当我们需要打开一个文件的时候确发现该文件已经被删除了……类似的这种情况很有很多,针对这些特殊的情况,不加以防范是不行的。

我们通常希望自己编写的程序能够在异常的情况下也能作出相应的处理,而不至于程序莫名其妙地中断或者中止运行了。在设计程序时应充分考虑各种异常情况,并加以处理。

在C++中,一个函数能够检测出异常并且将异常返回,这种机制称为抛出异常。当抛出异常后,函数调用者捕获到该异常,并对该异常进行处理,我们称之为异常捕获。

C++新增throw关键字用于抛出异常,新增catch关键字用于捕获异常,新增try关键字尝试捕获异常。通常将尝试捕获的语句放在 try{ } 程序块中,而将异常处理语句置于 catch{ } 语句块中。

异常处理的基本语法如下所述。首先说一下抛出异常的基本语法:

throw 表达式;

抛出异常由throw关键字加上一个表达式构成。抛出异常后需要捕获异常以及异常处理程序,其基本语法如下:

try
{
   //可能抛出异常的语句
}
   catch (异常类型1)
{
   //异常类型1的处理程序
}
   catch (异常类型2)
{
   //异常类型2的处理程序
}
   // ……
catch (异常类型n)
{
   //异常类型n的处理程序
}

由try程序块捕获throw抛出的异常,然后依据异常类型运行catch程序块中的异常处理程。catch程序块顺序可以是任意的,不过均需要放在try程序块之后。

[例1] C++异常处理示例:

本例展示了一个数组越界的异常捕获程序。array_index函数用于返回数组index下标的数值,如果出现异常则抛出异常。try程序块中的程序语句为可能出现异常情况的语句,catch则为针对异常的处理语句。在程序一开始我们定义了一个全局的枚举类型变量index,并且定义了两个值,分别为underflow和overflow,这两个值作为抛出异常的返回值。当在主函数要求输出越界的数组值时,调用array_index函数,一旦有预定异常抛出,则通过try捕获并根据catch语句针对异常情况作出处理。

在前面我们介绍了new和delete动态分配内存操作符,如果new或new[]不能成功分配所请求的,将会抛出一个bad_alloc异常。在使用new或new[]操作符分配动态内存,可以通过如下方式检测并捕获存储空间分配失败的异常。

[例2] 捕获new、new[] 抛出的异常:

在C语言中,异常通常是通过函数返回值获得,但这样一来,函数是否产生异常则需要通过检测函数的返回值才能得知。而在C++中,当函数抛出一个返回值时,即使不用try和catch语句,异常还是会被处理的,系统会自动调用默认处理函数unexpected来执行。

除了新增了类和对象,大概有七八处不一样吧~~~

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