C++入门教程

C++ 是一门由 Bjarne Stroustrup 于 1985 年在贝尔实验室开发的编程语言。它是 C 语言的扩展，加入了面向对象编程的特性，同时保持了 C 语言的高性能和灵活性。

C++ 概述

C++ 的特点

高性能：接近 C 语言的执行效率
面向对象：支持类、继承、多态
泛型编程：模板机制
标准库丰富：STL（标准模板库）
向后兼容：兼容大部分 C 语言代码

C++ 的应用场景

系统软件和操作系统开发
游戏引擎开发（Unreal Engine）
高性能服务器
嵌入式系统
图形图像处理

第一个 C++ 程序

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    cout << "Hello, C++!" << endl;
    return 0;

代码解释：

#include <iostream>：包含输入输出流库
using namespace std;：使用标准命名空间
cout <<：输出到控制台
endl：换行

类与对象

类的定义

class Person {
private:
    string name;
    int age;
public:
    Person(string n, int a) : name(n), age(a) {}
    void introduce() {
        cout << "我叫" << name << "，今年" << age << "岁。" << endl;
    }
    int getAge() const { return age; }
    void setAge(int a) { age = a; }
};

对象的创建与使用

Person p1("张三", 25);  // 栈上创建
p1.introduce();  // 调用方法

Person *p2 = new Person("李四", 30);  // 堆上创建
p2->introduce();  // 使用指针调用
delete p2;  // 释放内存

cout << p1.getAge() << endl;

继承

继承允许一个类（子类）获取另一个类（父类）的属性和方法。

class Student : public Person {
private:
    string school;
public:
    Student(string n, int a, string s)
        : Person(n, a), school(s) {}
    void study() {
        cout << name << "在" << school << "学习" << endl;
    }
};

Student stu("王五", 20, "清华大学");
stu.introduce();  // 继承自 Person
stu.study();      // Student 自己的方法
stu.setAge(21);  // 继承自 Person

多态

多态允许不同类的对象对同一消息做出不同的响应。

class Shape {
public:
    virtual double getArea() = 0;  // 纯虚函数
    virtual ~Shape() = default;
};

class Circle : public Shape {
private:
    double radius;
public:
    double getArea() override {
        return 3.14159 * radius * radius;
    }
};

Shape *shape = new Circle(5.0);
cout << shape->getArea() << endl;  // 调用 Circle 的 getArea
delete shape;

模板

模板是泛型编程的基础，允许编写与类型无关的代码。

函数模板

template <typename T>
T max(T a, T b) {
    return a > b ? a : b;
}

int x = max(3, 5);      // T = int
double y = max(2.5, 1.8);  // T = double

类模板

template <typename T>
class Stack {
private:
    vector<T> elements;
public:
    void push(T elem) { elements.push_back(elem); }
    T pop() { T elem = elements.back(); elements.pop_back(); return elem; }
};

Stack<int> intStack;

STL 标准模板库

容器

#include <vector>
#include <map>
#include <set>
#include <string>

vector<int> vec = {1, 2, 3};
vec.push_back(4);
for (int num : vec) {
    cout << num << " ";
}

map<string, int> dict;
dict["apple"] = 5;
cout << dict["apple"] << endl;

算法

#include <algorithm>

vector<int> arr = {3, 1, 4, 1, 5};

sort(arr.begin(), arr.end());  // 排序
int cnt = count(arr.begin(), arr.end(), 1);  // 计数
auto it = find(arr.begin(), arr.end(), 4);  // 查找

智能指针

智能指针自动管理内存，避免内存泄漏。

#include <memory>

unique_ptr<Person> p1 = make_unique<Person>("张三", 25);
p1->introduce();
// 自动释放，无需 delete

shared_ptr<Person> p2 = make_shared<Person>("李四", 30);
shared_ptr<Person> p3 = p2;  // 共享所有权
cout << p2.use_count() << endl;  // 2

weak_ptr<Person> p4 = p2;  // 弱引用，不增加计数

异常处理

try {
    int result = 10 / 0;
} catch (exception &e) {
    cout << "错误: " << e.what() << endl;
} catch (...) {
    cout << "未知错误" << endl;
}

throw runtime_error("自定义错误");  // 抛出异常

Lambda 表达式

auto add = [](int a, int b) { return a + b; };
cout << add(3, 5) << endl;  // 8

vector<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5};
sort(nums.begin(), nums.end(), [](int a, int b) {
    return a > b;  // 降序排序
});

总结

本文介绍了 C++ 的核心特性，包括：

类与对象
继承
多态
模板
STL 标准模板库
智能指针
异常处理
Lambda 表达式

C++ 是一门功能强大的编程语言，适合需要高性能和面向对象特性的场景。掌握 C++ 需要一定的时间和实践，但它会成为你编程工具箱中非常有价值的工具。