C++語言設計

第一章C++的初步知識青島理工大學呂秀艷參考教材選用教材

《C++面向對象程序設計》譚浩強參考教材《C++Primer》中文版StanleyB.lippman

著【C++程序設計課程安排】1.

C++語言特點。2.C++語言語法、C++程序設計示例。3.上機實驗（16/48學時）1.1從C到C++

C語言是結構化和模塊化的語言，C程序的設計者必須細致地設計程序中的每個細節，準確地考慮程序運行時每一時刻發生的事情，當程序規模變大時，結構化程序設計就顯得力不從心。 為了解決軟件設計危機，在20世紀80年代提出了面向對象的程序設計思想（OOP）在實踐中人們發現C語言使用如此廣泛，如果在它的基礎上發展一種面向對象的語言，一定會讓大眾容易接收這種語言，所以產生了C++。1.1從C到C++AT&T發布的第一個C++編譯系統是一個預編譯器，它把C++代碼轉換成C代碼，然后再用C編譯系統生成目標代碼。1988產生第一個C++編譯系統1989C++2.0類的多重繼承1991C++3.0類的模板

C++4.0異常處理、命名空間1997ANSI發布C++標準1.1從C到C++

C++既可以用于面向過程的結構化程序設計，也可用于面向對象的程序設計。

C++對C的增強體現在兩個方面：

1.對原來的面向過程機制做了擴充。

2.增加了面向對象的機制。 學習C++之后，既可以進行面向對象的程序設計，也可以進行面向過程的程序設計。C++語言C語言※與C語言兼容※是C語言的一個超集※絕大多數C語言代碼無須修改就可以直接在C++程序中使用

※支持面向對象程序設計支持面向過程的程序設計【

C++語言與C語言的關系】7/20/20237【

VisualC++6.0編程開發環境簡介】1.2

最簡單的C++程序例1.1輸出一行字符“ThisisaC++program.”。#include<iostream>//用cout輸出時需要用

//此頭文件usingnamespacestd;//使用命名空間stdintmain(){cout<<"ThisisaC++program.\n";

//上面用C++的方法輸出一行return0;}(1)標準C++規定main函數必須聲明為int類型，如果程序正常運行，向操作系統返回一個零值，否則返回非零值，通常是-1。(2)C++程序中可以用/*…*/做注釋，可以用//做注釋。前者可以做多行注釋，后者只做單行注釋。(3)C++程序中常用cout、cin進行輸出輸入，cout是C++定義的輸出流對象，<<是插入運算符。(4)使用cout、cin需要用頭文件iostream，在程序開始要用#include聲明包含的頭文件。(5)usingnamespacestd;意思是使用命名空間。C++標準庫中的類和函數是在命名空間std中聲明的，因此程序中如用C++標準庫中的有關內容（此時需要用#include命令行），就要用usingnamespacestd;語句聲明。

例1.2求a和b兩個數之和

//求兩數之和#include<iostream>//預處理命令usingnamespacestd;//使用命名空間stdintmain()//主函數首部{//函數體開始inta,b,sum;//定義變量cin>>a>>b;//輸入語句sum=a+b;//賦值語句cout<<"a+b="<<sum<<endl;//輸出語句return0;//如程序正常結束，返回一個零值}例1.3求兩個數中的大數#include<iostream>usingnamespacestd;intmain(){intmax(intx,inty)

;//對max函數作聲明

inta,b,c;cin>>a>>b;c=max(a,b);//調用max函數

cout<<"max="<<c<<endl;return0;}intmax(intx,inty)//定義max函數{intz;if(x>y)z=x;elsez=y;return(z);}例1.4包含類的C++程序#include<iostream>usingnamespacestd;classStudent//聲明一個類，類名為Student{private://以下為類中的私有部分

intnum;//私有變量numintscore;//私有變量scorepublic://以下為類中公用部分

voidsetdata()//定義公用函數setdata{cin>>num;//輸入num的值

cin>>score;}//輸入score的值

voiddisplay()//定義公用函數display{cout<<"num="<<num<<endl;//輸出num的值

cout<<"score="<<score<<endl;};//輸出score的值};//類的聲明結束

Studentstud1,stud2;//定義stud1和stud2為Student類的變量，稱為對象intmain()//主函數首部{stud1.setdata();//調用對象stud1的setdata函數

stud2.setdata();//調用對象stud2的setdata函數

stud1.display();//調用對象stud1的display函數

stud2.display();//調用對象stud1的display函數

return0;}具有類類型的變量稱為對象。Student的對象stud1，stud2具有同樣的結構和特征。在類外調用成員函數時必須在函數名前冠以類的名稱。

為了與C兼容，C++保留了C語言中的一些規定，例如頭文件的文件名，以C語言里頭文件的擴展名是.h，許多C++編譯系統保留了這種擴展名，近年推出的C++編譯系統新版本，推出了一批不帶擴展名的頭文件如iostream，string，cmath等。為了兼容C++仍允許使用帶擴展名的頭文件。由于C語言無命名空間，因此使用帶擴展名的頭文件時不用usingnamespacestd。1.3C++對C的擴充C++既可用于面向過程的程序設計，也可用于面向對象程序設計。C++繼承了C語言提供的絕大部分功能和語法規定，并在此基礎上作了擴充。1.3.1C++的輸入和輸出1.3.2

用const定義常變量1.3.3

函數原型聲明1.3.4

函數的重載1.3.5

函數模板1.3.6

有默認參數的函數1.3.7變量的引用1.3.8內置函數1.3.9作用域運算符1.3.10字符串變量1.3.11動態分配/回收內存運算符1.3.1C++的輸入輸出C++為了方便使用，除了可以利用printf和scanf函數進行輸入和輸出外，還增加了標準輸入流輸出流cin和cout。它們是在頭文件iostream中定義的，標準流是不需要打開文件和關閉文件就能直接操作的流式文件，在此標準輸入流是指從鍵盤上輸入的數據，標準輸出流是指向屏幕輸出的數據流。C++預定義的標準流如表1.2所示。1.3.1C++的輸入輸出1.用cout進行輸出格式：cout<<表達式1[<<表達式2……]功能：由左向右逐個計算表達式的值，將其插入到輸出流cout中。cout必須與輸出運算符<<一起使用，每個<<后跟一個表達式，<<運算符的結合方向是從左向右，所以各個表達式的值按從左到右的順序插入到輸出流中。for(k=1;k<=3;k++)cout<<“k=“<<k<<endl;endl是C++輸出流的常數，在頭文件iostream中定義，代表讓光標換行。在C++中也可以用”\n”控制光標換行。所以輸出語句也可寫成：cout<<“k=“<<k<<“\n”;2.用cin進行輸入格式：cin>>變量1[>>變量2……]>>是C++的提取運算符，表示從標準輸入設備取得數據，賦予其后的變量。從鍵盤輸入數值數據時，兩個數據之間用空格分隔或用回車分隔。inta;floatbcin>>a>>b;從鍵盤輸入2032.45<回車>例1.5cin和cout的使用#include<iostream>usingnamespacestd;intmain(){cout<<"pleaseenteryournameandage:"<<endl;

charname[10];intage;cin>>name;cin>>age;cout<<"yournameis"<<name<<endl;cout<<"yourageis"<<age<<endl;return0;}1.指出下列輸出語句哪些是合法的?cout<<"/*";cout<<"*/";cout<</*"*/"*/;2.下面這段代碼合法嗎？為什么？#include<iostream>usingnamespacestd;intmain(){

intv1=1,v2=3;

cout<<"thesumof"<<v1; <<"and"<<v2; <<"is"<<v1+v2 <<endl; return0;}習題與思考C語言中，用#define定義符號常量：

#definePI3.14159 #defineRa+b

它只是在預編譯時進行字符置換，將標識符置換成表達式或數字。預編譯后，標識符PI，R不再存在。PI，R不是變量，沒有類型，不占用存儲單元，很容易出錯：

inta=1;b=2; #definePI3.14159 #defineRa+b

cout<<PI*R*R;

輸出的不是3.14159*(a+b)*(a+b)，而是3.14159*a+b*a+b。 程序因此出錯。1.3.2用const定義常變量C++進行了改進，用const定義常變量。如：

constfloatPI=3.14159;

它定義了常變量PI，有數據類型，占用存儲單元，有地址，可以用指針指向它，只是在程序運行中，此變量的值固定，不能改變。常變量定一旦創建后其值就不能再改變，因此必須對其進行初始化。

constintbufsize=512;inti=42;constintc=i;

constintk;(錯誤）bufsize=530;（錯誤）1.3.3函數原型聲明C++強制規定，如果函數調用的位置在函數定義之前，則在調用函數之前必須實現作函數原型聲明。這一點與C不同，C只是建議，而沒有強制函數聲明的一般形式為： 函數類型函數名（參數表）;最后的分號可不能忘了，否則出錯！參數表中可以只指定各個參數的類型，而不指定參數名！函數聲明和定義的示例#include<iostream>usingnamespacestd;floatarea(floatr){returnr*r*3.14159;}//先定義intmain(){floatradius;

cout<<“Pleaseinputradius:“;

cin>>radius;if(radius>0)cout<<area(radius)<<endl;

//再使用return0;}程序可以改為如下形式：//求圓面積，將函數聲明和定義分開，在調用函數前先聲明它#include<iostream>usingnamespacestd;floatarea(float);//先聲明intmain(){floatradius;

cout<<“Pleaseinputradius:“;

cin>>radius;if(radius>0)cout<<area(radius)<<endl;

//再使用

return0;}floatarea(floatr)//最后定義{returnr*r*3.14159;}1.3.4

函數的重載(overloading)什么叫重載？ 運算符“<<”是左移運算符，在C++中，又作為輸出算符；而“*”是乘法算符，也是指針符號。這種一個標識符有多種含義用途的現象，就叫“重載”(overloading)。如果標識符為運算符，就叫“運算符重載”；如果標識符為函數名，就叫“函數重載”。什么時候用到重載？

用于相類似而又不同的操作。例如，求多個數值的最大數，不同類型的參數，C語言要編寫不同的函數：

intmax1(inta,intb,intc);//3個整形數值求最大值 floatmax2(floata,floatb);//2個實形數值求最大值 longmax3(longa,longb,longc);//3個長整形數值求最大值而C++的做法是重載：將這三個函數名取相同的名字，程序運行時，系統會根據實際參數的不同，調用相近參數的函數：#include<iostream>int

max(inta,intb,intc){if(b>a)a=b;if(c>a)a=c;returna;}floatmax(floata,floatb){if(b>a)a=b;returna;}longmax(longa,longb,longc){if(b>a)a=b;if(c>a)a=c;returna;}voidmain(){inta,b,c,d;floatx,y,z;longm,n,p,q;

cin>>a>>b>>c;

cin>>x>>y;

cin>>m>>n>>p;d=max(a,b,c);

cout<<“int_d=“<<d<<endl;z=max(x,y);

cout<<“float_z=“<<z<<endl;q=max(m,n,p);

cout<<“long_q=“<<q<<endl;}Main函數三次調用max函數，每次實參的個數或類型不同，系統會尋找與之匹配的函數調用。注意：重載函數的參數個數或類型必須至少有其中之一不同，函數返回值類型可以相同也可以不同。但不允許參數個數和類型都相同而只有返回值類型不同。思考重載函數的不便之處在于，對于同名的函數要一個一個地編寫，編碼量很大，怎樣改進？1.3.5

函數模板什么時候使用模板？對于有些相同功能的函數，如果函數形參個數相同，可以用另外的方法來解決，這就是模板(Template)。函數模板的定義形式：

Template<類型參數表>

返回類型函數模板名(數據參數表) {函數模板定義體 }示例：將上述重載示例改為函數模板。#include<iostream>usingnamespacestd;//默認使用std標準庫名

template<typename

T>Tmax(Ta,Tb,Tc)//建立函數模板時，只需要{if(b>a)a=b;//將函數類型、參數類型int

換成T就行。if(c>a)a=c;//即用虛擬的類型名T代替實際的類型returna;}intmain(){inti=8,j=3,k=4,h;longm=1,n=2,p=3,q;h=max(i,j,k);q=max(m,n,p);

cout<<“int_h=“<<h<<endl;

cout<<“long_q=“<<q<<endl;return0;}類型參數可以有多個：template<typenameT1,typenameT2>由此程序可以看到，函數模板比函數重載更方便，但模板只適用于函數的參數個數相同而類型不同，且函數體相同的情況。不滿足這種情況時，就只能使用函數重載。注意1.3.6

有默認參數的函數背景：一般情況下，函數調用時，形參從實參那里取得值。因此要求實參的個數和類型應該與形參相同。但是，有時候，多次調用同一函數時用的是同一實參數，或者調用時還不好確定實參數。C++提供一個簡單的解決辦法，即給參數一默認值。這樣當不提供實參數時，形參就用默認參數作為參數值。示例：有一函數聲明為：

floatarea(floatr=6.5); 調用area函數時，如果不提供實際參數給r，r就以默認數值6.5作為參數頂用area: area();//相當于area(6.5);注意： 1)當有多個參數時，如果只有部分參數有默認值，則指定了默認值的參數必須放在參數表的最右邊，否則出錯。因為實參與形參的結合是從左至右順序進行的，第一個實參必須給第一個形參，第二個實參必須給第二個形參…。1.3.6

有默認參數的函數聲明： voidarea(floatx1,intx2=1,charx3=‘a’);調用：area(1.2,3,‘b’);//形參值全部由實參得到

area(1.2,3);//最后一個參數取自默認值

area(1.2);//最后兩個參數取自默認值area();//出錯，第一個形參沒有實參，也沒有默認值2)一個函數不能既作為重載函數，又作為默認參數函數。因為當調用函數時如果少寫一實際個參數，系統無法判斷是利用重載函數還是利用默認參數函數。1.3.7

變量的引用(reference)什么叫引用？變量的引用就是變量的別名。建立引用的作用，是為一個變量另取一個名字，以便在需要的時候間接地引用該別名。如何使用引用？假如有一個變量a,想給它另取一個別名b，可以這樣寫:

inta;

int&b=a;//聲明b是一個整形變量的引用變量，并且被初始化為a此處&不代表取地址，只是“引用聲明符”。對一個變量聲明一個引用，并不另外開辟內存空間。b和a代表同一個變量單元。引用不是獨立的變量，編譯系統不給它分配存儲單元。因此建立引用只有聲明，沒有定義，只是聲明和某一個變量的關系。1.3.7

變量的引用(reference)聲明了一個變量的引用后，在本函數執行期間，該引用一直與代表的變量相聯系，不能再作為另一個變量的別名。請看如下示例：

inta,b;

int&c=a;

int&c=b;//錯誤，c已經是a的引用，不能再作為另一個變量b的引引用不是獨立的數據類型，它必須與某一種類型的數據相聯系：

int&x;//錯誤，沒有指定x代表哪個變量示例：

#include<iostream> usingnamespacestd;

intmain() {inta=10;

int&b=a; a=a*a;

cout<<“b=“<<b<<endl;return0; }運行結果：b=1001.3.7

變量的引用(reference)將引用作為函數參數：C++之所以增加“引用”，主要是利用它作為函數參數，以彌補函數傳遞參數的不方便的遺憾。也降低了編程難度。將變量名作為實參：這時傳給形參的是變量的值，傳遞是單向的，函數運行時，形參發生變化，并不回傳給實參。因為形參和實參不是同一個存儲單元。請看下面示例：1.3.7

變量的引用(reference)#include<iostream>voidswap(inta,intb){inttemp;temp=a;a=b;b=temp;}voidmain(){inti=3,j=5;swap(i,j);

cout<<i<<“,”<<j<<endl;}運行結果，i,j仍然是3，5。沒有發生交換。傳遞變量的指針：這時傳給形參的是變量的地址，形參得到一個變量的地址，即形參指針變量指向實參變量單元。函數中形參發生改變，實際上是改變實參。這種方法實際上仍然是值傳遞：想指針變量傳遞地址值。然后通過指針變量訪問有關變量?！伴g接地”回傳了改變的變量。請看下面示例：1.3.7

變量的引用(reference)#include<iostream>voidswap(int*p1,int*p2){inttemp;temp=*p1;*p1=*p2;*p2=temp;}voidmain(){inti=3,j=5;swap(&i,&j);

cout<<i<<“,”<<j<<endl;}運行結果，i,j是5，3。變量值發生交換。傳遞變量的別名：將變量的引用作為函數形參，彌補了上面兩種方法的不足。請看下面示例： 注意：swap函數形參&a,&b是指定整形變量的引用作為形參，但引用誰還沒定。而main函數中，用一，i,j的名調用swap，就是將i,j的名字傳給引用，這樣a就成立i的別名，b就成立j的別名。1.3.7

變量的引用(reference)#include<iostream>voidswap(int&a,int&b){inttemp;temp=a;a=b;b=temp;}voidmain(){inti=3,j=5;swap(i,j);

cout<<i<<“,”<<j<<endl;}運行結果，i,j是5，3。變量值發生交換。對引用的說明：不能建立void類型的引用。因為任何實際存在的變量都屬于非void類型。void&a=9;//錯誤不能對數組名進行引用，因為數組名只代表數組首地址，本身不是變量不占有存儲空間。

charc[6]=“hello”; char&r=c;//錯誤可以建立指針變量的引用：

inti=5;

int*p=&i;//定義指針變量p，指向i

int*&t=p;//t是指向整形變量的指針變量的引用，初始化為p.1.3.7

變量的引用(reference)可以將引用的地址賦給指針。此時，指針指向原來變量：

inta=3;

int&b=a;

int*p=&b;//指針p指向變量a的引用b，相當與指向a不能定義指向引用類型的指針變量：

int&*p=&a;//錯誤可以用常量或表達式對引用初始化，但必須用const限定：

constint&c=3;//合法1.3.7

變量的引用(reference)引入原因:目的是為了解決程序中函數調用的效率問題。 函數調用時需要時間和空間的代價。

1.3.8

內聯函數(inlinefunction)main(){statement；

fun1();statement；}fun1(){statement;fun2();statement;return;}fun2(){statement;return;}保存返回地址及當前現場恢復函數main的現場，取得返回地址保存返回地址及當前現場恢復函數fun1的現場，取得返回地址函數調用的執行過程而有時一些函數代碼很短（１～５行），卻有高使用頻率，造成處理現場的開銷巨增。 這時若將函數體嵌入函數調用處，則可避免每次調用函數的開銷，大大提高效率。1.3.8

內聯函數(inlinefunction)在聲明一個函數時，加上限定詞inline，該函數就成為內聯函數。編譯時，系統將調用此函數的地方用函數的原代碼替換。即以空間代價換取時間。例如： #include<iostream.h>

inline

int

power(intx)//定義一個內聯函數 {returnx*x;} voidmain() {cout<<power(2)<<endl;//編譯系統展開為{x=2;x*x;}

cout<<power(1+2)<<endl;//編譯系統展開為{x=1+2;x*x;} }運行結果： 4 9內聯函數還有限制：函數內不能含有循環結構或switch結構；不能含有任何靜態數據及數組聲明。不能是遞歸函數。1.3.8

內聯函數(inlinefunction)標識符只能在說明它或定義它的范圍內是可見的，而在該范圍之外是不可見的。大多數標識符的說明與定義是一致的，只有少數例外。如：函數等。范圍有大有小：程序—〉文件—〉函數—〉塊每一個變量都有自己的有效范圍。我們只能在變量的作用域內使用該變量。不能直接使用其它作用域中的變量。如果要使用其它作用域中的同名變量，必須使用“作用域運算符”，即“::”。1.3.9

作用域運算符

示例：

#include<iostream.h> floata=1.5; voidmain() {inta=5;

cout<<a<<endl;//輸出作用域為main函數的局部變量a的值

cout<<::a<<endl;//輸出作用域為全局的全局變量a的值 }運行結果：51.5注意：不能用作用域運算符“::”訪問函數中的局部變量。1.3.9

作用域運算符局部變量和全局變量1、局部變量是指作用域在函數級和塊級的變量。2、全局變量是指作用域在程序級和文件級的變量。#include<iostream.h>inti(5);

//外部全局變量externvoidfunc(){cout<<i<<endl;}voidmain(){

inti=3;//內部局部變量

func();

cout<<i<<endl;}局部變量全局變量藍色為文件作用域綠色為函數作用域1.3.10

字符串變量

C++除了可以使用C語言提供的字符型變量和字符型數組外，還提供了字符串類。這種類可以定義字符串對象。但在文件開頭必須包含string庫：#include<string>字符串定義：

strings1;