21天学通C++（第7版）

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目　录

第 1章　绪论　1

1.1　C++简史　1

1.1.1　与C语言的关系　1

1.1.2　C++的优点　1

1.1.3　C++标准的发展历程　1

1.1.4　哪些人使用C++程序　2

1.2　编写C++应用程序　2

1.2.1　生成可执行文件的步骤　2

1.2.2　分析并修复错误　2

1.2.3　集成开发环境　2

1.2.4　编写第 一个C++应用程序　3

1.2.5　生成并执行第 一个C++应用程序　4

1.2.6　理解编译错误　4

1.3　C++11新增的功能　5

1.4　总结　5

1.5　问与答　5

1.6　作业　6

1.6.1　测验　6

1.6.2　练习　6

第 2章　C++程序的组成部分　7

2.1　Hello World程序的组成部分　7

2.1.1　预处理器编译指令#include　7

2.1.2　程序的主体-main()　8

2.1.3　返回值　8

2.2　名称空间的概念　9

2.3　C++代码中的注释　10

2.4　C++函数　10

2.5　使用std::cin和std::cout执行基本输入输出操作　12

2.6　总结　13

2.7　问与答　13

2.8　作业　13

2.8.1　测验　14

2.8.2　练习　14

第3章　使用变量和常量　15

3.1　什么是变量　15

3.1.1　内存和寻址概述　15

3.1.2　声明变量以访问和使用内存　15

3.1.3　声明并初始化多个类型相同的变量　17

3.1.4　理解变量的作用域　17

3.1.5　全局变量　18

3.2　编译器支持的常见C++变量类型　19

3.2.1　使用bool变量存储布尔值　20

3.2.2　使用char变量存储字符　20

3.2.3　有符号整数和无符号整数的概念　20

3.2.4　有符号整型short、int、long和long long　21

3.2.5　无符号整型unsigned short、unsigned int、unsigned long和unsigned long long　21

3.2.6　浮点类型float和double　21

3.3　使用sizeof确定变量的长度　22

3.4　使用typedef替换变量类型　24

3.5　什么是常量　24

3.5.1　字面常量　25

3.5.2　使用const将变量声明为常量　25

3.5.3　使用constexpr声明常量　26

3.5.4　枚举常量　26

3.5.5　使用#define定义常量　27

3.6　给变量和常量命名　28

3.7　不能用作常量或变量名的关键字　28

3.8　总结　29

3.9　问与答　29

3.10　作业　30

3.10.1　测验　30

3.10.2　练习　30

第4章　管理数组和字符串　31

4.1　什么是数组　31

4.1.1　为何需要数组　31

4.1.2　声明和初始化静态数组　32

4.1.3　数组中的数据是如何存储的　32

4.1.4　访问存储在数组中的数据　33

4.1.5　修改存储在数组中的数据　34

4.2　多维数组　35

4.2.1　声明和初始化多维数组　36

4.2.2　访问多维数组中的元素　36

4.3　动态数组　37

4.4　C风格字符串　38

4.5　C++字符串：使用std::string　40

4.6　总结　41

4.7　问与答　41

4.8　作业　42

4.8.1　测验　42

4.8.2　练习　42

第5章　使用表达式、语句和运算符　43

5.1　语句　43

5.2　复合语句(语句块)　44

5.3　使用运算符　44

5.3.1　赋值运算符(＝)　44

5.3.2　理解左值和右值　44

5.3.3　加法运算符(+)、减法运算符(?)、乘法运算符(*)、除法运算符(/)和求模运算符(%)　44

5.3.4　递增运算符(++)和递减运算符(--)　45

5.3.5　前缀还是后缀　45

5.3.6　相等运算符(==)和不等运算符(!=)　47

5.3.7　关系运算符　48

5.3.8　逻辑运算NOT、AND、OR和XOR　49

5.3.9　使用C++逻辑运算NOT(!)、AND(&&)和OR(||)　50

5.3.10　按位运算符NOT(～)、AND(&)、OR(|)和XOR(^)　53

5.3.11　按位右移运算符(>>)和左移运算符(<<)　54

5.3.12　复合赋值运算符　55

5.3.13　使用运算符sizeof确定变量占用的内存量　56

5.3.14　运算符优先级　57

5.4　总结　58

5.5　问与答　59

5.6　作业　59

5.6.1　测验　59

5.6.2　练习　59

第6章　控制程序流程　60

6.1　使用if...else有条件地执行　60

6.1.1　使用if...else进行条件编程　61

6.1.2　有条件地执行多条语句　62

6.1.3　嵌套if语句　63

6.1.4　使用switch-case进行条件处理　66

6.1.5　使用运算符?：进行条件处理　68

6.2　在循环中执行代码　69

6.2.1　不成熟的goto循环　69

6.2.2　while循环　70

6.2.3　do...while循环　72

6.2.4　for循环　73

6.3　使用continue和break修改循环的行为　75

6.3.1　不结束的循环-无限循环　75

6.3.2　控制无限循环　76

6.4　编写嵌套循环　78

6.4.1　使用嵌套循环遍历多维数组　79

6.4.2　使用嵌套循环计算斐波纳契数列　80

6.5　总结　81

6.6　问与答　81

6.7　作业　82

6.7.1　测验　82

6.7.2　练习　82

第7章　使用函数组织代码　83

7.1　为何需要函数　83

7.1.1　函数原型是什么　84

7.1.2　函数定义是什么　85

7.1.3　函数调用和实参是什么　85

7.1.4　编写接受多个参数的函数　85

7.1.5　编写没有参数和返回值的函数　86

7.1.6　带默认值的函数参数　87

7.1.7　递归函数-调用自己的函数　88

7.1.8　包含多条return语句的函数　89

7.2　使用函数处理不同类型的数据　90

7.2.1　函数重载　90

7.2.2　将数组传递给函数　92

7.2.3　按引用传递参数　93

7.3　微处理器如何处理函数调用　94

7.3.1　内联函数　94

7.3.2　lambda函数　96

7.4　总结　97

7.5　问与答　97

7.6　作业　97

7.6.1　测验　97

7.6.2　练习　98

第8章　阐述指针和引用　99

8.1　什么是指针　99

8.1.1　声明指针　99

8.1.2　使用引用运算符(&)获取变量的地址　100

8.1.3　使用指针存储地址　101

8.1.4　使用解除引用运算符(*)访问指向的数据　102

8.1.5　将sizeof()用于指针的结果　104

8.2　动态内存分配　105

8.2.1　使用new和delete动态地分配和释放内存　105

8.2.2　将递增和递减运算符(++和--)用于指针的结果　107

8.2.3　将关键字const用于指针　109

8.2.4　将指针传递给函数　109

8.2.5　数组和指针的类似之处　110

8.3　使用指针时常犯的编程错误　112

8.3.1　内存泄露　112

8.3.2　指针指向无效的内存单元　112

8.3.3　悬浮指针(也叫迷途或失控指针)　113

8.4　指针编程**佳实践　114

8.4.1　检查使用new发出的分配请求是否得到满足　115

8.5　引用是什么　117

8.5.1　是什么让引用很有用　117

8.5.2　将关键字const用于引用　118

8.5.3　按引用向函数传递参数　119

8.6　总结　119

8.7　问与答　120

8.8　作业　121

8.8.1　测验　121

8.8.2　练习　121

第9章　类和对象　122

9.1　类和对象　122

9.1.1　声明类　123

9.1.2　实例化对象　123

9.1.3　使用句点运算符访问成员　123

9.1.4　使用指针运算符(->)访问成员　124

9.2　关键字public和private　125

9.2.1　使用关键字private实现数据抽象　126

9.3　构造函数　127

9.3.1　声明和实现构造函数　128

9.3.2　何时及如何使用构造函数　128

9.3.3　重载构造函数　130

9.3.4　没有默认构造函数的类　131

9.3.5　带默认值的构造函数参数　133

9.3.6　包含初始化列表的构造函数　133

9.4　析构函数　135

9.4.1　声明和实现析构函数　135

9.4.2　何时及如何使用析构函数　135

9.5　复制构造函数　137

9.5.1　浅复制及其存在的问题　137

9.5.2　使用复制构造函数确保深复制　139

9.5.3　有助于改善性能的移动构造函数　142

9.6　构造函数和析构函数的其他用途　143

9.6.1　不允许复制的类　143

9.6.2　只能有一个实例的单例类　144

9.6.3　禁止在栈中实例化的类　146

9.7　this指针　147

9.8　将sizeof()用于类　148

9.9　结构不同于类的地方　150

9.10　声明友元　150

9.11　总结　152

9.12　问与答　152

9.13　作业　153

9.13.1　测验　153

9.13.2　练习　153

第 10章　实现继承　154

10.1　继承基础　154

10.1.1　继承和派生　154

10.1.2　C++派生语法　155

10.1.3　访问限定符protected　157

10.1.4　基类初始化-向基类传递参数　159

10.1.5　在派生类中覆盖基类的方法　160

10.1.6　调用基类中被覆盖的方法　162

10.1.7　在派生类中调用基类的方法　162

10.1.8　在派生类中隐藏基类的方法　164

10.1.9　构造顺序　165

10.1.10　析构顺序　166

10.2　私有继承　167

10.3　保护继承　169

10.4　切除问题　171

10.5　多继承　171

10.6　总结　174

10.7　问与答　174

10.8　作业　174

10.8.1　测验　174

10.8.2　练习　174

第 11章　多态　176

11.1　多态基础　176

11.1.1　为何需要多态行为　176

11.1.2　使用虚函数实现多态行为　177

11.1.3　为何需要虚构造函数　179

11.1.4　虚函数的工作原理——理解虚函数表　182

11.1.5　抽象基类和纯虚函数　184

11.2　使用虚继承解决菱形问题　186

11.3　可将复制构造函数声明为虚函数吗　189

11.4　总结　191

11.5　问与答　192

11.6　作业　192

11.6.1　测验　192

11.6.2　练习　193

第 12章　运算符类型与运算符重载　194

12.1　C++运算符　194

12.2　单目运算符　195

12.2.1　单目运算符的类型　195

12.2.2　单目递增与单目递减运算符　195

12.2.3　转换运算符　198

12.2.4　解除引用运算符(*)和成员选择运算符(->)　199

12.3　双目运算符　202

12.3.1　双目运算符的类型　202

12.3.2　双目加法与双目减法运算符　202

12.3.3　实现运算符+=与(=　204

12.3.4　重载等于运算符(==)和不等运算符(!=)　206

12.3.5　重载运算符<、>、<=和>=　207

12.3.6　重载复制赋值运算符(=)　209

12.3.7　下标运算符　211

12.4　函数运算符operator()　214

12.5　不能重载的运算符　219

12.6　总结　219

12.7　问与答　220

12.8　作业　220

12.8.1　测验　220

12.8.2　练习　220

第 13章　类型转换运算符　221

13.1　为何需要类型转换　221

13.2　为何有些C++程序员不喜欢C风格类型转换　222

13.3　C++类型转换运算符　222

13.3.1　使用static_cast　222

13.3.2　使用dynamic_cast和运行阶段类型识别　223

13.3.3　使用reinterpret_cast　225

13.3.4　使用const_cast　226

13.4　C++类型转换运算符存在的问题　226

13.5　总结　227

13.6　问与答　227

13.7　作业　228

13.7.1　测验　228

13.7.2　练习　228

第 14章　宏和模板简介　229

14.1　预处理器与编译器　229

14.2　使用#define定义常量　229

14.3　使用#define编写宏函数　232

14.3.1　为什么要使用括号　233

14.3.2　使用assert宏验证表达式　234

14.3.3　使用宏函数的优点和缺点　235

14.4　模板简介　235

14.4.1　模板声明语法　235

14.4.2　各种类型的模板声明　236

14.4.3　模板函数　236

14.4.4　模板与类型安全　238

14.4.5　模板类　238

14.4.6　模板的实例化和具体化　239

14.4.7　声明包含多个参数的模板　239

14.4.8　声明包含默认参数的模板　240

14.4.9　一个模板示例　240

14.4.10　模板类和静态成员　241

14.4.11　在实际C++编程中使用模板　243

14.5　总结　243

14.6　问与答　244

14.7　作业　244

14.7.1　测验　244

14.7.2　练习　244

第 15章　标准模板库简介　245

15.1　STL容器　245

15.1.1　顺序容器　245

15.1.2　关联容器　246

15.1.3　选择正确的容器　246

15.1.4　容器适配器　247

15.2　STL迭代器　247

15.3　STL算法　248

15.4　使用迭代器在容器和算法之间交互　248

15.5　STL字符串类　250

15.6　总结　250

15.7　问与答　250

15.8　作业　251

第 16章　STL string类　252

16.1　为何需要字符串操作类　252

16.2　使用STL string类　253

16.2.1　实例化和复制STL string　253

16.2.2　访问std::string的字符内容　254

16.2.3　拼接字符串　256

16.2.4　在string中查找字符或子字符串　257

16.2.5　截短STL string　259

16.2.6　字符串反转　260

16.2.7　字符串的大小写转换　261

16.3　基于模板的STL string实现　262

16.4　总结　262

16.5　问与答　262

16.6　作业　263

16.6.1　测验　263

16.6.2　练习　263

第 17章　STL动态数组类　264

17.1　std::vector的特点　264

17.2　典型的vector操作　264

17.2.1　实例化vector　264

17.2.2　使用push_back()在末尾插入元素　266

17.2.3　使用insert()在指定位置插入元素　267

17.2.4　使用数组语法访问vector中的元素　269

17.2.5　使用指针语法访问vector中的元素　270

17.2.6　删除vector中的元素　271

17.3　理解大小和容量　272

17.4　STL deque 类　273

17.5　总结　275

17.6　问与答　275

17.7　作业　276

17.7.1　测验　276

17.7.2　练习　276

第 18章　STL list和forward_list　277

18.1　std::list的特点　277

18.2　基本的list操作　277

18.2.1　实例化std::list对象　277

18.2.2　在list开头或末尾插入元素　279

18.2.3　在list中间插入元素　280

18.2.4　删除list中的元素　282

18.3　对list中的元素进行反转和排序　283

18.3.1　使用list::reverse()反转元素的排列顺序　283

18.3.2　对元素进行排序　284

18.3.3　对包含对象的list进行排序以及删除其中的元素　286

18.4　总结　290

18.5　问与答　290

18.6　作业　291

18.6.1　测验　291

18.6.2　练习　291

第 19章　STL集合类　292

19.1　简介　292

19.2　STL set和multiset的基本操作　293

19.2.1　实例化std::set对象　293

19.2.2　在set或multiset中插入元素　294

19.2.3　在STL set或multiset中查找元素　296

19.2.4　删除STL set或multiset中的元素　297

19.3　使用STL set和multiset的优缺点　300

19.4　总结　303

19.5　问与答　303

19.6　作业　304

19.6.1　测验　304

19.6.2　练习　304

第 20章　STL映射类　305

20.1　STL映射类简介　305

20.2　std::map和std::multimap的基本操作　306

20.2.1　实例化std::map和std::multimap　306

20.2.2　在STL map或multimap中插入元素　307

20.2.3　在STL map或multimap中查找元素　309

20.2.4　在STL multimap中查找元素　311

20.2.5　删除STL map或multimap中的元素　312

20.3　提供自定义的排序谓词　313

20.3.1　散列表的工作原理　316

20.3.2　使用C++11散列表unordered_map和unordered_multimap　316

20.4　总结　319

20.5　问与答　319

20.6　作业　320

20.6.1　测验　320

20.6.2　练习　320

第 21章　理解函数对象　321

21.1　函数对象与谓词的概念　321

21.2　函数对象的典型用途　321

21.2.1　一元函数　321

21.2.2　一元谓词　325

21.2.3　二元函数　326

21.2.4　二元谓词　328

21.3　总结　330

21.4　问与答　330

21.5　作业　330

21.5.1　测验　330

21.5.2　练习　330

第 22章　C++ lambda表达式　331

22.1　lambda表达式是什么　331

22.2　如何定义lambda表达式　332

22.3　一元函数对应的lambda表达式　332

22.4　一元谓词对应的lambda表达式　333

22.5　通过捕获列表接受状态变量的lambda表达式　334

22.6　lambda表达式的通用语法　335

22.7　二元函数对应的lambda表达式　336

22.8　二元谓词对应的lambda表达式　337

22.9　总结　339

22.10　问与答　340

22.11　作业　340

22.11.1　测验　340

22.11.2　练习　340

第 23章　STL算法　341

23.1　什么是STL算法　341

23.2　STL算法的分类　341

23.2.1　非变序算法　341

23.2.2　变序算法　342

23.3　使用STL算法　343

23.3.1　根据值或条件查找元素　343

23.3.2　计算包含给定值或满足给定条件的元素数　345

23.3.3　在集合中搜索元素或序列　346

23.3.4　将容器中的元素初始化为指定值　348

23.3.5　使用std::generate()将元素设置为运行阶段生成的值　349

23.3.6　使用for_each()处理指定范围内的元素　350

23.3.7　使用std::transform()对范围进行变换　352

23.3.8　复制和删除操作　354

23.3.9　替换值以及替换满足给定条件的元素　356

23.3.10　排序、在有序集合中搜索以及删除重复元素　357

23.3.11　将范围分区　359

23.3.12　在有序集合中插入元素　360

23.4　总结　362

23.5　问与答　362

23.6　作业　363

23.6.1　测验　363

23.6.2　练习　363

第 24章　自适应容器：栈和队列　364

24.1　栈和队列的行为特征　364

24.1.1　栈　364

24.1.2　队列　365

24.2　使用STL stack类　365

24.2.1　实例化stack　365

24.2.2　stack的成员函数　366

24.2.3　使用push()和pop()在栈顶插入和删除元素　366

24.3　使用STL queue类　367

24.3.1　实例化queue　368

24.3.2　queue的成员函数　368

24.3.3　使用push()在队尾插入以及使用pop()从队首删除　369

24.4　使用STL优先级队列　370

24.4.1　实例化priority_queue类　370

24.4.2　priority_queue的成员函数　371

24.4.3　使用push()在priority_queue末尾插入以及使用pop()在priority_queue开头删除　372

24.5　总结　373

24.6　问与答　373

24.7　作业　374

24.7.1　测验　374

24.7.2　练习　374

第 25章　使用STL位标志　375

25.1　bitset类　375

25.2　使用std::bitset及其成员　376

25.2.1　std:bitset的运算符　376

25.2.2　std::bitset的成员方法　377

25.3　vector　378

25.3.1　实例化vector　378

25.3.2　vector的成员函数和运算符　379

25.4　总结　380

25.5　问与答　380

25.6　作业　381

25.6.1　测验　381

25.6.2　练习　381

第 26章　理解智能指针　382

26.1　什么是智能指针　382

26.1.1　常规(原始)指针存在的问题　382

26.1.2　智能指针有何帮助　383

26.2　智能指针是如何实现的　383

26.3　智能指针类型　384

26.3.1　深复制　384

26.3.2　写时复制机制　385

26.3.3　引用计数智能指针　386

26.3.4　引用链接智能指针　386

26.3.5　破坏性复制　386

26.4　深受欢迎的智能指针库　389

26.5　总结　389

26.6　问与答　389

26.7　作业　390

26.7.1　测试　390

26.7.2　练习　390

第 27章　使用流进行输入和输出　391

27.1　流的概述　391

27.2　重要的C++流类和流对象　391

27.3　使用std::cout将指定格式的数据写入控制台　392

27.3.1　使用std::cout修改数字的显示格式　393

27.3.2　使用std::cout对齐文本和设置字段宽度　394

27.4　使用std::cin进行输入　395

27.4.1　使用std::cin将输入读取到基本类型变量中　395

27.4.2　使用std::cin:get将输入读取到char数组中　396

27.4.3　使用std::cin将输入读取到std::string中　397

27.5　使用std::fstream处理文件　398

27.5.1　使用open()和close()打开和关闭文件　398

27.5.2　使用open()创建文本文件并使用运算符<<写入文本　399

27.5.3　使用open()和运算符>>读取文本文件　399

27.5.4　读写二进制文件　400

27.6　使用std::stringstream对字符串进行转换　402

27.7　总结　403

27.8　问与答　403

27.9　作业　403

27.9.1　测验　403

27.9.2　练习　404

第 28章　异常处理　405

28.1　什么是异常　405

28.2　导致异常的原因　405

28.3　使用try和catch捕获异常　406

28.3.1　使用catch(...)处理所有异常　406

28.3.2　捕获特定类型的异常　407

28.3.3　使用throw引发特定类型的异常　408

28.4　异常处理的工作原理　409

28.4.1　std::exception类　411

28.4.2　从std::exception派生出自定义异常类　411

28.5　总结　413

28.6　问与答　413

28.7　作业　413

28.7.1　测验　414

28.7.2　练习　414

第 29章　继续前行　415

29.1　当今的处理器有何不同　415

29.2　如何更好地利用多个内核　416

29.2.1　线程是什么　416

29.2.2　为何要编写多线程应用程序　417

29.2.3　线程如何交换数据　417

29.2.4　使用互斥量和信号量同步线程　418

29.2.5　多线程技术带来的问题　418

29.3　编写杰出的C++代码　418

29.4　更深入地学习C++　419

29.4.1　在线文档　419

29.4.2　提供指南和帮助的社区　420

29.5　总结　420

29.6　问与答　420

29.7　作业　420

附录A　二进制和十六进制　421

A.1　十进制　421

A.2　二进制　421

A.2.1　计算机为何使用二进制　422

A.2.2　位和字节　422

A.2.3　1KB相当于多少字节　422

A.3　十六进制　422

A.4　不同进制之间的转换　423

A.4.1　通用转换步骤　423

A.4.2　从十进制转换为二进制　423

A.4.3　从十进制转换为十六进制　424

附录B　C++关键字　425

附录C　运算符优先级　426

附录D　答案　427

附录E　ASCII码　456