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C++程序设计

电子科技大学

余盛季

主讲课程

C++程序设计、形式语言与自动机、程序设计语言与编译

研究方向

程序设计语言、计算理论、云计算

什么是C++

C + 面向对象 + 其它

为什么要学习C++

https://www.tiobe.com/tiobe-index

如何学习C++

读代码 + 写代码 + 调代码

课程安排

学时分配 总学时（32）：课堂讲授（16）+ 上机实验（16）

成绩构成 课后作业（码图作业，30%）实验报告（精灵游戏，20%）期末考试（码图考试，50%）

教材 C与C++程序设计（戴波）

参考书 The C++ Programming Language（Bjarne Stroustrup） C++ Primer（Stanley B. Lippman）

课程MOOC www.icourse163.org/course/UESTC-1001774006?tid=1465243448

实验环境

编辑器 + 编译器 + 调试器

编辑器

Visual Studio Code

下载：https://code.visualstudio.com/

Download > Windows > User Installer > 64bit

文件：VSCodeUserSetup-x64-1.58.2.exe

插件：C/C++、Marp for VS Code

编译器

GCC (GNU Compiler Collection)

下载：https://sourceforge.net/projects/mingw-w64/files/

MinGW-W64 GCC-8.1.0 > x86_64-win32-seh

文件：x86_64-8.1.0-release-win32-seh-rt_v6-rev0.7z

解压到任意文件夹，例如 C:\tools\mingw64。

将mingw64中的bin目录添加到环境变量Path中：桌面 > 右击“此电脑” > 属性 > 高级系统设置 > 环境变量 > 用户变量 > Path > 编辑 > 新建 > ...\...\mingw64\bin

打开命令提示符，执行命令 g++ --version，出现版本信息，表示编译器安装成功。

C:\>g++ --version
g++ (x86_64-win32-seh-rev0, Built by MinGW-W64 project) 8.1.0
Copyright (C) 2018 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

C:\>

调试器

GDB (The GNU Project Debugger)

打开命令提示符，执行命令gdb --version，出现版本信息，表示调试器安装成功。

C:\>gdb --version
GNU gdb (GDB) 8.1
Copyright (C) 2018 Free Software Foundation, Inc.
License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later <http://gnu.org/licenses/gpl.html>
This is free software: you are free to change and redistribute it.

C:\>

参考资料 C/C++ for Visual Studio Code Using GCC with MinGW GCC参数详解 C++ GDB调试大全

C++程序实例

第一个C++程序

int main()
{
    return 0; /* 1、2、3…… */
}

编译：g++ test.cpp -o test.exe 执行：test.exe 查看结果（返回值）：

echo %errorlevel%

第二个C++程序

#include <stdio.h>
int main()
{
    printf("Hello, I'm a C++ program.\n");
    return 0;
}

库函数：printf 头文件：stdio.h 全路径：C:\tools\mingw64\x86_64-w64-mingw32\include\stdio.h

第三个C++程序

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    cout << "Hello, I'm really a C++ program." << endl;
    return 0;
}

输出流对象：cout 头文件：iostream 全路径：C:\tools\mingw64\lib\gcc\x86_64-w64-mingw32\8.1.0\include\c++\iostream

输入与输出

输出流对象：cout 左移运算符：<<

int a = 1, b = 2;
printf("a + b = %d \n", a + b);

int c = 3, d = 4;
cout << "c + d = " << c + d << endl;

输入流对象：cin 右移运算符：>>

int a, b;
scanf("%d %d", &a, &b);
printf("a + b = %d \n", a + b);

int c, d;
cin >> c >> d;
cout << "c + d = " << c + d << endl;

参考资料 cout格式化输出 cin深入分析

数据类型

逻辑类型 + 引用类型 + 类类型

逻辑类型

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    int i,j;
    bool a = true;
    bool b = false;
    cout << "a = " << a << ", " << "b = " << b << endl;

    i=a;
    j=b;
    cout << "i = " << i << ", " << "j = " << j << endl;

    a = !i;
    b = !j;
    cout << "a = " << a << ", " << "b = " << b << endl;
    return 0;
}

引用类型

独立引用

引用就是别名。

int number = 10;
int & n = number;
n = 20;
cout << number << " " << n << endl;

引用的初始化

必须在定义的时候初始化，之后一直作为该变量的别名，不能再作为其它的变量的别名。

int a=1, b=2;
int &n = a;
n = b;
n = 3;
cout << a << " " << b << " " << endl;

如何验证引用是另一个变量的别名？

程序调试

设置编译选项：g++ -g test.cpp -o test.exe

启动调试器：gdb test.exe

执行与退出：run, quit ……

设置断点：break, info, del, enable, disable, watch ……

控制程序执行：next, step, continue, finish, set, call ……

查看程序状态：list, print, display, info, watch, backtrace ……

常引用

普通引用不能作为常量的别名。

常引用可以作为常量的别名。

const int & n = 1;

或

int const & n = 1;

常引用也可以作为变量的别名。

int a=1;
const int & n = a;

或

int a=1;
int const & n = 1;

无论怎样，常引用的值都不能修改。

n = 3; /* 错误 */

常量与宏

#define PI 3.14

int main()
{
    float x, y;
    float const pi=3.14;

    x=PI;
    y=pi;
    cout << x << " " << y << endl;

    return 0;
}

常量与指针

#define PI 3.14

int main()
{
    float x, y;
    float const pi=3.14;

    x=PI;
    y=pi;
    cout << x << " " << y << endl;


    float * const p1=&x;
    // p1=&y;
    // *p1=1.11;

    float const * p2=&x;
    // p2=&y;
    // *p2=1.11;

    float const * const p3=&x;
    // p3=&y;
    // *p3=1.11;

    cout << x << " " << y << endl;

    return 0;
}

几个容易混淆的概念

指针常量：指针类型的常量（别乱指）

常量指针：指向常量的指针（别乱动）

指向常量的指针常量（别乱指 + 别乱动）

函数参数

普通变量作为参数

void swap(int x, int y)
{
    int tmp;
    tmp=x;
    x=y;
    y=tmp;
}

指针变量作为参数

void swap(int * x, int * y)
{
    int tmp;
    tmp=*x;
    *x=*y;
    *y=tmp;
}

引用作为参数

void swap(int & x, int & y)
{
    int tmp;
    tmp=x;
    x=y;
    y=tmp;
}

引用作为形参时，在函数调用时用实参对其进行初始化。

函数返回值

返回普通类型（右值）

int x=1;
int f()
{
    x=2;
    return x;
}
int main()
{
    int a=3;
    a = f(); 
    cout << a << endl;
}

右值只能放在赋值符号的右边，因为它代表的仅仅是一个“值”。

返回引用（左值）

int x=1;
int & f()
{
    x=2;
    return x;
}
int main()
{
    int a=3;
    f() = a; 
    cout << x << endl;
}

左值既可以放在赋值符号的左边，也可以放在赋值符号的右边，因为它代表的是一个“内存单元”。

内联函数

inline int add(int value) 
{
    int x;
    x = value + 1;
    x = x + 2;
    x = x + 3;
    return x;
}

int main()
{
    int a,b;
    cin >> a;
    b=add(a);
    cout << b << endl;
    return 0;
}

内联与编译优化

inline仅仅是程序员对编译器提出的一个优化建议，是否采纳，还要看编译器自己。

即使不提这个建议，编译器也可能在适当的时候自动进行内联。

编译优化选项：-O

g++ -O test.cpp -o test.exe

函数重载

int GetMax2(int x, int y)
{
    if(x>y)
        return x;
    else
        return y;
}

int GetMax3(int x, int y, int z)
{
    int tmp1,tmp2;
    tmp1=GetMax2(x,y);
    tmp2=GetMax2(tmp1,z);
    return tmp2;
}

int main()
{
    return 0;
}

在编译的过程中，编译器会把函数名在原先的基础上做一些改变。

C 编译器：

gcc test.c -o test.exe
nm test.exe | find "GetMax"
004015c0 T _GetMax2
004015d5 T _GetMax3

C++ 编译器：

g++ test.cpp -o test.exe
nm test.exe | find "GetMax"
004015c0 T __Z7GetMax2ii
004015d5 T __Z7GetMax3iii

C++ 编译器的修改方式，使得源代码中即使使用了两个完全相同的函数名，在编译的过程中也不会发生重名冲突，只要满足以下两个条件之一即可：

参数个数不同
参数类型不同

参数个数不同：

int GetMax(int x, int y)
int GetMax(int x, int y, int z)

修改后的函数名：

nm test.exe | find "GetMax"
004015c0 T __Z6GetMaxii
004015d5 T __Z6GetMaxiii

参数类型不同：

int GetMax(int x, int y)
int GetMax(float x, float y)

修改后的函数名：

nm test.exe | find "GetMax"
004015d5 T __Z6GetMaxff
004015c0 T __Z6GetMaxii

当存在形参个数或类型不同的同名函数，在函数调用时，编译器会根据实参的类型及个数的最佳匹配来选择调用哪一个函数。

通过调试器观察函数何时被调用：

(gdb) b *0x004015c0
Breakpoint 3 at 0x4015c0: file test.cpp, line 5.
(gdb) b *0x004015d5
Breakpoint 4 at 0x4015d5: file test.cpp, line 13.

默认形参值

可以在定义函数时给出默认的形参值。调用函数时如果给出了实参值，则使用给出的实参值；如果未给出实参值，则使用默认的形参值。

int register(int number, char const * name, int age=18, char const * country="China")
{
    cout << "Number: " << number << endl;
    cout << "Name: " << name << endl;
    cout << "Age: " << age << endl;
    cout << "Country: " << country << endl << endl;
    return 0;
}
int main()
{
    register(1,"ZhangSan");
    register(2,"LiSi");
    register(3,"WangWu", 20);
    register(4,"Tom", 18, "England");
    return 0;
}

形参的顺序 无默认值的形参在前，有默认值的形参在后。

注意本身不是函数重载，但可能会和函数重载相互影响。编译器处理函数调用时，如果不能确定该调用哪个函数，则会出现编译错误；如果能够确定该调用哪个函数，则不会出现编译错误。

int register(int number, char const * name, int age=18, char const * country="China")
{
    cout << "Number: " << number << endl;
    cout << "Name: " << name << endl;
    cout << "Age: " << age << endl;
    cout << "Country: " << country << endl << endl;
    return 0;
}

int register(int number, char const * name)
{
    cout << "Number: " << number << endl;
    cout << "Name: " << name << endl;
    cout << "Age: " << 18 << endl;
    cout << "Country: " << "China" << endl << endl;
    return 0;
}


int main()
{
    register(1,"ZhangSan"); /* error */
    register(2,"LiSi"); /* error */
    register(3,"WangWu", 20); 
    register(4,"Tom", 18, "England"); 
    return 0;
}

动态内存管理

C语言的动态内存分配和释放使用函数：malloc()、free()、……

它们来自标准函数库。

#include <stdlib.h>

int main()
{
    int * a;
    a = malloc(sizeof(int));
    free(a);
    return 0;
}

C++语言的动态内存分配和释放使用运算符：new、delete

它们是语言的组成部分。

int main()
{
    int * a;
    a = new int;
    delete a;
    return 0;
}

分配和释放一个变量的空间

type *p; p=new type; delete p;

int main()
{
    int * a;
    a = new int;
    *a = 123;
    cout << *a;
    delete a;
    return 0;
}

分配和释放一个变量的空间（初始化）

type *p; p=new type(x); delete p;

int main()
{
    int * a;
    a = new int(456);
    cout << *a;
    delete a;
    return 0;
}

分配和释放一个数组的空间

type *p; p=new type[x]; delete []p;

#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;

int main()
{
    char * a;
    a = new char[10];
    strcpy(a,"hello");
    cout << a;
    delete []a;
    return 0;
}

分配和释放一个数组的空间（初始化）

type *p; p=new type[x]{i,j,k,...}; delete []p;

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    char * a;
    a = new char[10]{'h','e', 'l', 'l', 'o'};
    cout << a;
    delete []a;
    return 0;
}

new与delete必须配合使用

未delete或重复delete，都可能导致程序崩溃。

这与操作系统的内存管理方式紧密相关。

#include <iostream>
using namespace std;

void func(int i)
{
    char *p;
    p=new char[1000000];
    cout  << i << endl;
    delete []p;
}


int main()
{
    for(int i=1; i<=4000; i++){
        func(i);
    }

    cout << "OK" << endl;
    return 0;
}

课后复习

课程MOOC www.icourse163.org/course/UESTC-1001774006?tid=1465243448 第七章 C++基础

码图作业 matu.uestc.edu.cn 班级：C++程序设计（2021）第7章作业1 第7章作业2

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引用类型

独立引用

常引用

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函数返回值

内联函数

函数重载

默认形参值

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函数返回值

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