【C++】ThefundamentalsofC++

《C++程序设计基础教程》——刘厚泉，李政伟，二零一三年九月版，学习笔记

---

文章目录 【前言】C 和 C++ 的区别与联系1、程序设计语言简介2、C++语言的特点与程序结构3、过程型程序设计4、面向对象程序设计

---

【前言】C 和 C++ 的区别与联系

C 和 C++是两种不同的编程语言，它们之间存在区别与联系。

区别

（1）语法特性：

C语言是面向过程的编程语言，注重程序的过程和函数的设计，语法相对简洁。

C++在C语言的基础上添加了面向对象的特性，如类、对象、继承、多态等，使得代码更加模块化和可复用。

（2）标准库：

C语言的标准库主要包括输入输出函数、字符串处理函数等。C++在C语言标准库的基础上，添加了大量的模板库，如STL（Standard Template Library），包括容器、算法、迭代器等，方便开发和使用。

（3）内存管理：

C语言需要手动管理内存，包括分配和释放内存空间。C++引入了自动内存管理机制，通过构造函数和析构函数自动处理内存的分配和释放，避免了内存泄漏和越界访问的问题。此外，C++还引入了智能指针等特性来进一步简化内存管理。

（4）异常处理：

C语言中没有原生的异常处理机制，开发者需要使用错误码或其他方式来处理错误和异常情况。C++引入了异常处理机制（try-catch语句），可以捕获和处理程序运行过程中的异常情况，使得错误处理更加灵活和易于管理。

（5）名称空间：

C++引入了命名空间（namespace）的概念，可以用来避免不同库或代码之间的命名冲突问题。而C语言没有命名空间的概念，通常通过文件作用域和static关键字来避免命名冲突。

（6）文件后缀名：

C语言的源文件通常使用“.c”作为文件扩展名。C++的源文件则通常使用“.cpp”作为文件扩展名。

联系

（1）兼容性：C++是C语言的超集，大部分符合C语言语法规范的程序也可以在C++环境中编译和运行。C++程序员可以在C++中直接使用C语言代码，包括数据类型、基本语法结构、运算符以及大多数标准库函数等。

（2）应用场景：C语言以其高效、简洁的特点广泛应用于嵌入式和底层开发等领域；而C++则凭借其丰富的特性和灵活性适用于系统软件和应用软件的开发，如大型软件系统、图形图像处理、游戏开发等。

综上所述，C和C++在语法特性、标准库、内存管理、异常处理、名称空间以及文件后缀名等方面存在显著区别，但同时它们之间也存在紧密的联系和兼容性。在实际应用中，开发者可以根据项目的需求选择合适的语言来实现最优的开发效果。

1、程序设计语言简介

1）程序设计是人机交互的重要媒介

学好程序设计包含两个方面的内容，一方面要熟练掌握程序设计语言的使用方法，另一方面也要学会计算机思维分析和表达现实世界的问题。

2）程序设计语言的发展概况

机器语言：0，1 编码的指令序列构成，依赖于特定型号的计算机硬件，执行效率高，但难移植，对程序员来说编写、阅读和修改都比较困难

汇编语言：“ADD”、“MOV”，尝试用一些简洁的英文符号来代替指令中特定的二进制串，虽然也对硬件比较依赖，移植性不好，但程序精炼且质量高

高级语言：上述两种语言开发效率低且容易出错，人们开始寻找一种接近于数学或自然语言的编程语言，不依赖于硬件，编出的程序能在不同的机器上通用。第一个完全脱离机器硬件的高级语言 FORTRAN 于 1954 年问世！高级语言的发展也经历了从早期的无结构语言到结构化语言，从过程型语言到面向对象语言的历程

2、C++语言的特点与程序结构

1）C++语言的特点

语言简练、程序结构简单：大部分功能都由各种标准函数和类来实现数据类型丰富、齐全：整数、实数、字符、字符串等基本数据类型，数组、指针、结构体等构造数据类型，还有类这一个特殊数据类型运算符丰富、齐全：有常规运算符（算数、逻辑、关系运算符）和硬件有关的运算符（位、地址运算符）语言的通用性及可移植性强：

2）简单的 C++ 程序例

eg 1-1 输出 “Hello World”

#include <iostream> using namespace std; int main() { cout << "Hello World"; return 0; }

第一行，是一个“文件包含指令”，是 C++ 编译预处理指令之一，作用是将文件 iostream 的内容包含到该指令所在的程序文件中 第二行，使用命名空间 std，C++标准库中的类和函数的在命名空间 std 中进行了声明 cout 是 C++系统定义的对象名，成为输出流对象 return 返回 0 表示程序正常结束，如果程序不能正常执行，则会自动向操作系统返回一个非零值，一般为 -1

eg 1-2 求 a、b两个数之和

#include <iostream> using namespace std; int main() { int a,b,sum; cin>>a>>b; sum = a + b; cout<<"a+b="<<sum<<endl; return 0; }

>> 是“提取运算符”，cin 是输入对象流

endl 是 C++输出时的控制符，作用是换行，end line

eg 1-3 输出两个数中的较大数

#include <iostream> using namespace std; int max(int x, int y) { int z; if (x>y) z = x; else z = y; return z; } int main() { int a, b, m; cin >> a >> b; m = max(a, b); cout << "max=" << m << "\n"; return 0; }

output

1 2 max=2

输入的两个数据之间可用空格或回车键隔开

eg 1-4 用面向对象程序设计管理学生信息

#include <iostream> using namespace std; class Student {private: int num; int score; public: void setdata() { cin >> num; cin >> score; } void display() { cout<<"num="<<num<<endl; cout<<"score="<<score<<endl; } }; int main() { Student stu1, stu2; stu1.setdata(); stu2.setdata(); stu1.display(); stu2.display(); return 0; }

output

1 98 2 99 num=1 score=98 num=2 score=99

数据成员和成员函数

3）C++程序的结构

C++程序可以由一个或多个编译单元构成，每一个编译单元为一个文件一个文件可以包括编译预处理命令（#include <iostream>: 包含标准输入输出库，用于输入输出操作。 #define, #ifndef, #endif 等：用于条件编译和宏定义）、头文件、命名空间、全局声明、函数等部分一个函数由函数头部和函数体组成C++语句以分号结束一个C++程序总是从 main 函数开始执行的类是 C++ 新增加的重要的数据类型，是 C++ 对 C 的最重要的发展C++ 程序书写自由，一行内可以写几个语句，一个语句可以分写在多行上好的、有使用价值的源程序都应当加上必要的注释 3、过程型程序设计

1）过程型程序设计的特点

一个过程型程序应包括以下两方面内容：

对数据的描述（数据结构）

对操作的描述（算法）

程序 = 算法+数据结构

优点：

简单直观：过程型程序设计通常比较直观，易于理解和实现。程序按照步骤执行，逻辑清晰，对于小型项目或简单任务来说，这种直观性是优势。资源高效：在某些情况下，过程型程序设计可能更为资源高效，因为它通常不需要额外的抽象层，而直接执行任务步骤。易于调试：由于程序是按照顺序执行的，定位和调试问题相对较为容易。程序员可以逐步追踪代码的执行流程。

缺点：

可维护性差：随着项目规模的增大，过程型程序设计可能导致代码难以维护。添加新功能或修改现有功能可能会影响整个程序，增加了出错的可能性。可重用性差：过程型程序设计通常缺乏良好的模块化和抽象，使得代码的重用性降低。相同或类似的功能可能需要在不同的地方重复实现。不适用大型项目：在大型、复杂的项目中，过程型程序设计可能难以应对复杂性和需求的变化。面向对象编程等其他范式更适合大型项目的组织和管理。

2）程序设计流程图

算法的描述方法有用自然语言表示算法、流程图表示算法、N-S盒图表示算法、伪代码表示算法、计算机语言表示算法

4、面向对象程序设计

1）面向对象程序设计的特点

Object-Oriented Programming，OOP

抽象，Abstraction，忽略对象的无关细节，强调对象的关键特征和行为 简化问题提高代码的可读性促进代码重用 封装，Encapsulation 数据隐藏：对象的内部数据对外部不可见，只有通过对象的接口才能访问和修改这些数据提高代码的可维护性：封装将数据和操作封装在一起，形成一个独立的单元。这使得代码更加模块化和易于维护。当需要修改对象的行为时，只需修改对象内部的实现细节，而无需修改外部代码。促进代码重用 继承，Inheritance，它允许子类继承父类的属性和方法，从而实现代码的复用和扩展。 代码复用扩展功能建立层次结构 多态，Polymorphism，它允许不同类型的对象对相同的消息做出不同的响应。例如同样是加法，把两个字符串加一起和把两个整数加一起的内涵是完全不同的 提高代码的可重用性简化接口设计

2）如何进行面向对象程序设计

面向对象分析，Object Oriented Analysis，OOA面向对象设计，Object Oriented Design，OOD面向对象编程，Object Oriented Programming，OOP面向对象测试，Object Oriented Test，OOT面向对象维护，Object Oriented Soft Maintenance，OOSM

面向对象程序设计需要遵循一定的步骤和原则，包括需求分析、架构设计、详细设计、编程实现以及封装、继承、多态和抽象等面向对象设计的原则。通过定义类和对象、实现类的内部实现、建立对象之间的联系以及调试和测试等步骤，可以开发出高效、可维护和可扩展的面向对象程序。