C++11教程：轻松入门与实践

本文提供了C++11基本语法的详细介绍，包括变量、数据类型、运算符及表达式等内容。文章还深入讲解了C++11的控制结构、函数与库的使用，以及面向对象编程的基础知识。此外，文章还解析了C++11的新特性，如智能指针、range-based for循环和lambda表达式，并通过实践项目演练帮助读者更好地理解和应用C++11教程中的知识。

C++11教程：轻松入门与实践 1. C++11基本语法介绍

1.1 变量与数据类型

在C++程序中，变量是用来存储数据的容器。不同的变量类型决定了它能存储的数据类型。C++支持多种数据类型，包括整型、浮点型、字符型等。

整型

整型变量可以存储整数值。常见的整型数据类型有int、short、long和long long。

int num1 = 10; // 32位整数
short num2 = 5; // 16位整数
long num3 = 2000000000; // 32位或64位整数，取决于编译器
long long num4 = 999999999999999999; // 64位整数

浮点型

浮点型变量用于存储浮点数。常见的浮点型数据类型有float和double。

float num1 = 3.14f; // 32位浮点数
double num2 = 3.141592653589793238; // 64位浮点数

字符型

字符型变量用于存储字符。常见的字符型数据类型有char和wchar_t。

char letter = 'A'; // ASCII字符
wchar_t wideChar = L'B'; // 宽字符

布尔型

布尔型变量只可以存储true或false。

bool flag = true;

1.2 常量与字面量

常量是指在程序运行期间其值不能被改变的变量。C++提供了const关键字来定义常量。

常量定义

使用const关键字定义常量。

const int maxCount = 100; // 常量整数
const double pi = 3.14159; // 常量浮点数
const char* greeting = "Hello"; // 常量字符串

字面量

字面量是指直接在代码中写出的常量。

int num = 42; // 整数字面量
double pi = 3.14159; // 浮点数字面量
char letter = 'A'; // 字符字面量
bool flag = true; // 布尔字面量

1.3 运算符与表达式

C++提供了多种运算符用于执行不同的操作。

算术运算符

算术运算符包括加、减、乘、除、取余等。

int a = 10, b = 3;
int sum = a + b; // 加法: 13
int difference = a - b; // 减法: 7
int product = a * b; // 乘法: 30
int quotient = a / b; // 除法: 3
int remainder = a % b; // 取余: 1

逻辑运算符

逻辑运算符包括逻辑与、逻辑或、逻辑非等。

bool a = true, b = false;
bool andResult = a && b; // 逻辑与: false
bool orResult = a || b; // 逻辑或: true
bool notResult = !b; // 逻辑非: true

位运算符

位运算符用于操作二进制位，包括位与、位或、位异或、位非、左移、右移等。

int a = 6; // 二进制表示为 0110
int b = 3; // 二进制表示为 0011

int andResult = a & b; // 位与: 0010 (2)
int orResult = a | b; // 位或: 0111 (7)
int xorResult = a ^ b; // 位异或: 0101 (5)
int notResult = ~a; // 位非: 1001 (9 在 8 位系统中)
int leftShiftResult = a << 1; // 左移一位: 1100 (12)
int rightShiftResult = a >> 1; // 右移一位: 0011 (3)

2. C++11控制结构

2.1 条件语句

条件语句允许程序根据条件表达式的值选择执行不同的代码块。常见的条件语句有if语句和switch语句。

if 语句

if语句用来判断条件是否满足，并根据条件执行相应的代码块。

int age = 18;
if (age >= 18) {
    std::cout << "成年人";
} else {
    std::cout << "未成年人";
}

switch 语句

switch语句根据变量的值选择执行相应的代码块。

int score = 85;
switch (score / 10) {
    case 10:
    case 9:
    case 8:
        std::cout << "优秀";
        break;
    case 7:
    case 6:
        std::cout << "良好";
        break;
    default:
        std::cout << "需要努力";
        break;
}

2.2 循环语句

循环语句用于重复执行代码块，直到满足特定条件为止。常见的循环语句有for循环、while循环和do-while循环。

for 循环

for循环用于已知循环次数的情况。

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    std::cout << "循环 " << i << std::endl;
}

while 循环

while循环用于在循环开始时判断是否满足条件。

int i = 0;
while (i < 5) {
    std::cout << "循环 " << i << std::endl;
    i++;
}

do-while 循环

do-while循环用于在循环结束时判断是否满足条件。

int i = 0;
do {
    std::cout << "循环 " << i << std::endl;
    i++;
} while (i < 5);

2.3 分支结构

分支结构允许在满足某些条件时执行不同的代码块。if语句和switch语句是常见的分支结构。

int number = 10;
if (number > 5) {
    std::cout << "大于 5";
} else {
    std::cout << "小于等于 5";
}

switch (number) {
    case 10:
        std::cout << "等于 10";
        break;
    default:
        std::cout << "不等于 10";
}

3. 函数与库

3.1 函数定义与调用

函数是一种封装代码块的方法，可以接受参数并返回值。函数定义包括函数名、参数列表、返回类型和函数体。

函数定义

定义一个简单的函数来返回两个数的和。

int sum(int a, int b) {
    return a + b;
}

函数调用

调用函数时传递参数并获取返回值。

int result = sum(3, 5);
std::cout << "结果是 " << result << std::endl;

3.2 内置函数与自定义函数

C++提供了丰富的内置函数，同时也允许开发者自定义函数。

内置函数

内置函数如std::cout用于输出信息。

std::cout << "Hello, World!" << std::endl;

自定义函数

自定义函数用于执行特定任务。

void greet(const std::string& name) {
    std::cout << "你好，" << name << std::endl;
}

greet("张三");

3.3 标准库介绍

C++标准库提供了许多函数和类，方便开发者进行各种操作。常见的标准库包括<iostream>、<string>和<vector>等。

iostream

<iostream>用于输入输出流操作。

#include <iostream>

int main() {
    std::cout << "你好，世界!" << std::endl;
    std::cin >> "请输入一个整数：";
    int num;
    std::cin >> num;
    std::cout << "你输入的是: " << num << std::endl;
    return 0;
}

string

<string>用于字符串操作。

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string str = "你好，世界!";
    std::cout << str << std::endl;
    str += " 欢迎!";
    std::cout << str << std::endl;
    return 0;
}

vector

<vector>用于动态数组操作。

#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> numbers;
    numbers.push_back(1);
    numbers.push_back(2);
    numbers.push_back(3);
    for (int num : numbers) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

4. 面向对象编程基础

4.1 类与对象

面向对象编程的核心概念是类和对象。类是一种模板，定义了对象的属性和行为；对象是类的实例。

定义类

定义一个简单的Person类。

class Person {
public:
    std::string name;
    int age;

    void introduce() {
        std::cout << "姓名： " << name << ", 年龄： " << age << std::endl;
    }
};

创建对象

创建Person类的实例。

int main() {
    Person p1;
    p1.name = "张三";
    p1.age = 25;
    p1.introduce();
    return 0;
}

4.2 成员变量与成员函数

成员变量用于存储类的状态，成员函数用于执行类的操作。

成员变量

定义类的成员变量。

class Person {
public:
    std::string name;
    int age;
};

成员函数

定义类的成员函数。

class Person {
public:
    std::string name;
    int age;

    void introduce() {
        std::cout << "姓名： " << name << ", 年龄： " << age << std::endl;
    }
};

4.3 继承与多态

继承允许一个类继承另一个类的属性和方法。多态允许子类重写父类的方法，以提供特定的实现。

单继承

定义一个Student类继承自Person类。

class Person {
public:
    std::string name;
    int age;

    void introduce() {
        std::cout << "姓名： " << name << ", 年龄： " << age << std::endl;
    }
};

class Student : public Person {
public:
    int studentID;

    void introduce() {
        Person::introduce();
        std::cout << "学号： " << studentID << std::endl;
    }
};

多态

使用多态执行不同类的对象。

void printInfo(Person* person) {
    person->introduce();
}

int main() {
    Student s1;
    s1.name = "李四";
    s1.age = 20;
    s1.studentID = 12345;
    printInfo(&s1); // 多态调用
    return 0;
}

5. C++11新特性解析

5.1 智能指针

智能指针是一种自动管理内存的指针，可以避免内存泄漏。常见的智能指针有std::unique_ptr和std::shared_ptr。

unique_ptr

std::unique_ptr是一种独占所有权的智能指针。

#include <memory>

int main() {
    std::unique_ptr<int> ptr = std::make_unique<int>(10);
    std::cout << *ptr << std::endl;
    ptr.reset(); // 释放内存
    return 0;
}

shared_ptr

std::shared_ptr是一种共享所有权的智能指针。

#include <memory>

int main() {
    std::shared_ptr<int> ptr1 = std::make_shared<int>(10);
    std::shared_ptr<int> ptr2 = ptr1; // 共享所有权
    std::cout << *ptr1 << std::endl;
    std::cout << *ptr2 << std::endl;
    return 0;
}

5.2 range-based for循环

range-based for循环允许遍历容器中的所有元素。

#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
    for (int num : numbers) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

5.3 lambda表达式

lambda表达式允许在代码中定义匿名函数。

#include <iostream>

int main() {
    auto add = [](int a, int b) -> int {
        return a + b;
    };
    std::cout << "结果是: " << add(3, 5) << std::endl;
    return 0;
}

6. 实践项目演练

6.1 小项目案例分析

本节通过一个小项目案例来展示如何使用C++11的新特性和面向对象编程。

#include <iostream>
#include <string>

class ShoppingCart {
public:
    void addItem(const std::string& item) {
        items.push_back(item);
    }

    void displayItems() const {
        for (const auto& item : items) {
            std::cout << item << std::endl;
        }
    }

private:
    std::vector<std::string> items;
};

int main() {
    ShoppingCart cart;
    cart.addItem("苹果");
    cart.addItem("香蕉");
    cart.addItem("橙子");
    cart.displayItems();
    return 0;
}

6.2 编码与调试技巧

编写高质量代码时需要掌握一些编码和调试技巧。

编码技巧

• 使用有意义的变量名。
• 遵循一致的代码风格。
• 注释代码，解释复杂的逻辑。

// 使用有意义的变量名
int totalScore = 0;
// 遵循一致的代码风格
int sum = a + b;
// 注释代码，解释复杂的逻辑
// 计算总分并更新
totalScore += score;

调试技巧

• 使用调试工具。
• 打印调试信息。
• 单元测试。

#include <iostream>

int main() {
    int x = 5;
    std::cout << "x 的值是: " << x << std::endl;
    // 单元测试
    if (x < 10) {
        std::cout << "测试通过" << std::endl;
    } else {
        std::cout << "测试失败" << std::endl;
    }
    return 0;
}

6.3 代码优化与风格规范

代码优化和风格规范是提高代码质量和可维护性的关键。

代码优化

• 减少不必要的计算。
• 优化循环和条件语句。
• 使用合适的数据结构。

// 减少不必要的计算
int product = a * b;
// 优化循环
for (int i = 0; i < 100; i += 2) {
    // 处理奇数
}
// 使用合适的数据结构
std::map<int, int> scores;

代码风格规范

• 使用一致的缩进和空格。
• 遵循命名约定。
• 保持代码简洁和清晰。

// 使用一致的缩进和空格
if (a == b) {
    std::cout << "相等" << std::endl;
} else {
    std::cout << "不相等" << std::endl;
}
// 遵循命名约定
int totalScore = 0;
// 保持代码简洁和清晰
int result = a + b;

通过以上内容，读者可以对C++11的新特性和编程技巧有更深的了解。推荐读者在实际项目中应用这些知识，以提高开发效率。更多C++编程资源可以在慕课网找到。