C++核心知识点全解析：无差别学习必备手册 – wiki大全

作者： /

C++核心知识点全解析：无差别学习必备手册

引言

C++ 是一门功能强大、性能卓越的通用编程语言。自诞生以来，它凭借其面向对象、泛型编程以及高效的底层操作能力，在全球软件开发领域占据着不可或缺的地位。从操作系统、游戏引擎到金融交易系统、嵌入式设备，C++ 的身影无处不在。

掌握 C++ 不仅意味着掌握了一门能够应对高性能挑战的语言，更是对计算机科学底层原理的一次深度探索。本手册将系统性地梳理 C++ 的核心知识点，无论你是初学者还是希望巩固基础的开发者，都能从中获益。

第一部分：基础构建模块

C++ 的基础是构建复杂程序的基石。

1. 变量与数据类型

  • 基本类型: C++ 提供了一系列内置的数据类型，用于存储不同种类的数据。
  • int: 整型，用于存储整数。
  • char: 字符型，用于存储单个字符。
  • float, double: 浮点型，用于存储小数，double 精度更高。
  • bool: 布尔型，只有 true 和 false 两个值。
  • 类型修饰符: signed (有符号), unsigned (无符号), short (短整型), long (长整型) 可以与基本类型组合，以满足特定的数据范围需求。
  • 常量: 使用 const 关键字定义的变量，其值在初始化后不能被修改。
    cpp
    const double PI = 3.14159;

2. 运算符

运算符是用于执行数据运算的符号。C++ 提供了丰富的运算符，包括：
– 算术运算符: +, -, *, /, % (取模)。
– 关系运算符: ==, !=, >, <, >=, <=，用于比较。
– 逻辑运算符: && (与), || (或), ! (非)，用于组合逻辑条件。
– 位运算符: &, |, ^ (异或), ~ (取反), << (左移), >> (右移)，直接对数据的二进制位进行操作。
– 赋值运算符: =, +=, -=, *=, /= 等。

3. 控制流

控制流语句决定了程序的执行顺序。
– 条件语句:
– if-else: 根据条件执行不同的代码块。
– switch-case: 基于一个变量的多个可能值进行选择。
– 循环语句:
– for: 在已知循环次数时非常有用。
– while: 当循环条件在循环体内部改变时使用。
– do-while: 与 while 类似，但保证循环体至少执行一次。
– 跳转语句: break (跳出循环或switch), continue (跳过当前循环的剩余部分), goto (不推荐使用，易破坏程序结构)。

4. 函数

函数是执行特定任务的代码块，是模块化编程的基础。
– 定义与调用: 函数需要先声明（提供函数签名），再定义（实现函数体），然后才能被调用。
– 参数传递:
– 值传递: 传递参数的副本，函数内部的修改不影响原始变量。
– 引用传递: 传递参数的引用（别名），函数内部的修改会影响原始变量。
– 指针传递: 传递参数的地址，同样可以修改原始变量。
– 函数重载: 允许在同一作用域内定义多个同名函数，但它们的参数列表（类型或数量）必须不同。

第二部分：指针与内存管理

这是 C++ 的核心，也是其强大与复杂的根源。

1. 指针

指针是一个变量，其值为另一个变量的内存地址。
– 声明与使用: int* ptr; 声明一个指向整型的指针。& (取地址) 和 * (解引用) 是两个关键操作符。
cpp
int var = 10;
int* ptr = &var; // ptr 存储 var 的地址
*ptr = 20; // 通过 ptr 修改 var 的值为 20
– 指针与数组: 数组名在大多数情况下可以被视为指向数组首元素的指针。
– nullptr: C++11 引入的类型安全的空指针常量，用于替代旧的 NULL。

2. 内存管理

C++ 程序内存分为几个区域：栈、堆、静态/全局区。
– 栈 (Stack): 存储局部变量和函数参数。由编译器自动分配和释放，速度快但空间有限。
– 堆 (Heap): 用于动态内存分配。程序员需要手动管理。
– new: 在堆上分配内存。
– delete: 释放由 new 分配的内存。
– 内存泄漏: 如果忘记 delete 由 new 分配的内存，这部分内存将无法被再次使用，导致内存泄漏。
– 悬挂指针: 当指针指向的内存被释放后，该指针成为悬挂指针，对其解引用是未定义行为，非常危险。

3. 智能指针 (现代 C++)

为了解决手动内存管理的难题，C++11 引入了智能指针，利用 RAII (资源获取即初始化) 技术自动管理内存。
– std::unique_ptr: 独占所有权的智能指针。当 unique_ptr 被销毁时，它所指向的对象也会被自动释放。它不能被复制，只能被移动。
– std::shared_ptr: 共享所有权的智能指针。通过引用计数来跟踪有多少个 shared_ptr 指向同一个对象。当最后一个 shared_ptr 被销毁时，对象才会被释放。
– std::weak_ptr: weak_ptr 是一种不控制对象生命周期的智能指针，它指向由 shared_ptr 管理的对象。它的主要作用是协助 shared_ptr 工作，可以用来解决 shared_ptr 的循环引用问题。

第三部分：面向对象编程 (OOP)

C++ 是一门强大的面向对象语言，OOP 的三大特性是封装、继承和多态。

1. 类与对象

  • 类 (Class): 用户自定义的数据类型，是创建对象的蓝图。它封装了数据（成员变量）和操作这些数据的方法（成员函数）。
  • 对象 (Object): 类的实例。
  • 访问修饰符:
  • public: 类的外部可以访问。
  • private: 只有类的成员函数可以访问。
  • protected: 类的成员函数和其子类的成员函数可以访问。
  • 构造函数与析构函数:
  • 构造函数: 在创建对象时自动调用的特殊函数，用于初始化对象。
  • 析构函数: 在对象销毁时自动调用的特殊函数，用于清理资源。

2. 继承

继承允许一个类（子类）继承另一个类（基类）的属性和方法。
– 实现代码复用: 子类可以复用基类的代码，并添加自己的新功能。
– 继承方式: public, protected, private 继承决定了基类成员在子类中的访问权限。

3. 多态

多态意味着“多种形态”，允许我们以统一的方式处理不同类型的对象。
– 虚函数 (Virtual Function): 在基类中使用 virtual 关键字声明的函数，可以在子类中被重写 (Override)。
– 动态绑定: 当通过基类指针或引用调用虚函数时，程序会在运行时根据对象的实际类型来决定调用哪个版本的函数。
– 纯虚函数与抽象类: 包含纯虚函数（virtual void func() = 0;）的类是抽象类，不能被实例化。它定义了一个接口，要求子类必须实现这个接口。

第四部分：高级特性

1. 模板 (泛型编程)

模板允许我们编写不依赖于具体类型的通用代码。
– 函数模板: 创建一个可以处理不同数据类型的通用函数。
– 类模板: 创建一个可以容纳不同数据类型的通用类。

2. 标准模板库 (STL)

STL 是 C++ 标准库的一部分，提供了一套高效、通用的模板类和函数。
– 容器 (Containers): 用于存储数据的类模板。
– 序列容器: std::vector (动态数组), std::list (双向链表), std::deque (双端队列)。
– 关联容器: std::map (键值对), std::set (唯一元素的集合)。
– 迭代器 (Iterators): 提供一种统一的方式来遍历容器中的元素，其行为类似指针。
– 算法 (Algorithms): 提供大量用于处理容器元素的函数，如 std::sort, std::find, std::copy。

3. 异常处理

C++ 的异常处理机制提供了一种健壮的方式来处理程序运行时的错误。
– try-catch 块: try 块包含可能抛出异常的代码，catch 块用于捕获并处理异常。
– throw: 当错误发生时，使用 throw 关键字抛出异常。

4. C++11 及现代特性

从 C++11 开始，C++ 迎来了新生，引入了大量使编程更简单、更安全的特性。
– auto: 自动类型推导，让编译器根据初始化表达式推断变量类型。
– 范围 for 循环: 简化了遍历容器或其他序列的操作。
– Lambda 表达式: 允许在需要函数对象的地方以内联方式定义匿名函数。
– 移动语义与右值引用: 通过避免不必要的数据拷贝，极大地提升了性能。

结论

C++ 是一门深度与广度并存的语言。从底层的内存操作到高层的抽象设计，它为开发者提供了极大的灵活性和控制力。掌握 C++ 的核心知识点是成为一名优秀软件工程师的关键一步。

学习 C++ 的旅程是持续的，本文所列的知识点是你的起点和基石。最好的学习方法是不断地实践、编写代码、构建项目，并在解决实际问题的过程中深化理解。祝你在 C++ 的世界里探索愉快！

滚动至顶部