C高级编程课程讲义.ppt

C+高级编程,Overview,Module 1 : 面向过程的C+ Module 2 : 面向对象的C+ Module 3 : C+设计模式,Module 1 : 面向过程的C+,从C到C+ 内存管理 数组 字符集和字符串 指针和引用 函数 其它,从C到C+,语法增强 新的运算符 变量声明更加灵活 函数重载 引用 类型安全性 面向对象 封装 继承 多态,内存管理,在stack上分配内存 简单数据类型 不使用new创建对象实例 函数调用完成自动销毁 线程堆栈的限制 在Heap上分配内存 malloc 还是 new ? 检测内存泄漏 防止”野指针”：回收内存后指针会自动为NULL吗? Demo: 动态扩充的字符串缓冲区,数组 (1) 声明及初始化,int a=1,2,3; int b3=1,2,3; int c5=1,2,3; / c3和c4的值默认为0,int a123=1,2,3,4,5,6; int a223=1,; / 初始化，第一行为1,0,0;第二行为0,0,0 int a33=,1,2,3; int a42=1,2,3,4,5,6; / 错误。必须声明第二维的数目 int a53=1,2,3,4,5,6; / 正确,数组 (2) 数组的内存形式,数组在内存中的存放 全局数组在静态存储区域中存放 局部数组，一般在堆栈上存放 在堆上动态分配内存 线程堆栈的限制：double arr500300 ?,double *p = new double10; int n = 10; double *p = new doublen; / n不必是常量 double *p = new double400300; / 错误 double *p = new double400300; / 错误,数组 (3) 指针表现形式,一维数组指针表示 二维数组指针表示 行地址和列地址,const int ARRAY_SIZE = 5; int aARRAY_SIZE = 1,2,3,4,5; int *p = a; 考察： (1) a+i, p+i, *(a+i), *a+i, pi 的含义 (2) p+偏移几个字节？a+呢？,int a 3 = 1,2,3,4,5,6; 考察：a, a+i, *(a+i), *(a+i)+j, *(*(a+i)+j), &a i j 的含义,数组 (4) 二维数组的指针表示,使用一级指针访问二维数组 使用指向一维数组的指针来访问二维数组,int a 3 = 1,2,3,4,5,6; int *p=a0; / 将二维数组展开成一维数组的方式访问 int *p = a; / 错误! 考察： p+i, *(p+i), *p+i的含义,int (*p)3=a; / 也可写成：int (*p)3(a); int *p3=a; / 错误！ Int* p3; 考察：p, p+i, *(p+i), *p+i, *(p+i)+j, *(*(p+i)+j)的含义,数组 (5) 动态创建复杂数组,二维数组 交错数组,int m = 2; int n = 3; int (*p)3 = new int23; delete p;,int* pm; / p数组包含两个元素，每个元素都是int*类型 p1 = new int3; / 通过p i 来操作每个数组 delete p1; / 不能使用 delete p或者delete p,字符集和字符串 (1) 字符编码,ANSI、UNICODE和UTF-8 MultiByte和WideChar wchar_t, “L”前缀, wcslen, wcscpy, wcslen 字符集的转换 mbstowcs_s和wcstombs_s MultiByteToWideChar, WideCharToMultiByte,wchar_t p1 = L“abcd”; 考察：wcslen(p1)和sizeof(p1)的结果,wchar_t p1 = L“abcd“; char p210; int len = wcstombs(p2, p1, sizeof(p1); / len = 4 0字符不计入拷贝字符数目 wchar_t *p3 = (wchar_t*)malloc( 100); mbstowcs(p3, p2, 100);,字符集和字符串 (2) 兼容字符集,Windows平台与字符集 Visual C+编译器字符集设置选项 _UNICODE _MBCS 兼容字符集 TCHAR, _tcslen, “_T”,TCHAR t = _T(“aaa“); / 如果编译器定义了_UNICODE，sizeof(t)=8， / 如果定义了_MBCS，sizeof(t)=4,字符集和字符串 (3) 声明字符串,使用指针 使用数组,char *p1 = “abcd“; char *p2 = “abcd“; 考察：内存中有几个”abcd”存在, p1 = p2是否成立？,char p110 = a,b,c,d,0; / 注意结尾的0 char p2 = “abcd”; / 自动添加0结尾 char p3 = “abcd”; char p4 = a,b,c,d; / 仅仅声明一个字符数组而非字符串 考察 (1) sizeof(p), strlen(p)的值分别是多少？ (2) p2 = p3 ?,字符集和字符串 (4) 字符串操作函数,修改单个字符 字符串长度 模拟编写strcpy方法 为何采用const作为参数 为何返回char* 0会被拷贝吗？ Demo,char p110 = “abcd”; char* p2 = “abcd”; / p2指向常量字符串 p10 = x / OK p20 = x / 错误，常量字符串不可修改,char p1 = “atnc“; 考察： strlen(p1)和sizeof(p1),指针与引用 (1) 概念,指针与指针变量 引用的定义 引用必须在声明时立即初始化，不允许空引用 引用一旦初始化，就不能再引用其它数据 引用和被引用的变量实际上代表同一个内存的数据,double a = 10; double* p = 考察： (1)p是指针变量，则sizeof(p)=? (2)&p含义是什么？,int a = 100; int 考察： (1)&a与&b的关系？ (2) a=?,指针与引用 (2) 混合使用,指针指向某个引用 引用一个地址,double a = 100; double 考察： (1) &a, p和&b的关系 (2)修改a, b或*p的值，另两个是否联动,double a = 100; double / p和rp是完全相同的，且都是变量a的地址 考察：sizeof(b)=? sizeof(rp) = ?,指针与引用 (3) 作为参数传递,按值传递 按地址传递 按引用传递,void Increase(int ,指针与引用 (4) 指针与常量,指向常量的指针 指针常量,int a =100; int b = 200; const int* pci = 是否成立？,int a =100; int b = 200; int* const pci = / 错误 考察：如果有 const int* const pci = &a, 则情况如何？,指针与引用 (4) 引用与常量,将一个引用设置为常量后，不能通过该引用修改数据；但仍可通过被引用的变量来改变： 被引用的数据是常量，引用本身也必须是常量：,int a = 100; const int / OK,const int a = 100; const int / 错误,指针与引用 (5) Practice,char s1 = “abcdefg“; char s2 = “1234567“; char* p1 = s1; const char* p2 = s1; char* const p3 = s1; const char* const p4 = s1; 考察：下列哪些语句有效： p10=k; p20=k; p30=k; p1=s2; p2=s2; p3=s2; p4=s2;,函数 (1) Extern,C语言中的Extern和Static C+中的extern “C” 允许在C+中调用C编写的函数 允许在C中调用C+编写的函数 Demo: 如何在C+和C之间实现互操作,cfile.h文件： extern int add(int x, int y) cfile.c文件： int add(int x, int y) return x + y; cpp.cpp： extern “C” #include “cfile.h” 其它格式： extern “C” int add(int x, int y); extern “C” int add(int x, int y); int sub(int a); ,函数 (2) 函数指针,声明原型 指针赋值 函数调用 函数指针作为参数传递,int (*fun)(int x,int y); 或者 int (*fun)(int,int);,设存在函数 int max(int i, int j) int (*fun)(int,int)(max)； 或者fun=max;,(*fun)(10,20);,void process(int x, int y, int (*f)(int,int) process(10,20,max);,函数 (3) 函数指针,设有函数定义： int myequal1(char* s1,char* s2) . 类型定义： typedef int (*equal)(char*,char*); 则可以声明： equal eq=myequal1; 并且调用： (*eq)(s1,s2);,函数 (4) 缺省参数,注意 缺省参数必须出现在所有非缺省参数的后面 防止函数重载时的二义性,void f(int i, int j=10, int k=20) 调用： f(1,20)，相当于：f (1,20,20) 而： f(1)， 相当于：f(1,10,20),函数 (5) 参数个数不定,回顾 printf(“%s”, ) 编写自定义得可变参数个数函数 (stdarg.h),int average( int first, . ) int count = 0, sum = 0, i = first; va_list marker; va_start( marker, first ); while( i != -1 ) / 为方便起见，假定参数以-1结尾 / 实际工作中应通过某种方式确定参数的个数 sum += i; / 例如printf就是通过格式化串中的%确定的 count+; i = va_arg( marker, int); va_end( marker ); return( sum ? (sum / count) : 0 ); ,其它,sizeof 针对字符串的sizeof 针对数组和指针的sizeof 针对结构体的sizeof 变量赋值 a=b=c=3 ? int *x, y ? int* x, y const 和 define 作用域限定运算符 无名共用体 枚举,Module 2 : 面向对象的C+,构造和销毁 参数和返回值 const修饰符 运算符重载 虚函数 友元 模板 其它,构造和销毁 (1) 数据声明和初始化,class A public: A():d2(10) /* d2 = 10 error! */ static int d1; / static int d1 = 100; error! const int d2; / const int d2 = 10; error! static const int d3 = 200; ; int A:d1 = 100; / const int d3 = 200;,构造和销毁 (2) 初始化列表,class B class C : public B public: public: B() i = 0; C() j = 0; B(int i):i(i) C(int i, int j) : B(i), j(j) int i; ; int j; ;,成员变量较少的情况下尽量使用初始化列表 各变量在初始化列表中出现的顺序最好与变量声明的顺序一致,构造与析构 (3) 拷贝构造函数,函数原型 调用场合 默认拷贝构造函数 成员变量之间的“值”拷贝,A ( const A& other) ,A a1(10); / 构造函数 A a2 = a1; / 拷贝构造函数 A a3(a1); / 拷贝构造函数,构造与析构 (4) 拷贝构造函数,编写拷贝构造函数的必要性,Class A private: char* name; public: A(const char* data) name = new charstrlen(data) + 1; strcpy (name, data); A(const A 如果未定义拷贝构造函数，会有何种后果？,构造与析构 (5) 赋值函数,赋值函数原型 调用场合 编写赋值函数的必要性,A& operator =( const A& other) ,A a1(10); / 为a1调用构造函数 A a2; / 为a2调用默认构造函数 a2 = a1; / 为a2调用赋值函数。 区别 A a2=a1;,A有何局限?,构造与销毁 (5) 初始化列表与拷贝构造函数,子对象在构造函数列表中初始化 直接调用拷贝构造函数 子对象在构造函数中赋值 先调用子对象的默认构造函数 调用赋值函数为子对象重新赋值,class A B b; public: A(B b1) b = b1; /*先调用默认构造函数，再调用赋值函数 */ A(B b1) : b(b1) /*调用拷贝构造函数*/ ,构造和销毁 (6) 构造和析构顺序,调用基类构造函数 为各子对象调用构造函数 如果有多个子对象，则各个子对象构造顺序与声明顺序一致，而不依赖初始化列表中出现的顺序 本类构造函数 析构函数的顺序与构造函数相反 如果没有显式调用基类或子对象构造函数，那么将调用其默认构造函数；如果默认构造函数不可访问，则编译错误,构造与销毁 (7) 内存回收,析构函数 作用 何时调用 通过指针使用对象 new-delete NULL指针与野指针 Demo 构造函数、拷贝构造函数、赋值函数、析构函数综合使用实例分析,参数和返回值 (1) 传递数组,void f(char* arr) arr0 = A; / 修改可以成功 void f(char* arr) arr = new char10; / 修改无效 strcpy(arr, “12345“); void f(char* arr) *arr = new char10; / 修改可以成功 strcpy(*arr, “12345“); ,参数和返回值 (2) 传递对象实例,实参对象拷贝给形参对象 实参与形参不是同一个对象,class A public: int age; ; void f(A obj) / obj调用拷贝构造函数将实参a拷贝给自己 obj.age = 10; / 实际修改的是obj对象的值，而非实参a对象 void main() A a; a.age = 20; f(obj); / a.age仍然是20 ,参数和返回值 (3) 传递对象引用或指针,省去了参数对象之间的拷贝，提高效率,void f(A / 修改obj就是修改a ,void f(A* pobj) / pobj指向a所在的地址 pobj-age = 10; / 通过指针修改a ,参数和返回值 (4) 返回对象实例,A CreateA() A obj; / 在堆栈创建局部对象 obj.age = 10; return obj; / obj被拷贝给一个临时对象tmp / 函数结束，堆栈弹出，局部对象obj被销毁 调用： A a; / 调用A的默认构造函数 a = CreateA(); / 调用a的赋值函数将tmp对象赋给a A b = CreateA(); / 情况会有所不同，obj直接通过拷贝构造函数拷贝给b,理解隐含的构造函数、拷贝构造函数、赋值函数调用,参数和返回值 (5) 返回对象指针,返回无效的对象指针,A* CreateA() A obj(); obj.age = 10; return / 没有临时对象产生，没有拷贝构造函数和赋值函数调用 考察：既然p得到的地址没有意义，为什么有些情况下通过p来 访问对象的数据，仍然可以成功呢？,参数和返回值 (6) 返回对象指针,返回有效的对象指针,A* CreateA() A *pObj = new A(); pObj-age = 10; return pObj; / 由于pObj分配再堆而不是堆栈上，因此不会被自动销毁 调用： A *p = NULL; / 这不会引起调用A的默认构造函数 p = CreateA(); delete p; / 释放内存,参数和返回值 (7) 返回对象引用,返回对象引用可以避免临时对象的产生 但是要特别注意，不要返回无效的引用,A / b引用obj，但obj已经销毁，因此b无效 考察：为什么赋值函数中可以并且应该返回引用？,参数和返回值 (8) 编写高效的return,直接在return语句中构造对象将有助于减少临时对象的创建和销毁,A GetA() /A a(10); / 创建临时对象 /return a; / 调用拷贝构造函数将临时对象赋给obj，然后销毁临时对象 return A(10); / 直接把临时对象创建在obj的内存单元中 A obj = GetA();,const修饰符 (1) 修饰参数和返回值,修饰参数 编译器确保该参数在函数内不会被修改 修饰返回值 返回结果是常量，不能修改,考察： f(int i) 与 f(const int i)有何区别？,const complex operator+(const complex 考察： (1)c1和c2声明为常量引用有什么好处？ (2)设obj1,obj2,obj3都是complex，则(obj3+obj2) = obj1是否合法？ (3) 函数为什么不返回一个引用？,const修饰符 (2) 常函数,对于一个不会修改数据成员的类成员函数，建议声明为常函数 常量实例只能调用函数的const版本 非常量实例一般调用函数的非const版本 如果一个函数只有const版本而没有非const版本，那么非常量实例可以调用const版本 Const函数内部不能再调用非const函数,int GetModule() return real*real + image*image; int GetModule() const return real*real + image*image; 如果：complex c1(1,2); c1.GetModule()，则调用非const const complex c2(1,2); c2.GetModule()，则调用const,运算符重载 (1) 实现方式,重载为类实例成员函数 重载为友元函数 考察：重载了”+”后，还需要重载”+=“吗？,Complex ,friend Complex operator +(Complex ,运算符重载 (2) +操作符,class Count public: int num; Count():num(0) Count,重载运算符 (3) 编写类型转换函数,Complex operator=(double d) / 允许double隐式转换成Complex this-real = 0.0; this-image=0.0; operator double() return real; /允许Complex隐式转换成double 调用：Complex c; c = 2.0; double d = c; 考察： (1)能否写成：Complex c = 2.0 ?如何允许这种写法？ (2) 区别隐式转换与赋值函数,运算符重载Demo: 复数类,虚函数 (1) 多态,class Shape public: void Draw() ; / 基类 class Rectangle : public Shape class Ellipse : public Shape public: void Draw() ; public: void Draw() ;,不应用多态：考察：如果有N个子类？ void Draw(Rectangle* pRec) pRec-Draw(); void Draw(Ellipse* pEll) pEll-Draw();,应用多态： void Draw(Shape *pShp) pShp-Draw();,虚函数 (2) virtual关键字,如果基类函数没有virtual关键字？ 静态联编 动态联编 子类函数还需要编写virtual吗? 为什么析构函数要写成virtual? 纯虚函数和抽象类,虚函数 (3) 区分重载/重写/隐藏,Overload 同一个类中同名但不同参数的函数 Override 子类重新实现基类继承的函数 子类函数与基类函数原型完全一致 Hide 子类与基类定义了同名函数但原型不同，则子类隐藏基类的函数 Demo: 隐藏示例,虚函数 (4) 多重继承,为什么需要多重继承 如何避免多重继承重的二义性 虚继承 MFC中多重继承的例子,友元 (1) 友元函数,友元函数可以做什么？ 友元函数可以是全局函数 也可以是类成员函数 不要使用访问限定符来修饰friend语句,friend int global_func(.);,friend int someclass:class_func(.); / class_func本身可有访问限定符,友元 (2) 友元类,类A是类B的友元类，则类A中所有函数都可以访问类B中的任何成员 声明友元类 Demo: 一个链表维护类,friend class someclass;,模板 (1) 模板的必要性,void swap (int& i, int& j) void swap (float& i, float& j) void swap (uint& i, uint& j) ,不使用模板,使用模板,template void swap(T swap(a,b),模板 (2) 模板函数,单类型模板 多类型模板 模板函数代码在哪里编写？,template void Swap(T1& a,T2& b),模板 (3) 模板类,类声明 类中相关变量、参数和返回值类型用T代替 函数实现 可以在类声明内或外部实现 .h文件还是.cpp文件? 使用,template class Stack void push (T a);.;,template void Stack:push (T a).,Stack s;,模板 (4) 模板应用实例,C+标准模板库 ATL活动模板库,其它 (1) 局部类和嵌套类,局部类 在一个函数的内部定义 所有函数体都在类声明内；不能有静态变量 可访问函数中已经声明的局部变量 不可直接访问函数所在类的成员 嵌套类 在包容类的内部定义 嵌套类中可直接访问包容类的任何成员 包容类可以访问嵌套类的共有成员；不能访问非公成员 从包容类外部访问嵌套类成员时，访问限定取最严格集 Demo: MFC使用嵌套类实现COM多接口,其它 (2) 内联函数和宏,宏定义的不足 编译器简单替换，不进行类型检查 容易造成歧义 内联函数 函数体直接写在类声明内 也可用inline关键字在类声明外编写 (建议),#define max(a,b) (a) (b) ? (a) : (b) 考察：i=5, j=0, 计算max(+i, j),inline int max(int a, int b) return a b ? a : b; ,其它 (3) 强制类型转换,static_cast 可用于简单数据类型之间以及对象指针的转换 运行时不进行类型检查，因此不能保证转换的安全性。即使转换失败，也会返回某个地址 程序员应确保转换确实可行 dynamic_cast 不能用于简单数据类型之间的转换 运行时如果转换失败，则返回NULL,ch = static_cast(i); / int to char B* pb = new D; D* pd = dynamic_cast(pb); / ok: pb actually points to a D,其它 (4) 异常处理,try char* buf = new char512; if( buf = 0 ) throw “Memory allocation failure!“; catch( char * str ) cout “Exception raised: “ str n; ,抛出和处理简单异常,throw CMyException(); catch(CMyexception ex) ,抛出自定义异常类,处理多个异常,try catch(char* str) catch(int code) catch() ,其它 (5),对象数组 对象数组的初始化问题 Demo 面向对象的C+实现：Stack类 面向对象的二叉树实现 使用多态性构造的有限状态自动机,C+设计模式,核心设计模式 创建型 结构型 行为型 为什么要使用设计模式 合理使用设计模式,创建型模式 (1) 简单工厂,由一个工厂类决定创建那些类的实例 该工厂类可以创建多个类别的对象,创建型模式 (2) 工厂方法,工厂定义创建产品对象的接口，实际的创建工作在工厂子类中完成 每个子类一般专门负责创建一种产品。因此该子类只需要了解它所需要创建的产品类型即可 COM的类工厂,创建型模式 (3) 抽象工厂,抽象工厂为创造一系列产品提供一个抽象接口，由子类实现具体对象的创建 每个工厂一般负责创建一系列(多种)产品,创建型模式 (4) 生成器模式,将对象的创建步骤和创建细节分开 构造器负责产品各个部分构造 导航器负责组装产品,创建型模式 (5) 原型模式,对象通过赋值自己创建新