C++基础教程_完整版.doc

C+ 基础教程Beta 版原作：Juan Soulié 翻译：Jing Xu (aqua)英文原版本教程根据Juan Soulie的英文版C+教程翻译并改编。 本版为最新校对版，尚未定稿。如有不明或错误之处，请参考英文原版，并敬请在本站留言指正。版权归作者所有，欢迎链接，请勿转载。本教程对C+语言进行了深入浅出的介绍，从基础知识到ANSI-C+标准的最新功能，内容涵盖了从数组，类等基本概念到多态、模板等高级概念。教程本着实用的原则，每一小节都结合了可以工作的程序实例，以便读者从第一课开始就可以上手实习。本翻译版本对许多C+概念中的关键词保留了中英文对照，以便读者增强理解，并方便日后阅读英文原版教材目录1.简介 怎样使用本教程 2.C+基础 Basics of C+ 1.C+程序结构 Structure of a program 2.变量和数据类型Variables and Data types 3.常量 Constants4.操作符/运算符 Operators 5.控制台交互 Communication through console 3.控制结构和函数 Control structures and Functions 1.控制结构 Control Structures 2.函数I Functions I 3.函数II Functions II 4.高级数据类型 Advanced Data 1.数组 Arrays 2.字符序列 Character Sequences3.指针 Pointers 4.动态内存分配 Dynamic memory 5.数据结构 Data Structures 6.自定义数据类型 User defined data types 5.面向对象编程 Object-oriented Programming 1.类，构造函数和析构函数，类的指针 Classes. Constructors and Destructors. Pointers to classes. 2.操作符重载,this,静态成员 Overloading Operators. this. Static members 3.类之间的关系 Relationships between classes: friend. Inheritance 4.虚拟成员，抽象，多态 Virtual Members. Abstraction. Polymorphism 6.C+高级 Advanced concepts 1.模板 Templates 2.名空间 Namespaces 3.出错处理 Exception handling 4.类型转换高级 Advacned Class Type-casting 5.预处理指令 Preprocessor Directives 7.C+ 标准函数库 C+ Standard Library 1.文件的输入输出 Input/Output with files C+基础教程简介怎样使用本教程读者范围本教程面向所有希望学习C+语言的读者。如果读者有其他编程语言背景或计算机相关基本知识可以帮助更好的理解教程内容，但这并非必须条件。对于C语言熟悉的读者可将前三章（1.1 到 3.4）当作复习，因为这部分内容主要介绍C+中的C部分。不过某些C+的语法与C还是有些差别，所以建议还是快速的读一下这部分。第四章讲述面向对象编程。第五章主要介绍ANSI-C+标准中的新增的功能。 本教程结构教程共分6章，每章分若干小节。你可以直接从主目录进入任意小节，并循每页底部的链接向后浏览。很多小节含有一页例题介绍该章节主要知识点的使用。建议在进入下一章学习之前最好先阅读这些例题，理解每行代码。学习和练习一种编程语言的最好办法是自己修改书中例题程序，设法在程序中增加新的功能。不要不敢修改这些例题程序，这正是学习的方法。 兼容性备注ANSI-C+标准近几年来被接受为国际标准。尽管C+语言从二十世纪80年代即存在，ANSI-C+在1997年才被发表，2003年又被修订过。因此很多编译器不支持ANSI-C+中的部分新功能，特别是那些在此标准发表前即被发布的编译器。在本教程中，那些ANSI-C+中新增的而老一代C+编译器大多不支持概念将备用如下标志标出： ANSI C+新增的概念同样对于C和C+在实现上有明显不同的概念，将备用如下标志标出： C 与 C+不同的地方编译器本教程中所有例题程序均为console程序(控制台程序)。此类程序以文本形式与用户交换信息，显示结果。所有C+编译器均支持console程序的编译。要了解更多关于如何编译的说明，请查询你的编译器用户使用手册。C+编译器和开发环境推荐很多读者询问编译器和开发环境的问题。除了常用的商用收费的MS Visual Studio, VC+，Borland C+等工具外，还有很多免费的工具也是很好用的。这里推荐两种免费的C+开发软件：1、Eclipse的CDT开发工具，官方网站在http:/www.eclipse.org/cdt/2、开源工具Dev-C+和wxDev-C+第一章 C+ 基础知识 （Basics of C+）1.C+程序结构 Structure of a program 2.变量和数据类型 Variables and Data types 3.常量 Constants 4.操作符/运算符 Operators 5.控制台交互 Communication through console 1.1 C+程序结构 （Structure of a program）下面我们从一个最简单的程序入手看一个C+程序的组成结构。/ my first program in C+#include <iostream.h>using namespace std;int main() cout << “Hello World!”; return 0;Hello World! 上面左侧显示了我们的第一个程序的源代码，代码文件名称为hellowworld.cpp。右边显示了程序被编译执行后的输出结果。编辑和编译一个程序的方法取决于你用的是什么编译器，根据它是否有图形化的界面及版本的不同，编译方法也有可能不同，具体请参照你所使用的编译器的使用说明。以上程序是多数初学者学会写的第一个程序，它的运行结果是在屏幕上打出”Hello World!”这句话。 虽然它可能是C+可写出的最简单的程序之一，但其中已经包含了每一个C+程序的基本组成结构。 下面我们就逐个分析其组成结构的每一部分：/ my first program in C+这是注释行。所有以两个斜线符号(/)开始的程序行都被认为是注释行，这些注释行是程序员写在程序源代码内，用来对程序作简单解释或描述的， 对程序本身的运行不会产生影响。在本例中， 这行注释对本程序是什么做了一个简要的描述。# include < iostream.h > 以#标志开始的句子是预处理器的指示语句。它们不是可执行代码，只是对编译器作出指示。在本例中这个句子# include < iostream.h > 告诉编译器的预处理器将输入输出流的标准头文件(iostream.h)包括在本程序中。这个头文件包括了C+中定义的基本标准输入-输出程序库的声明。此处它被包括进来是因为在本程序的后面部分中将用到它的功能。using namespace std;C+标准函数库的所有元素都被声明在一个名空间中，这就是std名空间。因此为了能够访问它的功能，我们用这条语句来表达我们将使用标准名空间中定义的元素。这条语句在使用标准函数库的C+程序中频繁出现，本教程中大部分代码例子中也将用到它。（iostream.h与iostream的不同。#include<iostream.h>是在旧的标准C+中使用。在新标准中,用#include<iostream>。iostream的意思是输入输出流。#include<iostream>是标准的C+头文件，任何符合标准的C+开发环境都有这个头文件。还要注意的是：在VC编程时要添加：using namespace std;其原因是：后缀为.h的头文件C+标准已经明确提出不支持了，早些的实现将标准库功能定义在全局空间里，声明在带.h后缀的头文件里，C+标准为了和C区别开，也为了正确使用命名空间，规定头文件不使用后缀.h。因此，当使用<iostream.h>时，相当于在C中调用库函数，使用的是全局命名空间，也就是早期的C+实现；当使用<iostream>的时候，该头文件没有定义全局命名空间，必须使用namespace std；这样才能正确使用cout。）int main()这一行为主函数(main function)的起始声明。main function是所有C+程序的运行的起始点。 不管它是在代码的开头，结尾还是中间，此函数中的代码总是在程序开始运行时第一个被执行。并且，由于同样的原因，所有C+程序都必须有一个main function。main 后面跟了一对圆括号（），表示它是一个函数。C+中所有函数都跟有一对圆括号 （），括号中可以有一些输入参数。如例题中显示，主函数(main function)的内容紧跟在它的声明之后，由花括号 （）括起来。 cout << “Hellow World!”; 这个语句在本程序中最重要。 cout 是C+中的标准输出流(通常为控制台，即屏幕)，这句话把一串字符串（本例中为”Hello World”）插入输出流（控制台输出）中。cout 在的声明在头文件iostream.h中，所以要想使用cout 必须将该头文件包括在程序开始处。注意这个句子以分号(;)结尾 。分号标示了一个语句的结束，C+的每一个语句都必须以分号结尾。 (C+ 程序员最常犯的错误之一就是忘记在语句末尾写上分号) 。return 0;返回语句(return) 引起主函数 main()执行结束，并将该语句后面所跟代码(在本例中为0) 返回。这是在程序执行没有出现任何错误的情况下最常见的程序结束方式。在后面的例子中你会看到所有C+程序都以类似的语句结束。你可能注意到并不是程序中的所有的行都会被执行。程序中可以有注释行（以/开头），有编译器预处理器的指示行（以#开头），然后有函数的声明（本例中main函数），最后是程序语句（例如调用cout <<），最后这些语句行全部被括在主函数的花括号()内。本例中程序被写在不同的行中以方便阅读。其实这并不是必须的。例如，以下程序int main ()cout << " Hello World "return 0;也可以被写成：int main () cout << " Hello World " return 0; 以上两段程序是完全相同的。在C+中，语句的分隔是以分号(;)为分隔符的。分行写代码只是为了更方便人阅读。以下程序包含更多的语句：/ my second program in C+#include <iostream.h>int main ()cout << "Hello World! "cout << "I'm a C+ program"return 0; Hello World! I'm a C+ program 在这个例子中，我们在两个不同的语句中调用了cout << 函数两次。再一次说明分行写程序代码只是为了我们阅读方便，因为这个main 函数也可以被写为以下形式而没有任何问题:int main () cout << " Hello World! " cout << " I'm to C+ program " return 0; 为方便起见，我们也可以把代码分为更多的行来写：int main ()cout <<"Hello World!"cout<< "I'm a C+ program"return 0;它的运行结果将和上面的例子完全一样。这个规则对预处理器指示行（以#号开始的行）并不适用，因为它们并不是真正的语句。它们由预处理器读取并忽略，并不会生成任何代码。因此他们每一个必须单独成行，末尾不需要分号(;)注释 (Comments)注释(comments)是源代码的一部分，但它们会被编译器忽略。它们不会生成任何执行代码。 使用注释的目的只是使程序员可以在源程序中插入一些说明解释性的内容。 C+ 支持两中插入注释的方法: / line comment/* block comment */ 第一种方法为行注释，它告诉编译器忽略从/开始至本行结束的任何内容。第二种为块注释（段注释），告诉编译器忽略在/*符号和*/符号之间的所有内容，可能包含多行内容。在以下我们的第二个程序中，我们插入了更多的注释。/* my second program in C+with more comments */#include <iostream.h>int main ()cout << "Hello World! " / says Hello World!cout << "I'm a C+ program" / says I'm a C+ programreturn 0; Hello World! I'm a C+ program 如果你在源程序中插入了注释而没有用/符号或/*和*/符号，编译器会把它们当成C+的语句，那么在编译时就会出现一个或多个错误信息。 1.2 变量和数据类型 （Variables and Data types ）你可能觉得这个“Hello World”程序用处不大。我们写了好几行代码，编译，然后执行生成的程序只是为了在屏幕上看到一句话。的确，我们直接在屏幕上打出这句话会更快。但是编程并不仅限于在屏幕上打出文字这么简单的工作。为了能够进一步写出可以执行更有用的任务的程序，我们需要引入变量（variable）这个的概念。让我们设想这样一个例子，我要求你在脑子里记住5这个数字，然后再记住2这个数字。你已经存储了两个数值在你的记忆里。现在我要求你在我说的第一个数值上加1，你应该保留6 （即5+1）和2在你的记忆里。现在如果我们将两数相减可以得到结果4。所有这些你在脑子里做的事情与计算机用两个变量可以做的事情非常相似。同样的处理过程用C+来表示可以写成下面一段代码：a = 5;b = 2;a = a + 1;result = a - b; 很明显这是一个很简单的例子，因为我们只用了两个小的整数数值。但是想一想你的电脑可以同时存储成千上万这样的数值，并进行复杂的数学运算。因此，我们可以将变量（variable）定义为内存的一部分，用以存储一个确定的值。每一个变量 (variable)需要一个标识，以便将它与其他变量相区别，例如，在前面的代码中，变量标识是a, b, 和result。我们可以给变量起任何名字，只要它们是有效的标识符。 标识（Identifiers）有效标识由字母(letter)，数字(digits)和下划线 ( _ )组成。标识的长度没有限制，但是有些编译器只取前32个字符（剩下的字符会被忽略）。空格(spaces)，标点(punctuation marks)和符号(symbols) 都不可以出现在标识中。 只有字母(letters)，数字(digits) 和下划线(_)是合法的。并且变量标识必须以字母开头。标识也可能以下划线（_）开头，但这种标识通常是保留给为外部连接用的。标识不可以以数字开头。必须注意的另一条规则是当你给变量起名字时不可以和C+语言的关键字或你所使用的编译器的特殊关键字同名，因为这样与这些关键字产生混淆。例如，以下列出标准保留关键字，他们不允许被用作变量标识名称：asm, auto, bool, break, case, catch, char, class, const, const_cast, continue, default, delete, do, double, dynamic_cast, else, enum, explicit, extern, false, float, for, friend, goto, if, inline, int, long, mutable, namespace, new, operator, private, protected, public, register, reinterpret_cast, return, short, signed, sizeof, static, static_cast, struct, switch, template, this, throw, true, try, typedef, typeid, typename, union, unsigned, using, virtual, void, volatile, wchar_t, while 另外，不要使用一些操作符的替代表示作为变量标识，因为在某些环境中它们可能被用作保留词：and, and_eq, bitand, bitor, compl, not, not_eq, or, or_eq, xor, xor_eq 你的编译器还可能包含一些特殊保留词，例如许多生成16位码的编译器（比如一些DOS编译器）把 far, huge和 near也作为关键字。非常重要：C+语言是“ 大小写敏感”(“case sensitive”) 的，即同样的名字字母大小写不同代表不同的变量标识。因此，例如变量RESULT，变量result和变量Result分别表示三个不同的变量标识. 基本数据类型（Fundamental Data types）编程时我们将变量存储在计算机的内存中，但是计算机要知道我们要用这些变量存储什么样的值，因为一个简单的数值，一个字符，或一个巨大的数值在内存所占用的空间是不一样的。计算机的内存是以字节(byte)为单位组织的。一个字节（byte）是我们在C+中能够操作的最小的内存单位。一个字节(byte)可以存储相对较小数据：一个单个的字符或一个小整数（通常为一个0到255之间的整数）。但是计算机可以同时操作处理由多个字节组成复杂数据类型，比如长整数(long integers)和小数（decimals）。以下列表总结了现有的C+基本数据类型，以及每一类型所能存储的数据范围：数据类型（DATA TYPES）名称字节数描述范围*char1字符（character）或整数（integer ）， 8位（bits）长有符号（signed）: -128 到 127无符号（unsigned）: 0 到 255short int (short)2短整数（integer ）16位（bits）长有符号（signed）: -32768 到 32767无符号（unsigned）: 0 到 65535long int (long)4长整数（integer ）32位（bits）长有符号（signed）:- 到 无符号（unsigned）: 0 到 int4整数（integer）有符号(signed): - 到 无符号（unsigned): 0 到 float4浮点数（floating point number）3.4e + / - 38 （7 个数字（7digits）double8双精度浮点数（double precision floating point number）1.7e + / - 308 (15 digits)long double8长双精度浮点数（long double precision floating point number）1.7e + / - 308 (15 digits)bool1布尔Boolean值。它只能是真(true)或假(false)两值之一。true 或 falsewchar_t2宽字符(Wide character) 。这是为存储两字节(2 bytes) 长的国际字符而设计的类型。一个宽字符（1 wide characters）* 字节数一列和范围一列可能根据程序编译和运行的系统不同而有所不同。这里列出的数值是多数32位系统的常用数据。对于其他系统，通常的说法是整型(int)具有根据系统结构建议的自然长度（即一个字one word的长度），而4种整型数据char, short, int, long的长度必须是递增的，也就是说按顺序每一类型必须大于等于其前面一个类型的长度。同样的规则也适用于浮点数类型float, double和 long double，也是按递增顺序。除以上列出的基本数据类型外，还有指针（pointer）和void 参数表示类型，我们将在后面看到。变量的声明（Declaration of variables）在C+中要使用一个变量必须先声明（declare）该变量的数据类型。声明一个新变量的语法是写出数据类型标识符（例如int, short, float.) 后面跟一个有效的变量标识名称。例如：int a;float mynumber;以上两个均为有效的变量声明（variable declaration）。第一个声明一个标识为a 的整型变量(int variable)，第二个声明一个标识为mynumber 的浮点型变量(float variable)。声明之后，我们就可以在后面的程序中使用变量a和 mynumber 了。如果你需要声明多个同一类型的变量，你可以将它们缩写在同一行声明中，在标识之间用逗号(comma) 分隔。例如：int a, b, c;以上语句同时定义了a、b、c 3个整型变量，它与下面的写法完全等同：int a;int b;int c;整型数据类型 (char, short, long 和 int) 可以是有符号的（signed）或无符号的（unsigned ），这取决于我们需要表示的数据范围。有符号类型(signed)可以表示正数和负数，而无符号类型(unsigned)只能表示正数和0。在定义一个整型数据变量时可以在数据类型前面加关键字 signed 或 unsigned 来声明数据的符号类型。例如：unsigned short NumberOfSons;signed int MyAccountBalance;如果我们没有特别写出signed或 unsigned，变量默认为signed，因此以上第二个声明我们也可以写成：int MyAccountBalance;因为以上两种表示方式意义完全一样，因此我们在源程序通常省略关键字signed 。唯一的例外是字符型（char）变量，这种变量独立存在，与signed char 和 unsigned char型均不相同。short 和 long 可以被单独用来表示整型基本数据类型，short 相当于 short int， long 相当于 long int。也就是说 short year; 和 short int year; 两种声明是等价的。最后，signed 和 unsigned 也可以被单独用来表示简单类型，意思分别同signed int 和 unsigned int 相同，即以下两种声明互相等同：unsigned MyBirthYear;unsigned int MyBirthYear;下面我们就用C+代码来解决在这一节开头提到的记忆问题，来看一下变量定义是如何在程序中起作用的。/ operating with variables#include <iostream.h>using namespace std;int main () / declaring variables: int a, b; int result; / process: a = 5; b = 2; a = a + 1; result = a - b; / print out the result: cout << result; / terminate the program: return 0;4如果以上程序中变量声明部分有你不熟悉的地方，不用担心，我们在后面的章节中很快会学到这些内容。变量的范围（Scope of variables）所有我们要使用的变量都必须事先声明过。和+语言的一个重要区别是，在C+语言中我们可以在源程序中任何地方声明变量，甚至可以在两个可执行(excutable)语句的中间声明变量，而不象在C语言中变量声明只能在程序的开头部分。然而，我们还是建议在一定程度上遵循C语言的习惯来声明变量，因为将变量声明放在一处对debug程序有好处。因此，传统的C语言方式的变量声明就是把变量声明放在每一个函数(function)的开头（对本地变量local variable）或直接放在程序开头所有函数(function)的外面（对全局变量global variable）。一个变量可以是本地(local)范围内有效，叫做本地变量，也可以是全局(global)范围内有效，叫做全局变量。全局变量要定义在一个源码文件的主体中，所有函数(包括主函数main()）之外。而本地变量定义在一个函数甚至只是一个语句块单元中。如下图所示：全局变量Global variables 可以在程序中任何地方任何函数（function）中被引用，只要是在变量的声明之后。本地变量local variables 的作用范围被局限在声明它的程序范围内。如果它们是在一个函数的开头被声明的（例如main函数），它们的作用范围就是整个main函数。在左图的例子中，这就意味着如果在main函数外还另有一个函数，main函数中声明的本地变量(Age, ANumber, AnotherOne) 不能够被另一个函数使用，反之亦然。在C+中，本地变量(local variable)的作用范围被定义在声明它的程序块内（一个程序块是被一对花括号（curly brackets）括起来的一组语句）。如果变量是在一个函数(function)中被声明的，那么它是一个函数范围内的变量，如果变量是在一个循环中(loop)中被声明的，那么它的作用范围只是在这个循环(loop)之中，以此类推。除本地和全局范围外，还有一种外部范围，它使得一个变量不仅在同一源程序文件中可见，而且在其他所有将被链接在一起的源文件中均可见。 变量初始化（Initialization of variables）当一个本地变量( local variable)被声明时，它的值默认为未定(undetermined)。但你可能希望在声明变量的同时赋给它一个具体的值。要想达到这个目的，需要对变量进行初始化。C+中有两种初始化方法：第一种，又叫做类C (c-like) 方法，是在声明变量的时候加上一个等于号，并在后面跟上想要的数值：type identifier = initial_value ;例如，如果我们想声明一个叫做a的int变量并同时赋予它0这个值，我们可以这样写：int a = 0;另外一种变量初始化的方法，又叫做构造函数(constructor)初始化， 是将初始值用小括号（parenthesis ()）括起来:type identifier (initial_value) ;例如：int a (0);在C+.中以上两种方法都正确并且两者等同 。/ 变量初始化#include <iostream>using namespace std;int main () int a=5; / 初始值为 5 int b(2); / 初始值为 2 int result; / 不确定初始值 a = a + 3; result = a - b; cout << result; return 0;6字符串 （strings)字符串是用来存储一个以上字符的非数字值的变量。C+提供一个string类来支持字符串的操作，它不是一个基本的数据类型，但是在一般的使用中与基本数据类型非常相似。与普通数据类型不同的一点是，要想声明和使用字符串类型的变量，需要引用头文件<string>，并且使用using namespace语句来使用标准名空间（std)，如下面例子所示：/ C+字符串例题#include <iostream>#include <string>using namespace std;int main () string mystring = "This is a string" cout << mystring; return 0;This is a string如上面例子所示，字符串变量可以被初始化为任何字符串值，就像数字类型变量可以被初始化为任何数字值一样。以下两种初始化格式对字符串变量都是可以使用的：string mystring = "This is a string"string mystring ("This is a string");字符串变量还可以进行其他与基本数据类型变量一样的操作，比如声明的时候不指定初始值，和在运行过程中被重新赋值。/ C+字符串例题2 #include <iostream>#include <string>using namespace std;int main () string mystring; mystring = "This is the initial string content" cout << mystring << endl; mystring = "This is a different string content" cout << mystring << endl; return 0;This is the initial string contentThis is a different string content要了解更加详细的C+字符串操作，建议参考Cplusplus上的string类reference。1.3 常量 （Constants ）一个常量（constant）是一个有固定值的表达式。字（Literals）字是用来在程序源码中表达特定的值。在前面的内容中我们已经用了很多的字来给变量赋予特定的值。例如：a = 5;这句代码中5就是一个字常量。字常量(literal constant)可以被分为整数(Integer Numbers), 浮点数(Floating-Point Numbers)，字符(Characters)和字符串(Strings)。 整数(Integer Numbers)1776707-273他们是整型常数，表示十进制整数值。注意表示整型常数时我们不需要些引号（quotes (")）或任何特殊字符。毫无疑问它是个常量：任何时候当我们在程序中写1776，我们指的就是1776这个数值。除十进制整数另外， C+还允许使用八进制（octal numbers）和十六进制（hexadecimal numbers）的字常量（literal constants）。如果我们想要表示一个八进制数，我们必须在它前面加上一个0字符(zero character)，而表示十六进制数我们需要在它前面加字符0x (zero, x)。例如以下字常量（literal constants）互相等值：75 / 十进制 decimal0113 / 八进制 octal0x4b / 十六进制 hexadecimal 所有这些都表示同一个整数： 75 (seventy five) ，分别以十进制数，八进制数和十六进制数表示。像变量一样，常量也是有数据类型的。默认的整数字常量的类型为int型。我们可以通过在后面加字母u或l来迫使它为无符号(unsigned)的类型或长整型(long)。75 / int75u / unsigned int75l / long75ul / unsigned long 这里后缀和可以是大写，也可以是小写。浮点数(Floating Point Numbers)浮点数以小数（decimals）和或指数幂（ exponents）的形式表示。它们可以包括一个小数点，一个e字符（表示"by ten at the Xth height"，这里X是后面跟的整数值) ，或两者都包括。3.14159 / 3.141596.02e23 / 6.02 x 1010231.6e-19 / 1.6 x 10-193.0 / 3.0以上是包含小数的以+表示的个有效数值。第一个是PI，第二个是Avogadro数之一，第三个是一个电子（electron）的电量（electric charge）(一个极小的数值) 所有这些都是近似值。最后一个是浮点数字常量表示数3。浮点数的默认数据类型为double。如果你想使用float或long double类型，可以在后面加f或l后缀，同样大小写都可以：3.14159L / long double6.02e23f / float 字符和字符串（Characters and strings）此外还有非数字常量，例如：'z''p'"Hello world""How do you do?" 前两个表达式表示单独的字符（character），后面两个表示由若干字符组成的字符串(string) 。注意在表示单独字符的时候，我们用单引号（single quotes (')）