C++ 编程笔记：基础语法、核心特性与项目练习

常量和输入输出

const float gravity = 9.81; 定义常量。用 cin 和 cout 交互：

int number;
cout << "请输入一个数字：";
cin >> number;
cout << "你输入的数字是：" << number << endl;

控制结构

if-else 与 switch

int a = 10;
if (a > 0) {
    cout << "a 是正数" << endl;
} else {
    cout << "a 不是正数" << endl;
}

int day = 4;
switch (day) {
    case 1: cout << "星期一" << endl; break;
    case 2: cout << "星期二" << endl; break;
    default: cout << "不是工作日" << endl;
}

循环

for、while、do-while：

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

int j = 0;
while (j < 5) {
    cout << "j 的值：" << j << endl;
    j++;
}

int k = 0;
do {
    cout << "k 的值：" << k << endl;
    k++;
} while (k < 5);

函数

函数定义：

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

值传递与引用传递：

void modify(int &num) {
    num += 10;
}
int x = 5;
modify(x); // x 变为 15

函数重载：

float multiply(float a, float b) { return a * b; }
int multiply(int a, int b) { return a * b; }

默认参数和内联：

void greet(string name = "World") {
    cout << "Hello, " << name << "!" << endl;
}

inline int square(int x) {
    return x * x;
}

Lambda 表达式：

auto add = [](int a, int b) { return a + b; };
cout << "Lambda add: " << add(5, 3) << endl;

数组与字符串

一维数组：

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
for (int i = 0; i < 5; i++) {
    cout << arr[i] << " ";
}

多维数组：

int matrix[2][3] = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};
for (int i = 0; i < 2; i++) {
    for (int j = 0; j < 3; j++) {
        cout << matrix[i][j] << " ";
    }
}

字符串用 std::string：

string str = "Hello, World!";
cout << "长度：" << str.length() << endl;
str += " C++";
cout << str << endl;

指针与引用

指针存储变量地址：

int a = 10;
int *p = &a;
cout << *p << endl; // 10

数组名是首地址，可指针访问：

int arr[3] = {1,2,3};
int *p = arr;
cout << *(p+1) << endl; // 2

引用是别名：

int b = 20;
int &r = b;
r = 30;
cout << b << endl; // 30

动态内存用 new/delete：

int *ptr = new int;
*ptr = 42;
cout << *ptr << endl;
delete ptr;

结构体与联合体

结构体将不同类型组合：

struct Person {
    string name;
    int age;
};
Person p = {"Alice", 30};

结构体数组：

Person people[2] = {{"Alice",30}, {"Bob",25}};
for (int i=0; i<2; ++i)
    cout << people[i].name << " " << people[i].age << endl;

联合体共享内存：

union Data {
    int intValue;
    float floatValue;
};
Data data;
data.intValue = 10;

枚举：

enum Color { RED, GREEN, BLUE };
Color c = GREEN;

类与对象

类定义：

class Car {
public:
    string brand;
    int year;
    void display() {
        cout << brand << ", " << year << endl;
    }
};
Car myCar = {"Toyota", 2020};

构造函数：

class Point {
public:
    int x, y;
    Point(int xVal, int yVal) : x(xVal), y(yVal) {}
};

成员函数：

class Circle {
public:
    double radius;
    double area() { return 3.14*radius*radius; }
};

访问控制：public、private、protected。

class Box {
private:
    double width;
public:
    void setWidth(double w) { width = w; }
    double getWidth() { return width; }
};

继承与多态

继承：

class Animal {
public:
    void eat() { cout << "Eating..." << endl; }
};
class Dog : public Animal {
public:
    void bark() { cout << "Barking..." << endl; }
};

虚函数实现多态：

class Base {
public:
    virtual void show() { cout << "Base" << endl; }
};
class Derived : public Base {
public:
    void show() override { cout << "Derived" << endl; }
};

Base* ptr = new Derived();
ptr->show(); // Derived
delete ptr;

模板与泛型编程

函数模板：

template <typename T>
T add(T a, T b) { return a + b; }

类模板：

template <typename T>
class Pair {
    T first, second;
public:
    Pair(T a, T b) : first(a), second(b) {}
    T getFirst() { return first; }
};

模板特化：

template <>
class Pair<string> {
    string first, second;
public:
    Pair(string a, string b) : first(a), second(b) {}
    string getConcatenated() { return first + second; }
};

STL 示例：vector 和排序。

#include <vector>
#include <algorithm>
vector<int> vec = {5,3,1,4,2};
sort(vec.begin(), vec.end());
for (int n : vec) cout << n << " ";

异常处理

try-catch：

try {
    throw runtime_error("出错");
} catch (const runtime_error& e) {
    cout << e.what() << endl;
}

自定义异常：

class MyException : public exception {
    string message;
public:
    MyException(const string& msg) : message(msg) {}
    const char* what() const noexcept override { return message.c_str(); }
};

void riskyFunction(int value) {
    if (value < 0) throw MyException("负数错误");
}

try {
    riskyFunction(-1);
} catch (const MyException& e) {
    cout << e.what() << endl;
}

文件操作

写入文本：

#include <fstream>
ofstream outFile("example.txt");
outFile << "Hello, file!" << endl;
outFile.close();

读取文本：

ifstream inFile("example.txt");
string line;
while (getline(inFile, line)) {
    cout << line << endl;
}
inFile.close();

二进制读写：

ofstream outFile("bin.dat", ios::binary);
int num = 42;
outFile.write(reinterpret_cast<char*>(&num), sizeof(num));
outFile.close();

文件流模式：

fstream file("example.txt", ios::in | ios::out | ios::app);
file << "追加内容" << endl;
file.seekg(0);

标准库与命名空间

常用库：vector、algorithm。命名空间：

namespace MyNamespace {
    void display() { cout << "Hello from MyNamespace!" << endl; }
}
MyNamespace::display();

高级特性

智能指针：

#include <memory>
unique_ptr<int> ptr(new int(10));
shared_ptr<int> p1 = make_shared<int>(20);

Lambda 与并发：

vector<int> vec = {1,2,3,4,5};
for_each(vec.begin(), vec.end(), [](int n) { cout << n << " "; });

C++11/14/17/20 新特性简介：auto、范围 for、nullptr、线程库、泛型 lambda、结构化绑定、if constexpr、optional、concept、ranges 等。

综合项目

设计一个简单项目，使用面向对象思想，版本控制（Git），调试工具（GDB 或 IDE），进行测试和优化。这里略去具体代码，重点是规划模块和类。

学习资源

• 《C++ Primer》《Effective C++》《The C++ Programming Language》
• 在线课程：Coursera, edX, Udacity
• 参与开源项目，加入 C++ 社区（Stack Overflow 等）

附录

关键字列表：class, public, private, virtual, template 等。

常用 STL 算法：sort, find, copy, transform 等。

参考文献：C++ 标准文档及相关教程。