C语言程序设计二

C语言程序设计（二）C语言程序设计(二C语言高级特性学习准备预习预习教材内容01课程进度02课堂讨论03作业练习04考核评估面向对象编程概念封装提高维护性类定义属性方法类和对象结构体模拟类封装封装核心概念继承继承复用代码多态多态特性，方法重载、重写、接口总结类定义语法概述成员函数定义方法类定义的语法结构包括类名、成员变量和成员函数，其中成员函数可以是构造函数和析构函数。01构造函数构造函数用于在创建对象时初始化对象成员，其名称与类名相同。析构函数02成函数成员函数可以没有返回类型，也可以指定返回类型，如int、float等。成员函数权限03成员成员函数可以没有参数，也可以有多个参数，参数类型和名称由开发者定义。成员函数实现04函数调成员函数可以通过对象名或指针/引用调用，调用时需要提供与定义时相同的参数。类定义成员C++类定义，封装数据函数成员变量访问成员变量存储数据，访问权限控制三、成员函数访问控制标题内容概要相关知识点C++类定义，封装数据函数介绍C++类的基本概念和封装原则类、封装、数据成员、成员函数成员变量访问讲解如何访问类中的成员变量访问控制符、public、private、protected成员变量存储数据，访问权限控制说明成员变量存储数据和访问权限的关系数据存储、访问权限、封装性三、成员函数访问控制介绍成员函数的访问控制成员函数、访问控制符、封装性成员函数操作数据，访问权限控制讨论成员函数如何操作数据及访问权限的影响成员函数、数据操作、封装性成员函数操作数据，访问权限控制继承概述继承的类型详解继承的概念解析：继承是面向对象编程中的一个核心特性，它允许一个类继承另一个类的属性和方法。单继承多继承单继承语法：classDerived:publicBase多继承语法继承的优点继承的缺点继承应用场景继承的优点包括代码重用和降低复杂性。继承的缺点可能包括继承链过长导致的维护困难。继承与组合的区别继承的适用条件继承注意事项继承与组合区别在适用继承时，应考虑基类和派生类之间的紧密耦合关系。总结派生类和基类派生类成员派生类成员是指在派生类中定义的数据成员和成员函数，它们可以是基类中定义的成员，也可以是派生类中新增的成员。访问基类成员派生类访问基类成员继承构造函数派生构造基类构造调用顺序继承析构函数派生析构基类析构调用逆序注意事项派生类派生类可以通过基类的公有或保护成员来间接访问基类的私有成员。构造函数析构函数派生类构造调基类派生类派生基类关系派生继承成员调序派生基类概多态的概念与意义虚函数与纯虚函数的区别多态虚函数实现虚函数多态关键虚函数的覆盖当一个派生类继承自基类，并且在该派生类中重新定义了基类中已有的虚函数时，这个过程称为虚函数的覆盖。覆盖后的函数在运行时会调用派生类中的版本，而不是基类中的版本。01多态的绑定多态绑定编译运行时运行时绑定02多态的示例多态示例基类指针总结应用03C++虚函数应用在实际应用中，虚函数和多态可以提高代码的可扩展性和可维护性，使得程序更加灵活和强大。注意虚函数对象类型04虚函数的覆盖C++虚函数覆盖多态绑定多态接口定义规范接口接口和抽象类的主要区别在于，接口只能包含抽象方法和常量，而抽象类可以包含抽象方法和具体方法。区别接口的实现是通过实现类来完成的，实现类必须实现接口中定义的所有抽象方法。实现C++接定义接口的语法如下：语法接口方默认public接口的继承接口可多重继承多重继承接口的应用场景应用接口在Java集合框架中得到了广泛的应用，如List、Set等。Java集合框架C++异常处理概述异常的基本概念异常是指在程序执行过程中，由于某些原因导致程序无法继续正常执行，从而引发的一种异常情况。C++中通过try-catch语句来处理异常。异常的抛出异常的抛出是通过抛出异常对象来实现的，通常使用关键字throw来完成。R₂=R异常的捕获异常捕获try-catch异常处理的原则异常处理原则异常处理的应用C++异常应用广异常处理注意异常传播嵌套总结异常处理学习在实际编程中，正确使用异常处理能够提高程序的健壮性和可维护性。课后练习C语言异常处理异常概述异常是指在程序执行过程中，由于某些原因导致程序无法按照预期流程继续执行的情况。C语言通过声明和定义异常来处理这些情况。异常的声明C语言异常声明异常的定义异常的抛出异常的捕获抛出异常可以使用`throw`关键字，例如：`throwEXCEPTION;`。C语言异常机制异常处理框架异常处理流程当程序抛出异常时，系统会自动查找最近的`catch`块来处理该异常。如果找不到相应的`catch`块，程序将终止执行。总结C++模板泛型模板概述模板的概念是指使用类型参数来定义函数或类，这些类型参数在编译时会被具体化。01模板函数模板函数是使用模板定义的函数，它可以接受不同类型的参数，但要求这些类型支持相同的操作。模板函数02模板类模板类定义模板类应用03模板应用场景模板在算法和数据结构设计中应用广泛，如标准库中的容器和算法。总结04模板的优势模板提高了代码的可重用性和可维护性，减少了代码冗余，并提高了程序的性能。C++模板模板特化简介模板特化的定义模板特化应用智能指针管理内存，防泄漏概念智能指针通过引用计数或所有权语义来管理内存，当智能指针超出作用域或被销毁时，它会自动释放所管理的内存。类型C语言unique_ptr是独占所有权的智能指针，它确保同一时刻只有一个智能指针可以拥有同一块内存。shared_ptr智能shared_ptr通过引用计数来管理内存，当引用计数为0时，内存会被自动释放。使用创建智能指针可以通过new运算符和智能指针构造函数来创建智能指针。智能指针操作智能指针操作智能指针的优势在于它可以自动管理内存，从而避免内存泄漏和悬挂指针等问题。总结智能指针工具在实际编程中，合理使用智能指针可以显著提高代码的质量。智能指针特殊指针，管理内存智能指针内存管理重要自动内存管理智能指针通过自动管理内存的分配和释放，实现了自动内存管理。当智能指针超出作用域或被销毁时，它会自动释放所管理的内存，从而避免了内存泄漏的问题。智能指针的引用计数概念描述特点自动内存管理自动管理内存的分配和释放避免内存泄漏智能指针通过自动管理内存的分配和释放实现自动内存管理自动释放内存，避免内存泄漏引用计数shared_ptr通过引用计数管理内存精确控制内存释放重要智能指针内存管理重要提高内存使用效率总结智能指针是自动内存管理的关键技术确保内存安全shared_ptr引用计数管理内存C++11新特性自动类型推导C++11的自动类型推导功能允许编译器自动推断变量的类型，简化了代码的编写。例如，使用auto关键字可以自动推断变量所指向的对象类型。lambda表达式lambda表达式是C++11引入的一种匿名函数，它可以简化函数的定义和调用，使得代码更加简洁和灵活。范围for循环C++11范围for右值引用C++11线程支持线程线程是程序执行流中的一个独立单位，它由程序计数器、堆栈指针、寄存器集合等组成。在C++11中，线程可以通过std::thread类来创建和管理。创建线程的创建线程创建std::thread管理线程管理join()detach()线程同步线程同步互斥锁互斥锁互斥锁的使用互斥锁std::mutex条件变量条件变量std::condition_variableC++11并发原子操作原子操作是并发编程的基础，它保证了操作的不可分割性，防止了多个线程同时访问共享资源时出现的数据竞争问题。在C++11中，原子操作可以通过`<atomic>`头文件中的原子类型和操作来实现。锁和互斥量标题内容概念C++11中的实现同步机制C++11并发C++11标准中引入的并发编程特性并发编程的基础通过`<atomic>`头文件提供原子类型和操作锁和互斥量原子操作保证操作的不可分割性，防止数据竞争并发编程的核心概念原子类型和操作，如原子类型和原子函数原子操作本身不提供同步，但可与其他同步机制结合锁和互斥量用于同步线程访问共享资源确保一次只有一个线程可以访问资源提供互斥锁、读写锁等用于避免数据竞争和条件竞争锁互斥同步同步机制的一种确保线程间的正确顺序执行包括互斥锁、条件变量等用于实现线程间的同步和通信锁互斥同步文件流是C++11中用于文件操作的一种机制。概念文件流是C++11中用于文件操作的一种机制，它允许程序以流的形式读写文件内容，提高了文件操作的灵活性和效率。01文件操作函数包括open、close、read、write等。δ02文件读写示例03在C++11中，文件操作可以通过文件流对象来实现，例如使用fstream类。应用04文件操作在数据处理、日志记录、文件存储等方面有着广泛的应用。应用05例如，在编写数据库应用程序时，常常需要使用文件流来读写数据。总结C++11字符串字符串类std::string模板字符串操作函数示例例如，使用find()函数可以查找子字符串在主字符串中的位置。正则表达式正则表达式应用规则01正则匹配02邮箱模式03字符串操作在C++11中得到了极大的简化，使得字符串处理更加高效和方便。04使用C++11的字符串处理功能，可以减少代码量，提高代码的可读性和可维护性。总结字符串类概字符串正则概念正则语法正则实例正则优化正则匹配正则文本正则验证正则实现正则技巧正则安全字符串类C++11STL概览C++11STLC++11STL在实际编程中的应用STL容器向量容器向量动态列表容器列表双向集合容器集合容器存唯一元素，支持快速操作。列表容器列表容器动态大小，可变。集合容器集合无序，快速查找。集合容器集合去重，适去重场景。向量容器向量支持高效随机访问。列表容器列表高效插入删除。集合容器迭代器的概念迭代器的类型迭代器是STL中用于遍历容器元素的抽象指针，它可以指向容器中的任何元素，并且支持前进、后退等操作。正向迭代器反向迭代器正向迭代器允许迭代器向前移动，即从当前元素移动到下一个元素。双向迭代器双向迭代随机访问迭代器允许迭代器直接访问容器中的任意元素，类似于数组索引。迭代器的使用迭代器应用在C++中，可以使用迭代器来遍历容器中的元素，进行数据操作。迭代器遍历迭代器优点迭代器降低风险总结迭代器重要在实际编程中，熟练掌握迭代器的使用对于编写高效、安全的代码至关重要。迭代器概念迭代器的类型迭代器使用迭代器的基本操作迭代器应用迭代器在STL中的作用STL排序算法概述STL查找算法概述在C++标准模板库（STL）中，排序算法是一类用于对容器中的元素进行排序的算法。这些算法包括冒泡排序、选择排序、插入排序、快速排序、归并排序等，它们可以应用于各种数据结构，如数组、链表、向量等。冒泡排序冒泡排序算法选择排序选择排序算法快速排序分治插入排序插入排序原理归并排序分治查找算法概述线性查找线性查找法二分查找C++函数对象函数对象类型函数对象可以分为两类：函数模板和函数适配器。函数模板允许创建泛型函数对象，而函数适配器则是对现有函数进行封装，以改变其行为。函数对象使用函数对象应用sort函数对象函数对象的使用不仅限于排序，还可以用于其他场景，如过滤、映射等。总结函数对象C++STL特性函数类型函数对象的使用可以简化代码，提高程序的效率和可读性。函数使用掌握函数对象的使用对于C++程序设计来说是非常必要的。线程安全容器线程安全线程安全容器列表算法线程安全算法并发并发STL使用并发STL步骤：选容器算法，设计同步，测试稳定性。选择同步机制同步机制：协调线程访问，保数据一致性。锁的粒度锁粒度选死锁和饥饿死锁与饥饿性能考量并发权衡：减少同步，用非阻塞算法。总结C++11内存分配器适配器。分配器适配器分配器适配器是一种包装器，它封装了基本的内存分配器，并提供额外的功能或修改内存分配的行为。常见的分配器适配器类型包括分配器重载、分配器选择和分配器替换。类型分配器适配器：简化内存管理，提高可读性。使用C++11用std::allocator与std::vector，自定义内存分配基础分配器内存分配策略分配器适配器限最大分配限制分配大小分配器适配器自定义分配策略总结C++11文件系统库概念C++11文件系统库是C++11标准中新增的一个库，它提供了对文件和目录的操作功能，包括文件的创建、删除、读取、写入等。功能库功能：文件目录操作使用使用方法含<filesystem>，std::filesystem操作示例创建文件以下是一个创建文件的示例代码：代码示例代码ofstream写Hello,World!到file.tx