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C++/QT 开发技能树详解

news 2025/8/23 10:46:31

一、编程语言 (C++)

1. C++基础语法（数据类型、模板、命名空间）

是什么：这是构建C++程序的基石。数据类型定义了变量存储的数据种类和大小；模板允许编写与数据类型无关的通用代码；命名空间用于避免大型项目中的名称冲突。
如何理解：
- 数据类型：如 int, double, char 是基础类型；std::string, std::vector 是标准库定义的复杂类型。理解它们的内存占用和操作代价对性能优化至关重要。
- 模板：可以把它理解为一个“代码模具”。比如您项目中的 std::vector<int> 和 std::vector<std::string>，编译器会根据这个“模具”生成两份分别处理int和string的代码。这是C++实现泛型编程的核心。
- 命名空间：类似于文件系统的目录。std::cout 意味着在std这个“目录”下找cout。您也可以创建自己的命名空间来组织代码，防止和第三方库的符号冲突。
如何使用：
- 在定义变量时选择最合适的数据类型。
- 使用模板来编写通用函数（如 template <typename T> T max(T a, T b)）和通用类。
- 在自己的库或模块中使用 namespace MyProject { ... } 来封装代码。使用 using namespace std; 需谨慎，尤其在头文件中。

2. 指针

是什么：指针是一个变量，其值是另一个变量的内存地址。
如何理解： 指针就是地址。

它提供了直接操作内存的能力，非常强大但也容易出错（如空指针、野指针）。在C++中，它常用于动态内存分配、数组遍历、函数传参（避免拷贝大对象）等。

如何使用：
- 动态分配内存：int *ptr = new int;，记得用 delete ptr; 释放。
- 传递函数参数：void modifyValue(int *ptr) { *ptr = 10; }，允许函数修改外部变量的值。
- 访问数组：数组名本质上就是一个指向数组首元素的指针。
- 现代C++建议：优先使用智能指针 (std::unique_ptr, std::shared_ptr)，它们可以自动管理内存生命周期，极大减少内存泄漏的风险。

3. Lambda 表达式

是什么：一种匿名函数对象，可以在代码中就地定义短小的函数，而无需正式声明一个函数。
如何理解：它类似于JavaScript中的箭头函数。它捕获上下文变量、接受参数、并有一个函数体。它使得代码更简洁，尤其是在与STL算法配合时。
如何使用：
- 基本语法：[capture] (parameters) -> return_type { function_body }
- 捕获列表 [capture] 是关键：
  - [=]：以值的方式捕获所有外部变量。
  - [&]：以引用的方式捕获所有外部变量。
  - [a, &b]：以值捕获a，以引用捕获b。
- 示例：与 std::sort 或 std::for_each 配合使用。
```
std::vector<int> vec = {4, 2, 5, 1};
std::sort(vec.begin(), vec.end(), [](int a, int b) { return a > b; }); // 降序排列
```

4. 面向对象：封装、继承、多态

是什么：面向对象编程的三大核心特性。
如何理解与使用：
- 封装：将数据（属性）和操作数据的方法（函数）绑定在一起，并隐藏内部实现细节，只暴露接口。通过 class 和访问控制符 public, private, protected 实现。在您的项目中，每个模块的类设计都体现了封装思想。
- 继承：允许一个新类（派生类）继承另一个类（基类）的属性和方法，实现代码复用和层次化设计。如 class Dog : public Animal {}。
- 多态：允许不同类的对象对同一消息做出不同的响应。通常通过基类的虚函数和指针/引用来实现。
```
class Shape {
public:virtual void draw() = 0; // 纯虚函数，抽象基类
};
class Circle : public Shape {
public:virtual void draw() override { /* 画一个圆 */ }
};
// 多态的使用
Shape *shape = new Circle();
shape->draw(); // 调用的是 Circle::draw()
```
- 在您项目中的应用： QT的整个 widget 系统就是基于继承和多态。QPushButton 继承自 QWidget，您可以重写 paintEvent 等虚函数来实现自定义UI。

二、内存管理

1. 堆栈机制

是什么：程序运行时内存管理的两种基本方式。
如何理解：
- 栈：由编译器自动分配和释放。存放局部变量、函数参数等。分配速度快，但空间有限，生命周期与函数作用域绑定。
- 堆：由程序员手动分配和释放（new/delete 或 malloc/free）。空间大，分配速度慢，生命周期由程序员控制，管理不当会导致内存泄漏或野指针。
如何使用：小型、生命周期短的变量用栈。大型对象、需要动态控制生命周期的对象用堆（并尽量用智能指针管理）。

2. 手动内存管理

是什么：使用 new 和 delete 成对操作来在堆上分配和释放内存。
如何理解： 谁申请，谁释放。忘记释放会导致内存泄漏；释放后再次使用会导致未定义行为。在复杂流程中，确保在每一个分支路径上都正确释放内存非常具有挑战性。
如何使用： 强烈建议在现代C++项目中避免直接使用 new/delete。使用 std::vector, std::string 等容器以及 std::unique_ptr 和 std::shared_ptr 等智能指针来自动化内存管理。您在“性能优化”中提到的“内存池”是更高级的手动内存管理技术，用于特定性能敏感场景。

三、 QT 框架

1. 信号和槽

是什么： QT的核心机制，用于对象之间的通信。它是一种类型安全的“观察者模式”。
如何理解：当某个对象（发送者）的状态发生变化时，它会发射一个信号。另一个对象（接收者）的槽函数可以对这种变化做出响应。它们通过 QObject::connect 函数连接。

如何使用：

// 声明
class Sender : public QObject {Q_OBJECT
signals:void valueChanged(int newValue);
};
class Receiver : public QObject {Q_OBJECT
public slots:void handleValueChange(int value) { ... }
};
// 连接
Sender s; Receiver r;
QObject::connect(&s, &Sender::valueChanged, &r, &Receiver::handleValueChange);
// 触发
emit s.valueChanged(10); // 此后，r.handleValueChange(10) 会被自动调用

在您项目中的应用：这是QT程序事件驱动的基石。按钮点击、定时器超时、网络数据到达等，都是通过信号和槽来通知和处理的。

2. 事件过滤器

是什么：一种更高级的事件处理机制，允许一个对象监视并拦截发送给另一个对象的事件。
如何理解：比如主窗口可以安装事件过滤器来监听所有子控件的事件（如鼠标点击、按键），并在事件到达目标控件之前先进行处理或过滤掉。
如何使用：
1. 在监视者对象中重写 eventFilter(QObject *watched, QEvent *event) 方法。
2. 调用 watchedObject->installEventFilter(filterObject); 进行安装。
- 在您项目中的应用：可用于实现全局快捷键、自定义鼠标行为、验证输入等。

3. 多线程编程

是什么：使用 QThread 等类来并发执行任务，防止耗时操作阻塞主线程（UI线程）。
如何理解： QT推荐使用工作线程模式，而非继承QThread。即将一个的工作对象（继承自QObject）移动到一个线程中，通过信号和槽与主线程通信。

QThread *thread = new QThread;
Worker *worker = new Worker; // Worker 是一个QObject
worker->moveToThread(thread); // 关键步骤
// 连接信号槽：启动线程、开始工作、汇报进度、结束线程
connect(thread, &QThread::started, worker, &Worker::doWork);
connect(worker, &Worker::resultReady, this, &MainWindow::handleResult);
connect(worker, &Worker::finished, thread, &QThread::quit);
connect(thread, &QThread::finished, thread, &QThread::deleteLater);
thread->start();

在您项目中的应用： 您在“广告机系统”中明确提到了“使用QThread开发专用工作线程，处理网络IO和文件操作”，这正是该模式的典型应用。

四、图像处理 (OpenCV)

1. 图像滤波（如高斯滤波）

是什么：使用一个“核”在图像上滑动，计算邻域像素的加权平均值，用于去噪和平滑。
如何理解：高斯滤波的权重服从高斯分布（正态分布），中心点权重最大，越远权重越小。能很好地消除高斯噪声，并保留更多的图像边缘信息 compared to mean filter。
如何使用： cv::GaussianBlur(src, dst, Size(5,5), 0);

2. 边缘检测（如Canny）

是什么：识别图像中亮度变化剧烈的点，这些点通常对应物体的边缘。
如何理解： Canny边缘检测是一个多阶段的算法（噪声去除->计算梯度->非极大值抑制->双阈值筛选），结果是干净、连续的边缘。
如何使用： cv::Canny(src, edges, threshold1, threshold2);

3. 特征提取与匹配

是什么：特征是图像中具有独特性的局部结构（如角点、斑块）。匹配是在不同图像中寻找相同特征的过程。
如何理解：就像人的“痣”或“脸部轮廓”是特征。SIFT、SURF、ORB等算法可以提取这些特征并生成一个描述子向量。通过比较描述子向量的距离，可以判断两个特征是否匹配。
在您项目中的应用： 您在“纺织面料疵点检测”项目中，提取疵点的“特征向量”就是为了后续能够对疵点进行分类和识别。

五、开发工具 & 其他

1. 版本控制 (Git/SVN)

是什么：记录代码变更历史、协同开发的工具。
核心概念：
- Git：分布式。每个开发者都有完整的仓库克隆。常用命令：clone, add, commit, push, pull, branch, merge。
- SVN：集中式。只有一个中央仓库。常用命令：checkout, update, commit。
如何理解： 代码的“时光机”。允许回退到任何历史版本，并行开发不同功能（分支），解决代码冲突，追踪谁在何时改了什麼。

2. 数据库 (MySQL/SQLite)

是什么：结构化数据存储和管理系统。
核心概念与使用：
- SQLite：轻量级，嵌入式的数据库，整个库就是一个文件。非常适合桌面应用、移动应用（如您的QT终端程序）作为本地存储。
- MySQL：强大的客户端-服务器型数据库，支持高并发、大规模数据。适合作为Web应用或分布式系统（如您的广告机管理系统）的后端数据库。
- CRUD：增(INSERT)、删(DELETE)、改(UPDATE)、查(SELECT)是基本操作。
- 索引：加速查询的数据结构，理解它对于“优化数据库查询性能”至关重要。

3. 网络协议 (TCP/UDP/HTTP/MQTT)

是什么：设备之间通信的规则。
如何理解与使用：
- TCP：面向连接、可靠、有序的字节流传输。像打电话，需要建立连接，保证对方能听到。用于需要可靠性的场景（如文件传输、网页浏览）。
- UDP：无连接、不可靠的数据报传输。像发广播，不保证对方收到。用于实时性要求高、可容忍少量丢失的场景（如视频通话、游戏）。
- HTTP：基于TCP的应用层协议，是Web通信的基础（请求-响应模型）。
- MQTT： 轻量级的发布-订阅消息协议，专为物联网设计。您在广告机项目中的核心贡献就是基于此协议。
  - 理解发布-订阅：设备（客户端）连接到代理服务器（如EMQX）。设备订阅它感兴趣的主题（如 device/001/temperature）。另一个设备向这个主题发布消息。代理服务器负责将消息转发给所有订阅了该主题的设备。实现了发布者和订阅者的解耦。