C++ 知识体系
📚 一、C++ 基础语法
1.1 程序结构
#include <iostream> // 包含标准输入输出库using namespace std; // 使用标准命名空间（可选，但常见）int main() {cout << "Hello, World!" << endl; // 输出字符串return 0; // 返回程序状态（0表示成功）
}#include：预处理器指令，包含头文件。main()：程序入口函数，必须存在。cout：输出流对象，<<是流插入运算符。endl：换行并刷新缓冲区。
✅ 注意事项：
using namespace std;在大型项目中可能导致命名冲突，建议在函数内使用或显式写std::cout。return 0;在main函数中可省略（C++ 标准规定默认返回 0）。
🧩 二、数据类型与变量
2.1 基本数据类型
| 类型 | 大小（字节） | 范围 |
|---|---|---|
bool | 1 | true / false |
char | 1 | -128 到 127 或 0 到 255 |
int | 4 | -2^31 到 2^31-1 |
float | 4 | 单精度浮点数 |
double | 8 | 双精度浮点数 |
void | 无 | 无值 |
#include <iostream>
#include <climits> // 提供整型极限值
#include <cfloat> // 提供浮点型极限值int main() {int a = 10;double b = 3.14159;char c = 'A';bool flag = true;cout << "int size: " << sizeof(int) << " bytes" << endl;cout << "Max int: " << INT_MAX << endl;cout << "Min double: " << DBL_MIN << endl;return 0;
}⚠️ 注意事项：
char可能是signed或unsigned，取决于编译器，建议明确使用signed char或unsigned char。- 浮点数比较应避免直接使用
==，建议使用误差范围。
🔢 三、运算符
3.1 常用运算符
int a = 10, b = 3;// 算术
int add = a + b; // 13
int mod = a % b; // 1// 关系
bool eq = (a == b); // false// 逻辑
bool and_op = (a > 5 && b < 5); // true// 位运算
int and_bit = a & b; // 2 (0b1010 & 0b0011)
int left_shift = a << 1; // 20 (左移1位)// 自增/自减
int x = 5;
int y = ++x; // x=6, y=6 (前缀)
int z = x++; // z=6, x=7 (后缀)✅ 高级用法：位运算常用于状态标志、性能优化。
🧱 四、控制结构
4.1 条件语句
int score = 85;if (score >= 90) {cout << "A";
} else if (score >= 80) {cout << "B"; // 输出
} else {cout << "C";
}4.2 循环
// for 循环
for (int i = 0; i < 5; ++i) {cout << i << " ";
}// while
int i = 0;
while (i < 5) {cout << i++ << " ";
}// do-while（至少执行一次）
do {cout << i-- << " ";
} while (i > 0);⚠️ 注意事项：
- 优先使用
++i而非i++在循环中（性能更优，尤其对复杂对象）。- 避免无限循环，确保循环条件可终止。
📦 五、函数
5.1 函数定义与调用
#include <iostream>
using namespace std;// 函数声明（可选）
int add(int a, int b);// 函数定义
int add(int a, int b) {return a + b;
}int main() {int result = add(3, 4); // 调用cout << result << endl; // 7return 0;
}5.2 函数重载
int add(int a, int b) { return a + b; }
double add(double a, double b) { return a + b; }
string add(string a, string b) { return a + b; }✅ 规则：参数类型、数量或顺序不同即可重载。
5.3 内联函数（inline）
inline int max(int a, int b) {return (a > b) ? a : b;
}✅ 用途：减少函数调用开销，适合短小函数。
🔗 六、指针与引用
6.1 指针
int value = 10;
int* ptr = &value; // 指针指向 value 的地址cout << *ptr << endl; // 解引用：输出 10
*ptr = 20; // 修改 value 的值
cout << value << endl; // 206.2 引用
int a = 10;
int& ref = a; // ref 是 a 的别名ref = 20;
cout << a << endl; // 20✅ 区别：
- 指针可变，引用一旦绑定不能改。
- 引用必须初始化，指针可以为
nullptr。- 引用更安全，推荐用于函数参数传递。
6.3 动态内存
int* p = new int(42); // 动态分配
cout << *p << endl;delete p; // 释放内存// 数组
int* arr = new int[10];
delete[] arr; // 注意：用 delete[] 释放数组⚠️ 注意事项：
- 必须配对
new/delete，new[]/delete[]。- 避免内存泄漏，建议使用智能指针。
🧱 七、数组与字符串
7.1 数组
int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};for (int i = 0; i < 5; ++i) {cout << arr[i] << " ";
}// C++11 范围 for
for (int& elem : arr) {cout << elem << " ";
}7.2 字符串
#include <string>string str = "Hello";
str += " World";
cout << str << endl; // Hello Worldcout << str.length() << endl; // 11✅ 建议：优先使用
std::string而非 C 风格字符串（char*）。
🏗️ 八、类与对象（面向对象）
8.1 类定义
class Person {
private:string name;int age;public:// 构造函数Person(const string& n, int a) : name(n), age(a) {}// 成员函数void introduce() const {cout << "I'm " << name << ", " << age << " years old." << endl;}// Getter/Setterint getAge() const { return age; }void setAge(int a) { if (a > 0) age = a; }
};8.2 使用
int main() {Person p("Alice", 25);p.introduce(); // I'm Alice, 25 years old.return 0;
}8.3 构造函数与析构函数
class MyClass {
public:MyClass() { cout << "Constructor called" << endl; }~MyClass() { cout << "Destructor called" << endl; }
};✅ 注意：析构函数用于释放资源（如动态内存）。
8.4 拷贝构造函数与赋值运算符
class MyClass {int* data;
public:// 构造MyClass(int val) {data = new int(val);}// 拷贝构造（深拷贝）MyClass(const MyClass& other) {data = new int(*other.data);}// 赋值运算符MyClass& operator=(const MyClass& other) {if (this != &other) {delete data;data = new int(*other.data);}return *this;}// 析构~MyClass() {delete data;}
};⚠️ Rule of Three：如果需要自定义析构函数，通常也需要拷贝构造和赋值运算符。
🧬 九、继承与多态
9.1 继承
class Animal {
public:virtual void speak() const {cout << "Animal sound" << endl;}
};class Dog : public Animal {
public:void speak() const override {cout << "Woof!" << endl;}
};9.2 多态
Animal* a = new Dog();
a->speak(); // 输出 "Woof!"（动态绑定）delete a;✅ 关键点：
- 使用
virtual实现运行时多态。- 基类析构函数应为
virtual，否则派生类资源可能无法正确释放。
🧩 十、模板（泛型编程）
10.1 函数模板
template <typename T>
T max(T a, T b) {return (a > b) ? a : b;
}// 使用
int m1 = max(3, 5); // T = int
double m2 = max(3.1, 2.9); // T = double10.2 类模板
template <typename T>
class Box {T content;
public:Box(T c) : content(c) {}T get() const { return content; }
};// 使用
Box<int> intBox(42);
Box<string> strBox("Hello");✅ 优势：代码复用，类型安全。
🧠 十一、STL（标准模板库）
11.1 容器
#include <vector>
#include <map>
#include <set>
#include <algorithm>vector<int> vec = {1, 2, 3};
vec.push_back(4);map<string, int> ages;
ages["Alice"] = 25;
ages["Bob"] = 30;set<int> nums = {1, 2, 2, 3}; // 自动去重11.2 算法
sort(vec.begin(), vec.end());
auto it = find(vec.begin(), vec.end(), 3);
if (it != vec.end()) {cout << "Found at index " << it - vec.begin() << endl;
}✅ 建议：优先使用 STL 容器和算法，高效且安全。
🧰 十二、智能指针（C++11 起）
替代原始指针，自动管理内存。
#include <memory>// 唯一所有权
unique_ptr<int> uptr = make_unique<int>(42);
// 自动释放，无需 delete// 共享所有权
shared_ptr<int> sptr1 = make_shared<int>(100);
shared_ptr<int> sptr2 = sptr1; // 引用计数+1
// 当最后一个 shared_ptr 销毁时，自动释放// 弱引用（避免循环引用）
weak_ptr<int> wptr = sptr1;✅ 最佳实践：优先使用
make_unique和make_shared。
🧪 十三、异常处理
#include <stdexcept>void divide(int a, int b) {if (b == 0) {throw invalid_argument("Division by zero!");}cout << a / b << endl;
}int main() {try {divide(10, 0);} catch (const invalid_argument& e) {cout << "Error: " << e.what() << endl;}return 0;
}⚠️ 建议：
- 不要滥用异常。
- 抛出对象，捕获引用（避免拷贝）。
🧱 十四、高级特性（C++11/14/17/20）
14.1 auto 与 decltype
auto x = 42; // x 是 int
auto it = vec.begin(); // 自动推导迭代器类型decltype(x) y = 10; // y 也是 int14.2 Lambda 表达式
auto func = [](int a, int b) -> int {return a + b;
};cout << func(3, 4) << endl; // 7// 捕获外部变量
int multiplier = 2;
auto lambda = [multiplier](int n) {return n * multiplier;
};14.3 移动语义（Move Semantics）
class MyString {char* data;
public:// 移动构造函数MyString(MyString&& other) noexcept {data = other.data;other.data = nullptr;}// 移动赋值MyString& operator=(MyString&& other) noexcept {if (this != &other) {delete[] data;data = other.data;other.data = nullptr;}return *this;}
};✅ 用途：提高性能，避免不必要的拷贝。
🛠️ 十五、注意事项与最佳实践
| 项目 | 建议 |
|---|---|
| 命名 | 使用驼峰或下划线，保持一致 |
| 内存管理 | 优先使用智能指针、容器，避免 new/delete |
| const 正确性 | 多用 const 修饰变量、函数、参数 |
| 头文件保护 | 使用 #pragma once 或 #ifndef |
| 编译警告 | 开启 -Wall -Wextra，修复所有警告 |
| RAII | 资源获取即初始化，确保异常安全 |
| C++ 标准 | 尽量使用 C++11 及以上特性 |