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+---

+language: c++

+filename: learncpp-cn.cpp

+contributors:

+    - ["Steven Basart", "http://github.com/xksteven"]

+    - ["Matt Kline", "https://github.com/mrkline"]

+translators:

+    - ["Arnie97", "https://github.com/Arnie97"]

+lang: zh-cn

+---

+

+C++是一种系统编程语言。用它的发明者，

+[Bjarne Stroustrup的话](http://channel9.msdn.com/Events/Lang-NEXT/Lang-NEXT-2014/Keynote)来说，C++的设计目标是：

+

+- 成为“更好的C语言”

+- 支持数据的抽象与封装

+- 支持面向对象编程

+- 支持泛型编程

+

+C++提供了对硬件的紧密控制（正如C语言一样），

+能够编译为机器语言，由处理器直接执行。

+与此同时，它也提供了泛型、异常和类等高层功能。

+虽然C++的语法可能比某些出现较晚的语言更复杂，它仍然得到了人们的青睞——

+功能与速度的平衡使C++成为了目前应用最广泛的系统编程语言之一。

+

+```c++

+////////////////

+// 与C语言的比较

+////////////////

+

+// C++_几乎_是C语言的一个超集，它与C语言的基本语法有许多相同之处，

+// 例如变量和函数的声明，原生数据类型等等。

+

+// 和C语言一样，在C++中，你的程序会从main()开始执行，

+// 该函数的返回值应当为int型，这个返回值会作为程序的退出状态值。

+// 不过，大多数的编译器（gcc，clang等）也接受 void main() 的函数原型。

+// （参见 http://en.wikipedia.org/wiki/Exit_status 来获取更多信息）

+int main(int argc, char** argv)

+{

+    // 和C语言一样，命令行参数通过argc和argv传递。

+    // argc代表命令行参数的数量，

+    // 而argv是一个包含“C语言风格字符串”（char *）的数组，

+    // 其中每个字符串代表一个命令行参数的内容，

+    // 首个命令行参数是调用该程序时所使用的名称。

+    // 如果你不关心命令行参数的值，argc和argv可以被忽略。

+    // 此时，你可以用int main()作为函数原型。

+

+    // 退出状态值为0时，表示程序执行成功

+    return 0;

+}

+

+// 然而，C++和C语言也有一些区别：

+

+// 在C++中，字符字面量的大小是一个字节。

+sizeof('c') == 1

+

+// 在C语言中，字符字面量的大小与int相同。

+sizeof('c') == sizeof(10)

+

+

+// C++的函数原型与函数定义是严格匹配的

+void func(); // 这个函数不能接受任何参数

+

+// 而在C语言中

+void func(); // 这个函数能接受任意数量的参数

+

+// 在C++中，用nullptr代替C语言中的NULL

+int* ip = nullptr;

+

+// C++也可以使用C语言的标准头文件，

+// 但是需要加上前缀“c”并去掉末尾的“.h”。

+#include <cstdio>

+

+int main()

+{

+    printf("Hello, world!\n");

+    return 0;

+}

+

+///////////

+// 函数重载

+///////////

+

+// C++支持函数重载，你可以定义一组名称相同而参数不同的函数。

+

+void print(char const* myString)

+{

+    printf("String %s\n", myString);

+}

+

+void print(int myInt)

+{

+    printf("My int is %d", myInt);

+}

+

+int main()

+{

+    print("Hello"); // 解析为 void print(const char*)

+    print(15); // 解析为 void print(int)

+}

+

+///////////////////

+// 函数参数的默认值

+///////////////////

+

+// 你可以为函数的参数指定默认值，

+// 它们将会在调用者没有提供相应参数时被使用。

+

+void doSomethingWithInts(int a = 1, int b = 4)

+{

+    // 对两个参数进行一些操作

+}

+

+int main()

+{

+    doSomethingWithInts();      // a = 1,  b = 4

+    doSomethingWithInts(20);    // a = 20, b = 4

+    doSomethingWithInts(20, 5); // a = 20, b = 5

+}

+

+// 默认参数必须放在所有的常规参数之后。

+

+void invalidDeclaration(int a = 1, int b) // 这是错误的！

+{

+}

+

+

+///////////

+// 命名空间

+///////////

+

+// 命名空间为变量、函数和其他声明提供了分离的的作用域。

+// 命名空间可以嵌套使用。

+

+namespace First {

+    namespace Nested {

+        void foo()

+        {

+            printf("This is First::Nested::foo\n");

+        }

+    } // 结束嵌套的命名空间Nested

+} // 结束命名空间First

+

+namespace Second {

+    void foo()

+    {

+        printf("This is Second::foo\n")

+    }

+}

+

+void foo()

+{

+    printf("This is global foo\n");

+}

+

+int main()

+{

+    // 如果没有特别指定，就从“Second”中取得所需的内容。

+    using namespace Second;

+

+    foo(); // 显示“This is Second::foo”

+    First::Nested::foo(); // 显示“This is First::Nested::foo”

+    ::foo(); // 显示“This is global foo”

+}

+

+////////////

+// 输入/输出

+////////////

+

+// C++使用“流”来输入输出。<<是流的插入运算符，>>是流提取运算符。

+// cin、cout、和cerr分别代表

+// stdin（标准输入）、stdout（标准输出）和stderr（标准错误）。

+

+#include <iostream> // 引入包含输入/输出流的头文件

+

+using namespace std; // 输入输出流在std命名空间（也就是标准库）中。

+

+int main()

+{

+   int myInt;

+

+   // 在标准输出（终端/显示器）中显示

+   cout << "Enter your favorite number:\n";

+   // 从标准输入（键盘）获得一个值

+   cin >> myInt;

+

+   // cout也提供了格式化功能

+   cout << "Your favorite number is " << myInt << "\n";

+   // 显示“Your favorite number is <myInt>”

+

+    cerr << "Used for error messages";

+}

+

+/////////

+// 字符串

+/////////

+

+// C++中的字符串是对象，它们有很多成员函数

+#include <string>

+

+using namespace std; // 字符串也在std命名空间（标准库）中。

+

+string myString = "Hello";

+string myOtherString = " World";

+

+// + 可以用于连接字符串。

+cout << myString + myOtherString; // "Hello World"

+

+cout << myString + " You"; // "Hello You"

+

+// C++中的字符串是可变的，具有“值语义”。

+myString.append(" Dog");

+cout << myString; // "Hello Dog"

+

+

+/////////////

+// 引用

+/////////////

+

+// 除了支持C语言中的指针类型以外，C++还提供了_引用_。

+// 引用是一种特殊的指针类型，一旦被定义就不能重新赋值，并且不能被设置为空值。

+// 使用引用时的语法与原变量相同：

+// 也就是说，对引用类型进行解引用时，不需要使用*；

+// 赋值时也不需要用&来取地址。

+

+using namespace std;

+

+string foo = "I am foo";

+string bar = "I am bar";

+

+

+string& fooRef = foo; // 建立了一个对foo的引用。

+fooRef += ". Hi!"; // 通过引用来修改foo的值

+cout << fooRef; // "I am foo. Hi!"

+

+// 这句话的并不会改变fooRef的指向，其效果与“foo = bar”相同。

+// 也就是说，在执行这条语句之后，foo == "I am bar"。

+fooRef = bar;

+

+const string& barRef = bar; // 建立指向bar的常量引用。

+// 和C语言中一样，（指针和引用）声明为常量时，对应的值不能被修改。

+barRef += ". Hi!"; // 这是错误的，不能修改一个常量引用的值。

+

+///////////////////

+// 类与面向对象编程

+///////////////////

+

+// 有关类的第一个示例

+#include <iostream>

+

+// 声明一个类。

+// 类通常在头文件（.h或.hpp）中声明。

+class Dog {

+    // 成员变量和成员函数默认情况下是私有（private）的。

+    std::string name;

+    int weight;

+

+// 在这个标签之后，所有声明都是公有（public）的，

+// 直到重新指定“private:”（私有继承）或“protected:”（保护继承）为止

+public:

+

+    // 默认的构造器

+    Dog();

+

+    // 这里是成员函数声明的一个例子。

+    // 可以注意到，我们在此处使用了std::string，而不是using namespace std

+    // 语句using namespace绝不应当出现在头文件当中。

+    void setName(const std::string& dogsName);

+

+    void setWeight(int dogsWeight);

+

+    // 如果一个函数不对对象的状态进行修改，

+    // 应当在声明中加上const。

+    // 这样，你就可以对一个以常量方式引用的对象执行该操作。

+    // 同时可以注意到，当父类的成员函数需要被子类重写时，

+    // 父类中的函数必须被显式声明为_虚函数（virtual）_。

+    // 考虑到性能方面的因素，函数默认情况下不会被声明为虚函数。

+    virtual void print() const;

+

+    // 函数也可以在class body内部定义。

+    // 这样定义的函数会自动成为内联函数。

+    void bark() const { std::cout << name << " barks!\n" }

+

+    // 除了构造器以外，C++还提供了析构器。

+    // 当一个对象被删除或者脱离其定义域时，它的析构函数会被调用。

+    // 这使得RAII这样的强大范式（参见下文）成为可能。

+    // 为了衍生出子类来，基类的析构函数必须定义为虚函数。

+    virtual ~Dog();

+

+}; // 在类的定义之后，要加一个分号

+

+// 类的成员函数通常在.cpp文件中实现。

+void Dog::Dog()

+{

+    std::cout << "A dog has been constructed\n";

+}

+

+// 对象（例如字符串）应当以引用的形式传递，

+// 对于不需要修改的对象，最好使用常量引用。

+void Dog::setName(const std::string& dogsName)

+{

+    name = dogsName;

+}

+

+void Dog::setWeight(int dogsWeight)

+{

+    weight = dogsWeight;

+}

+

+// 虚函数的virtual关键字只需要在声明时使用，不需要在定义时重复

+void Dog::print() const

+{

+    std::cout << "Dog is " << name << " and weighs " << weight << "kg\n";

+}

+

+void Dog::~Dog()

+{

+    cout << "Goodbye " << name << "\n";

+}

+

+int main() {

+    Dog myDog; // 此时显示“A dog has been constructed”

+    myDog.setName("Barkley");

+    myDog.setWeight(10);

+    myDog.printDog(); // 显示“Dog is Barkley and weighs 10 kg”

+    return 0;

+} // 显示“Goodbye Barkley”

+

+// 继承：

+

+// 这个类继承了Dog类中的公有（public）和保护（protected）对象

+class OwnedDog : public Dog {

+

+    void setOwner(const std::string& dogsOwner)

+

+    // 重写OwnedDogs类的print方法。

+    // 如果你不熟悉子类多态的话，可以参考这个页面中的概述：

+    // http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%AD%90%E7%B1%BB%E5%9E%8B

+

+    // override关键字是可选的，它确保你所重写的是基类中的方法。

+    void print() const override;

+

+private:

+    std::string owner;

+};

+

+// 与此同时，在对应的.cpp文件里：

+

+void OwnedDog::setOwner(const std::string& dogsOwner)

+{

+    owner = dogsOwner;

+}

+

+void OwnedDog::print() const

+{

+    Dog::print(); // 调用基类Dog中的print方法

+    // "Dog is <name> and weights <weight>"

+

+    std::cout << "Dog is owned by " << owner << "\n";

+    // "Dog is owned by <owner>"

+}

+

+/////////////////////

+// 初始化与运算符重载

+/////////////////////

+

+// 在C++中，通过定义一些特殊名称的函数，

+// 你可以重载+、-、*、/等运算符的行为。

+// 当运算符被使用时，这些特殊函数会被调用，从而实现运算符重载。

+

+#include <iostream>

+using namespace std;

+

+class Point {

+public:

+    // 可以以这样的方式为成员变量设置默认值。

+    double x = 0;

+    double y = 0;

+

+    // 定义一个默认的构造器。

+    // 除了将Point初始化为(0, 0)以外，这个函数什么都不做。

+    Point() { };

+

+    // 下面使用的语法称为初始化列表，

+    // 这是初始化类中成员变量的正确方式。

+    Point (double a, double b) :

+        x(a),

+        y(b)

+    { /* 除了初始化成员变量外，什么都不做 */ }

+

+    // 重载 + 运算符

+    Point operator+(const Point& rhs) const;

+

+    // 重载 += 运算符

+    Point& operator+=(const Point& rhs);

+

+    // 增加 - 和 -= 运算符也是有意义的，但这里不再赘述。

+};

+

+Point Point::operator+(const Point& rhs) const

+{

+    // 创建一个新的点，

+    // 其横纵坐标分别为这个点与另一点在对应方向上的坐标之和。

+    return Point(x + rhs.x, y + rhs.y);

+}

+

+Point& Point::operator+=(const Point& rhs)

+{

+    x += rhs.x;

+    y += rhs.y;

+    return *this;

+}

+

+int main () {

+    Point up (0,1);

+    Point right (1,0);

+    // 这里使用了Point类型的运算符“+”

+    // 调用up（Point类型）的“+”方法，并以right作为函数的参数

+    Point result = up + right;

+    // 显示“Result is upright (1,1)”

+    cout << "Result is upright (" << result.x << ',' << result.y << ")\n";

+    return 0;

+}

+

+///////////

+// 异常处理

+///////////

+

+// 标准库中提供了一些基本的异常类型

+// （参见http://en.cppreference.com/w/cpp/error/exception）

+// 但是，其他任何类型也可以作为一个异常被拋出

+#include <exception>

+

+// 在_try_代码块中拋出的异常可以被随后的_catch_捕获。

+try {

+    // 不要用 _new_关键字在堆上为异常分配空间。

+    throw std::exception("A problem occurred");

+}

+// 如果拋出的异常是一个对象，可以用常量引用来捕获它

+catch (const std::exception& ex)

+{

+  std::cout << ex.what();

+// 捕获尚未被_catch_处理的所有错误

+} catch (...)

+{

+    std::cout << "Unknown exception caught";

+    throw; // 重新拋出异常

+}

+

+///////

+// RAII

+///////

+

+// RAII指的是“资源获取就是初始化”（Resource Allocation Is Initialization），

+// 它被视作C++中最强大的编程范式之一。

+// 简单说来，它指的是，用构造函数来获取一个对象的资源，

+// 相应的，借助析构函数来释放对象的资源。

+

+// 为了理解这一范式的用处，让我们考虑某个函数使用文件句柄时的情况：

+void doSomethingWithAFile(const char* filename)

+{

+    // 首先，让我们假设一切都会顺利进行。

+

+    FILE* fh = fopen(filename, "r"); // 以只读模式打开文件

+

+    doSomethingWithTheFile(fh);

+    doSomethingElseWithIt(fh);

+

+    fclose(fh); // 关闭文件句柄

+}

+

+// 不幸的是，随着错误处理机制的引入，事情会变得复杂。

+// 假设fopen函数有可能执行失败，

+// 而doSomethingWithTheFile和doSomethingElseWithIt会在失败时返回错误代码。

+// （虽然异常是C++中处理错误的推荐方式，

+// 但是某些程序员，尤其是有C语言背景的，并不认可异常捕获机制的作用）。

+// 现在，我们必须检查每个函数调用是否成功执行，并在问题发生的时候关闭文件句柄。

+bool doSomethingWithAFile(const char* filename)

+{

+    FILE* fh = fopen(filename, "r"); // 以只读模式打开文件

+    if (fh == nullptr) // 当执行失败是，返回的指针是nullptr

+        return false; // 向调用者汇报错误

+

+    // 假设每个函数会在执行失败时返回false

+    if (!doSomethingWithTheFile(fh)) {

+        fclose(fh); // 关闭文件句柄，避免造成内存泄漏。

+        return false; // 反馈错误

+    }

+    if (!doSomethingElseWithIt(fh)) {

+        fclose(fh); // 关闭文件句柄

+        return false; // 反馈错误

+    }

+

+    fclose(fh); // 关闭文件句柄

+    return true; // 指示函数已成功执行

+}

+

+// C语言的程序员通常会借助goto语句简化上面的代码：

+bool doSomethingWithAFile(const char* filename)

+{

+    FILE* fh = fopen(filename, "r");

+    if (fh == nullptr)

+        return false;

+

+    if (!doSomethingWithTheFile(fh))

+        goto failure;

+

+    if (!doSomethingElseWithIt(fh))

+        goto failure;

+

+    fclose(fh); // 关闭文件

+    return true; // 执行成功

+

+failure:

+    fclose(fh);

+    return false; // 反馈错误

+}

+

+// 如果用异常捕获机制来指示错误的话，

+// 代码会变得清晰一些，但是仍然有优化的余地。

+void doSomethingWithAFile(const char* filename)

+{

+    FILE* fh = fopen(filename, "r"); // 以只读模式打开文件

+    if (fh == nullptr)

+        throw std::exception("Could not open the file.");

+

+    try {

+        doSomethingWithTheFile(fh);

+        doSomethingElseWithIt(fh);

+    }

+    catch (...) {

+        fclose(fh); // 保证出错的时候文件被正确关闭

+        throw; // 之后，重新抛出这个异常

+    }

+

+    fclose(fh); // 关闭文件

+    // 所有工作顺利完成

+}

+

+// 相比之下，使用C++中的文件流类（fstream）时，

+// fstream会利用自己的析构器来关闭文件句柄。

+// 只要离开了某一对象的定义域，它的析构函数就会被自动调用。

+void doSomethingWithAFile(const std::string& filename)

+{

+    // ifstream是输入文件流（input file stream）的简称

+    std::ifstream fh(filename); // 打开一个文件

+

+    // 对文件进行一些操作

+    doSomethingWithTheFile(fh);

+    doSomethingElseWithIt(fh);

+

+} // 文件已经被析构器自动关闭

+

+// 与上面几种方式相比，这种方式有着_明显_的优势：

+// 1. 无论发生了什么情况，资源（此例当中是文件句柄）都会被正确关闭。

+//    只要你正确使用了析构器，就_不会_因为忘记关闭句柄，造成资源的泄漏。

+// 2. 可以注意到，通过这种方式写出来的代码十分简洁。

+//    析构器会在后台关闭文件句柄，不再需要你来操心这些琐事。

+// 3. 这种方式的代码具有异常安全性。

+//    无论在函数中的何处拋出异常，都不会阻碍对文件资源的释放。

+

+// 地道的C++代码应当把RAII的使用扩展到各种类型的资源上，包括：

+// - 用unique_ptr和shared_ptr管理的内存

+// - 各种数据容器，例如标准库中的链表、向量（容量自动扩展的数组）、散列表等；

+//   当它们脱离作用域时，析构器会自动释放其中储存的内容。

+// - 用lock_guard和unique_lock实现的互斥

+```

+扩展阅读：

+

+<http://cppreference.com/w/cpp> 提供了最新的语法参考。

+

+可以在 <http://cplusplus.com> 找到一些补充资料。