从零开始学C++程序设计

熟练驾驭C++语言的最新版本C++14。《C++高级编程(第3版) 是设计和构建C++应用程序的实用指南，代码丰富，并根据C++14版本做了全面更新。本书强调良好编程风格的重要性，阐述如何设计可充分利用C++语言功能的高效解决方案；深入探讨C++语言功能集的更复杂元素，并披露避开常见陷阱的技巧。本书醒目显示了新的C++14信息，使你快速了解影响应用程序构建的显著变化。 第I部分 专业的C++简介 1 第1章 C++和STL速成 3 1.1 C++基础知识 3 1.1.1 小程序"hello world" 4 1.1.2 名称空间 6 1.1.3 变量 8 1.1.4 字面量 9 1.1.5 运算符 9 1.1.6 类型 11 1.1.7 条件 13 1.1.8 数组 16 1.1.9 循环 18 1.1.10 函数 19 1.1.11 类型推断(上) 21 1.1.12 这些都是基础 21 1.2 深入研究C++ 21 1.2.1 指针和动态内存 22 1.2.2 引用 26 1.2.3 C++中的字符串 26 1.2.4 异常 27 1.2.5 const的多种用法 28 1.2.6 类型推断(下) 29 1.3 作为面向对象语言的C++ 30 1.4 标准库 32 1.5 第一个有用的C++程序 33 1.5.1 雇员记录系统 33 1.5.2 Employee类 33 1.5.3 Database类 36 1.5.4 用户界面 39 1.5.5 评估程序 41 1.6 本章小结 41 第2章 使用字符串 43 2.1 动态字符串 43 2.1.1 C风格的字符串 43 2.1.2 字符串字面量 45 2.1.3 C++ string类 46 2.1.4 原始字符串字面量 49 2.1.5 非标准字符串 50 2.2 本章小结 50 第3章 编码风格 51 3.1 良好外观的重要性 51 3.1.1 事先考虑 51 3.1.2 良好风格的元素 52 3.2 为代码编写文档 52 3.2.1 使用注释的原因 52 3.2.2 注释的风格 55 3.2.3 本书的注释 59 3.3 分解 59 3.3.1 通过重构分解 59 3.3.2 通过设计分解 60 3.3.3 本书中的分解 60 3.4 命名 60 3.4.1 选择恰当的名称 60 3.4.2 命名约定 61 3.5 使用具有风格的语言特性 63 3.5.1 使用常量 63 3.5.2 使用引用代替指针 63 3.5.3 使用自定义异常 64 3.6 格式 64 3.6.1 关于大括号对齐的争论 64 3.6.2 关于空格和圆括号的争论 65 3.6.3 空格和制表符 66 3.7 风格的挑战 66 3.8 本章小结 66 第II部分 专业的C++软件设计 67 第4章 设计专业的C++程序 69 4.1 程序设计概述 69 4.2 程序设计的重要性 70 4.3 C++设计的特点 72 4.4 C++设计的两个原则 73 4.4.1 抽象 73 4.4.2 重用 74 4.5 重用代码 75 4.5.1 关于术语的说明 76 4.5.2 决定是否重用代码 76 4.5.3 重用代码的策略 78 4.5.4 绑定第三方应用程序 82 4.5.5 开放源代码库 82 4.5.6 C++标准库 83 4.6 设计模式和技巧 84 4.7 设计一个国际象棋程序 84 4.7.1 需求 84 4.7.2 设计步骤 85 4.8 本章小结 88 第5章 面向对象设计 91 5.1 过程化的思考方式 91 5.2 面向对象思想 92 5.2.1 类 92 5.2.2 组件 92 5.2.3 属性 93 5.2.4 行为 93 5.2.5 综合考虑 93 5.3 生活在对象世界里 94 5.5.1 过度使用对象 94 5.5.2 过于通用的对象 95 5.4 对象之间的关系 96 5.4.1 "有一个"关系 96 5.4.2 "是一个"关系(继承) 97 5.4.3 "有一个"与"是一个"的区别 98 5.4.4 Not-a关系 101 5.4.5 层次结构 101 5.4.6 多重继承 102 5.4.7 混入类 103 5.5 抽象 104 5.5.1 接口与实现 104 5.5.2 决定公开的接口 104 5.5.3 设计成功的抽象 106 5.6 本章小结 106 第6章 设计可重用代码 107 6.1 重用哲学 107 6.2 如何设计可重用的代码 108 6.2.1 使用抽象 108 6.2.2 构建理想的重用代码 109 6.2.3 设计有用的接口 113 6.2.4 协调通用性和使用性 116 6.3 本章小结 117 第III部分 专业的C++编码方法 119 第7章 熟悉类和对象 121 7.1 电子表格示例介绍 121 7.2 编写类 122 7.2.1 类定义 122 7.2.2 定义方法 124 7.2.3 使用对象 127 7.3 对象的生命周期 129 7.3.1 创建对象 129 7.3.2 销毁对象 143 7.3.3 对象赋值 144 7.3.4 复制和赋值的区别 147 7.4 本章小结 148 第8章 掌握类与对象 149 8.1 对象的动态内存分配 149 8.1.1 Spreadsheet类 149 8.1.2 使用析构函数释放内存 151 8.1.3 处理复制和赋值 152 8.2 不同的数据成员类型 158 8.2.1 静态数据成员 158 8.2.2 常量数据成员 159 8.2.3 引用数据成员 160 8.2.4 常量引用数据成员 161 8.3 与方法有关的更多内容 162 8.3.1 静态方法 162 8.3.2 const方法 162 8.3.3 方法重载 164 8.3.4 默认参数 165 8.3.5 内联方法 166 8.4 嵌套类 167 8.5 类内的枚举类型 168 8.6 友元 169 8.7 运算符重载 170 8.7.1 示例：为SpreadsheetCell实现加法 170 8.7.2 重载算术运算符 174 8.7.3 重载比较运算符 176 8.7.4 创建具有运算符重载的类型 178 8.8 创建稳定的接口 178 8.9 本章小结 181 第9章 揭秘继承技术 183 9.1 使用继承构建类 183 9.1.1 扩展类 184 9.1.2 重写方法 187 9.2 使用继承重用代码 190 9.2.1 WeatherPrediction类 190 9.2.2 在派生类中添加功能 191 9.2.3 在派生类中替换功能 192 9.3 利用父类 193 9.3.1 父类构造函数 193 9.3.2 父类的析构函数 194 9.3.3 使用父类方法 196 9.3.4 向上转型和向下转型 198 9.4 继承与多态性 199 9.4.1 回到电子表格 199 9.4.2 设计多态性的电子表格单元格 200 9.4.3 电子表格单元格的基类 200 9.4.4 独立的派生类 202 9.4.5 利用多态性 204 9.4.6 考虑将来 205 9.5 多重继承 206 9.5.1 从多个类继承 206 9.5.2 名称冲突和歧义基类 207 9.6 有趣而晦涩的继承问题 210 9.6.1 修改重写方法的特征 210 9.6.2 继承的构造函数 214 9.6.3 重写方法时的特殊情况 217 9.6.4 派生类中的复制构造函数和赋值运算符 223 9.6.5 virtual的真相 224 9.6.6 运行时类型工具 227 9.6.7 非public继承 228 9.6.8 虚基类 228 9.7 本章小结 229 第10章 理解灵活而奇特的C++ 231 10.1 引用 231 10.1.1 引用变量 232 10.1.2 引用数据成员 233 10.1.3 引用参数 234 10.1.4 引用作为返回值 235 10.1.5 使用引用还是指针 235 10.1.6 右值引用 238 10.2 关键字的疑问 242 10.2.1 const关键字 243 10.2.2 static关键字 246 10.2.3 非局部变量的初始化顺序 249 10.2.4 非局部变量的销毁顺序 249 10.3 类型和类型转换 250 10.3.1 typedef 250 10.3.2 函数指针typedef 251 10.3.3 类型别名 251 10.3.4 类型转换 252 10.4 作用域解析 256 10.5 C++11/C++14 257 10.5.1 统一初始化 257 10.5.2 初始化列表 258 10.5.3 显式转换运算符 259 10.5.4 特性 260 10.5.5 用户定义的字面量 260 10.6 头文件 262 10.7 C的实用工具 263 10.7.1 变长参数列表 263 10.7.2 预处理器宏 265 10.8 本章小结 266 第11章 利用模板编写泛型代码 267 11.1 模板概述 268 11.2 类模板 268 11.2.1 编写类模板 268 11.2.2 尖括号 275 11.2.3 编译器处理模板的原理 275 11.2.4 将模板代码分布在多个文件中 276 11.2.5 模板参数 278 11.2.6 方法模板 280 11.2.7 模板类特例化 284 11.2.8 从类模板派生 286 11.2.9 继承还是特例化 287 11.2.10 模板别名 287 11.2.11 替换函数语法 288 11.3 函数模板 289 11.3.1 函数模板特例化 290 11.3.2 函数模板重载 291 11.3.3 类模板的friend函数模板 292 11.4 可变模板 293 11.5 本章小结 293 第12章 C++ I/O揭秘 295 12.1 使用流 295 12.1.1 流的含义 296 12.1.2 流的来源和目标 296 12.1.3 流式输出 297 12.1.4 流式输入 301 12.1.5 对象的输入输出 306 12.2 字符串流 308 12.3 文件流 309 12.3.1 通过seek()和tell()在文件中转移 310 12.3.2 将流连接在一起 312 12.4 双向I/O 312 12.5 本章小结 314 第13章 错误处理 315 13.1 错误与异常 315 13.1.1 异常的含义 316 13.1.2 C++中异常的优点 316 13.1.3 C++中异常的缺点 317 13.1.4 我们的建议 317 13.2 异常机制 317 13.2.1 抛出并捕获异常 318 13.2.2 异常类型 321 13.2.3 抛出并捕获多个异常 322 13.2.4 未捕获的异常 325 13.2.5 抛出列表 326 13.3 异常与多态性 330 13.3.1 标准异常体系 330 13.3.2 在类层次结构中捕获异常 332 13.3.3 编写自己的异常类 333 13.3.4 嵌套异常 335 13.4 堆栈的释放与清理 337 13.4.1 使用智能指针 338 13.4.2 捕获、清理并重新抛出 339 13.5 常见的错误处理问题 339 13.5.1 内存分配错误 339 13.5.2 构造函数中的错误 342 13.5.3 构造函数的function-try-blocks 343 13.5.4 析构函数中的错误 345 13.6 综合应用 346 13.7 本章小结 350 第14章 C++运算符重载 351 14.1 运算符重载概述 351 14.1.1 重载运算符的原因 352 14.1.2 运算符重载的限制 352 14.1.3 运算符重载的选择 352 14.1.4 不要重载的运算符 354 14.1.5 可重载运算符小结 354 14.1.6 右值引用 357 14.1.7 关系运算符 358 14.2 重载算术运算符 358 14.2.1 重载一元负号和一元正号 358 14.2.2 重载递增和递减运算符 359 14.3 重载按位运算符和二元逻辑运算符 360 14.4 重载插入运算符和提取运算符 360 14.5 重载下标运算符 362 14.5.1 通过operator[]提供只读访问 364 14.5.2 非整数数组索引 365 14.6 重载函数调用运算符 366 14.7 重载解除引用运算符 367 14.7.1 实现operator* 368 14.7.2 实现operator-> 369 14.7.3 operator ->*的含义 369 14.8 编写转换运算符 370 14.8.1 转换运算符的多义性问题 371 14.8.2 用于布尔表达式的转换 372 14.9 重载内存分配和释放运算符 373 14.9.1 new和delete的工作原理 374 14.9.2 重载operator new和operator delete 375 14.9.3 显式地删除/默认化operator new和operator delete 377 14.9.4 重载带有额外参数的operator new和operator delete 377 14.10 本章小结 379 第15章 C++标准库概述 381 15.1 编码原则 382 15.1.1 使用模板 382 15.1.2 使用运算符重载 382 15.2 C++标准库概述 382 15.2.1 字符串 382 15.2.2 正则表达式 382 15.2.3 I/O流 383 15.2.4 智能指针 383 15.2.5 异常 383 15.2.6 数学工具 383 15.2.7 时间工具 384 15.2.8 随机数 384 15.2.9 初始化列表 384 15.2.10 Pair 和Tuple 384 15.2.11 函数对象 384 15.2.12 多线程 384 15.2.13 类型特质 385 15.2.14 标准模板库 385 15.3 本章小结 397 第16章 理解容器与迭代器 399 16.1 容器概述 399 16.1.1 对元素的要求 400 16.1.2 异常和错误检查 401 16.1.3 迭代器 401 16.2 顺序容器 404 16.2.1 vector 404 16.2.2 vector[bool]特化 420 16.2.3 deque 420 16.2.4 list 421 16.2.5 forward_list 424 16.2.6 array 426 16.3 容器适配器 427 16.3.1 queue 427 16.3.2 priority_queue 429 16.3.3 stack 432 16.4 关联容器 432 16.4.1 pair工具类 432 16.4.2 map 433 16.4.3 multimap 439 16.4.4 set 442 16.4.5 multiset 444 16.5 无序关联容器/哈希表 444 16.5.1 哈希函数 444 16.5.2 unordered_map 446 16.5.3 unordered_multimap 449 16.5.4 unordered_set/unordered_multiset 449 16.6 其他容器 449 16.6.1 标准C风格数组 449 16.6.2 string 450 16.6.3 流 451 16.6.4 bitset 451 16.7 本章小结 455 第17章 掌握STL算法 457 17.1 算法概述 457 17.1.1 find和find_if算法 458 17.1.2 accumulate算法 460 17.1.3 在算法中使用移动语义 461 17.2 lambda表达式 461 17.2.1 语法 462 17.2.2 泛型Lambda表达式 464 17.2.3 Lambda捕捉表达式 464 17.2.4 将Lambda表达式用作返回值 465 17.2.5 将Lambda表达式用作参数 466 17.2.6 STL算法示例 466 17.3 函数对象 467 17.3.1 算术函数对象 468 17.3.2 透明运算符仿函数 468 17.3.3 比较函数对象 469 17.3.4 逻辑函数对象 470 17.3.5 按位函数对象 470 17.3.6 函数对象适配器 470 17.3.7 编写自己的函数对象 474 17.4 算法详解 475 17.4.1 迭代器 475 17.4.2 非修改序列算法 476 17.4.3 修改序列算法 480 17.4.4 操作算法 486 17.4.5 分区算法 487 17.4.6 排序算法 488 17.4.7 二叉树搜索算法 489 17.4.8 集合算法 489 17.4.9 最大/最小算法 491 17.4.10 数值处理算法 492 17.5 算法示例：审核选民登记 493 17.5.1 选民登记审核问题描述 493 17.5.2 auditVoterRolls函数 493 17.5.3 getDuplicates函数 494 17.5.4 测试auditVoterRolls函数 495 17.6 本章小结 496 第18章 字符串本地化与正则表达式 497 18.1 本地化 497 18.1.1 本地化字符串字面量 497 18.1.2 宽字符 498 18.1.3 非西方字符集 498 18.1.4 locale和facet 500 18.2 正则表达式 502 18.2.1 ECMAScript语法 503 18.2.2 regex库 507 18.2.3 regex_match() 508 18.2.4 regex_search() 510 18.2.5 regex_iterator 512 18.2.6 regex_token_iterator 513 18.2.7 regex_replace() 515 18.3 本章小结 517 第19章 其他库工具 519 19.1 std::function 519 19.2 有理数 521 19.3 Chrono库 523 19.3.1 持续时间 523 19.3.2 时钟 526 19.3.3 时点 528 19.4 生成随机数 529 19.4.1 随机数引擎 530 19.4.2 随机数引擎适配器 531 19.4.3 预定义的引擎和引擎适配器 532 19.4.4 生成随机数 532 19.4.5 随机数分布 533 19.5 元组 536 19.6 本章小结 539 第IV部分 掌握C++的高级特性 541 第20章 自定义和扩展STL 543 20.1 分配器 543 20.2 迭代器适配器 544 20.2.1 反向迭代器 544 20.2.2 流迭代器 545 20.2.3 插入迭代器 546 20.2.4 移动迭代器 547 20.3 扩展STL 548 20.3.1 扩展STL的原因 549 20.3.2 编写STL算法 549 20.3.3 编写STL容器 551 20.4 本章小结 582 第21章 模板的高级特性 583 21.1 深入了解模板参数 583 21.1.1 深入了解模板类型参数 583 21.1.2 模板参数模板介绍 586 21.1.3 深入了解非类型模板参数 587 21.2 模板类部分特例化 589 21.3 通过重载模拟函数部分特例化 592 21.4 模板递归 593 21.4.1 N维网格：初次尝试 593 21.4.2 真正的N维网格 595 21.5 类型推导 597 21.6 可变参数模板 600 21.6.1 类型安全的可变长度参数列表 600 21.6.2 可变数目的混入类 602 21.7 元编程 603 21.7.1 编译时阶乘 603 21.7.2 循环展开 604 21.7.3 打印元组 605 21.7.4 类型trait 607 21.7.5 结论 612 21.8 本章小结 612 第22章 内存管理 613 22.1 使用动态内存 614 22.1.1 如何描绘内存 614 22.1.2 分配和释放 615 22.1.3 数组 616 22.1.4 使用指针 622 22.2 数组-指针的对偶性 624 22.2.1 数组就是指针 624 22.2.2 并非所有的指针都是数组 626 22.3 低级内存操作 626 22.3.1 指针运算 626 22.3.2 自定义内存管理 627 22.3.3 垃圾回收 627 22.3.4 对象池 628 22.3.5 函数指针 628 22.3.6 方法和数据成员的指针 630 22.4 智能指针 630 22.4.1 旧的过时的auto_ptr 631 22.4.2 shared_ptr和unique_ptr智能指针 631 22.5 内存常见的陷阱 636 22.5.1 分配不足的字符串 637 22.5.2 访问内存越界 637 22.5.3 内存泄漏 638 22.5.4 双重删除和无效指针 640 22.6 本章小结 641 第23章 C++多线程编程 643 23.1 简介 643 23.1.1 竞争条件 645 23.1.2 死锁 646 23.1.3 撕裂 647 23.1.4 缓存的一致性 647 23.2 线程 647 23.2.1 通过函数指针创建线程 647 23.2.2 通过函数对象创建线程 649 23.2.3 通过lambda创建线程 650 23.2.4 通过成员函数创建线程 651 23.2.5 线程本地存储 651 23.2.6 取消线程 652 23.2.7 从线程获得结果 652 23.2.8 复制和重新抛出异常 652 23.3 原子操作库 654 23.3.1 原子类型示例 655 23.3.2 原子操作 657 23.4 互斥 658 23.4.1 互斥体类 658 23.4.2 锁 660 23.4.3 std::call_once 661 23.4.4 互斥体的用法示例 663 23.5 条件变量 665 23.6 future 667 23.7 异常处理 669 23.8 示例：多线程日志记录器类 669 23.9 线程池 673 23.10 线程设计和最佳实践 674 23.11 本章小结 675 第V部分 C++软件工程 第24章 充分利用软件工程方法 679 24.1 过程的必要性 679 24.2 软件生命周期模型 680 24.2.1 分段模型和瀑布模型 680 24.2.2 螺旋模型 683 24.2.3 Rational统一过程 685 24.3 软件工程方法学 686 24.3.1 敏捷 686 24.3.2 Scrum 686 24.3.3 极限编程 688 24.3.4 软件分流 691 24.4 构建自己的过程和方法 691 24.4.1 对新思想采取开放态度 692 24.4.2 提出新想法 692 24.4.3 知道什么行得通什么行不通 692 24.4.4 不要逃避 692 24.5 源代码控制 692 24.6 本章小结 694 第25章 编写高效的C++程序 695 25.1 性能和效率概述 695 25.1.1 提升效率的两种方式 696 25.1.2 两种程序 696 25.1.3 C++是不是低效的语言 696 25.2 语言层次的效率 696 25.2.1 高效地操纵对象 697 25.2.2 使用内联方法和函数 700 25.3 设计层次的效率 700 25.3.1 尽可能多地缓存 701 25.3.2 使用对象池 701 25.4 剖析 705 25.4.1 使用gprof的剖析范例 705 25.4.2 使用Visual C++ 2013的剖析范例 713 25.5 本章小结 716 第26章 熟练掌握调试技术 717 26.1 调试的基本定律 717 26.2 bug分类学 718 26.3 避免bug 718 26.4 为bug做好规划 719 26.4.1 错误日志 719 26.4.2 调试跟踪 720 26.4.3 断言 727 26.4.4 静态断言 728 26.4.5 崩溃转储 729 26.5 调试技术 729 26.5.1 重现bug 729 26.5.2 调试可重复的bug 730 26.5.3 调试不可重现的bug 730 26.5.4 调试退化 731 26.5.5 调试内存问题 731 26.5.6 调试多线程程序 735 26.5.7 调试示例：文章引用 736 26.5.8 从ArticleCitations示例中总结的教训 746 26.6 本章小结 747 附录A C++面试 749 附录B 带注解的参考文献 767 附录C 标准库头文件 776