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C++ 基础知识

在这一部分， 你需要学会 C++ 的基础语法， 掌握使用 C++ 编程语言编写中小型程序的能力。

本节含有以下内容:

  • C++ 简要介绍

  • C++ 基础语法

  • 类

  • 模板

  • STL

C++ 简要介绍

C++ 作为一门多范式编程语言，自 1985 年由 Bjarne Stroustrup 设计以来，便以其高效、灵活和强大的特性在软件开发领域占据重要地位。它不仅支持传统的面向过程编程，还全面拥抱面向对象编程，允许开发者通过类和对象构建复杂的软件结构。C++ 的语法继承自 C 语言，因此具有接近硬件的效率，同时提供了丰富的标准库，包括 STL（标准库），极大地简化了数据结构和算法的实现。此外，C++ 还引入了模板元编程，使得编译时计算成为可能，进一步提升了程序的性能和灵活性。尽管 C++ 的学习曲线较为陡峭，但其广泛应用于系统编程、游戏开发、嵌入式系统和高性能计算等领域，证明了其在现代编程语言中的不可或缺性。

在本指南中并不会直接提供详细的知识讲解， 而是多以简要介绍和引用前人著作的形式呈现。 因此， 请你阅读每节介绍后， 继续阅读链接中的文章或书籍对应章节， 再完成所给习题， 从而真正掌握这门优雅而高性能的编程语言。

C++ 基础语法

C++ 的基础语法继承自 C 语言， 如果你学过 C 语言， 这部分对你来说一定不是什么难事。 下面， 让我们拥抱 learncpp 这个精彩绝伦的 C++ 教学网站， 来学习 C++ 的基础语法。 如果你对这部分已经很熟悉， 请放心地跳过本节或以下任何内容！

  1. 请阅读 https://www.learncpp.com/ 网站中的第 1.1 ~ 1.11 节， 按照网站中的指引在自己的计算机上编写 C++ 程序， 然后完成网站中的本节习题。

  2. 请阅读 https://www.learncpp.com/ 网站中的第 2.1 ~ 2.13 节，学习函数、宏、头文件的知识， 然后完成网站中的本节习题。

  3. 请阅读 https://www.learncpp.com/ 网站中的第 3.1 ~ 3.10 节， 学习如何调试 C++ 程序， 然后完成网站中的本节习题。

  4. 请阅读 https://www.learncpp.com/ 网站中的第 4.1 ~ 4.12 节， 学习数据类型的知识， 然后完成网站中的本节习题。

  5. 请阅读 https://www.learncpp.com/ 网站中的第 5.1 ~ 5.9 节， 学习字符串、 常量相关知识， 然后完成网站中的本节习题。

  6. 请阅读 https://www.learncpp.com/ 网站中的第 6.1 ~ 6.7 节， 学习运算符相关知识， 然后完成网站中的本节习题。

  7. 请阅读 https://www.learncpp.com/ 网站中的第 7.1 ~ 7.8 节， 学习变量的生存期、作用域相关知识， 然后完成网站中的本节习题。

  8. 请阅读 https://www.learncpp.com/ 网站中的第 8.1 ~ 8.12 节， 学习程序控制流相关知识， 然后完成网站中的本节习题。

  9. 请阅读 https://www.learncpp.com/ 网站中的第 10.1 ~ 10.8 节， 学习类型转换和类型推导相关知识， 然后完成网站中的本节习题。

  10. 请阅读 https://www.learncpp.com/ 网站中的第 12.1 ~ 12.13 节， 学习指针、引用类型相关知识， 然后完成网站中的本节习题。

  11. 请阅读 https://www.learncpp.com/ 网站中的第 13.1 ~ 13.10 节， 学习结构体和枚举类型相关知识， 然后完成网站中的本节习题。

类

C++ 中的类是面向对象编程的核心，它允许程序员定义自己的数据类型，并通过成员函数操作这些数据。类将数据（成员变量）和操作数据的方法（成员函数）封装在一起，提供了数据隐藏和抽象的机制，增强了代码的可维护性和安全性。通过访问修饰符（如 public、private 和 protected ），开发者可以控制类成员的可见性，实现信息的隐藏和保护。

下面， 我们继续拥抱 learncpp 网站学习这部分内容。

  1. 请阅读 https://www.learncpp.com/ 网站中的第 14.1 ~ 14.15， 15.1 ~ 15.9 节， 学习类的相关知识， 然后完成网站中的本节习题。

自我测评小练习

请完成该项目: https://github.com/courseworks/AP1401-2-HW3 , 并通过所有本地测试点。

模板

C++ 模板（Templates）是 C++ 语言的一项强大特性，它允许程序员编写与类型无关的代码，从而实现代码的复用和泛化。模板是 C++ 泛型编程的基础，它使得函数和类能够处理多种不同类型的数据，而无需为每种类型单独编写代码。

下面， 我们继续拥抱 learncpp 网站学习这部分内容。

  1. 请阅读 https://www.learncpp.com/ 网站中的第 26.1 ~ 26.6 节，学习模板的相关知识， 然后完成网站中的本节习题。

STL

C++ 标准模板库（Standard Template Library，简称 STL）是 C++ 标准库的核心组成部分，为开发者提供了高效、灵活且可重用的数据结构和算法。STL 的设计哲学基于泛型编程，通过模板技术实现类型无关性，使得数据结构和算法能够处理各种不同类型的数据。STL 主要包括以下几个部分：

  • 容器（Containers）： STL 提供了多种容器类，如向量（vector）、链表（list）、双端队列（deque）、集合（set）、映射（map）等，用于存储和管理数据。这些容器类提供了丰富的成员函数，支持插入、删除、查找等操作，满足不同场景下的需求。

  • 迭代器（Iterators）： 迭代器是 STL 的精髓之一，它提供了一种统一的方式来遍历容器中的元素。迭代器类似于指针，但更加抽象和灵活，支持前向、后向以及随机访问等多种遍历方式。通过迭代器，开发者可以编写与容器类型无关的通用代码。

  • 算法（Algorithms）： STL 提供了一套丰富的算法库，包括排序、查找、复制、变换等常用操作。这些算法通过迭代器与容器进行交互，实现了与容器类型的解耦，使得算法可以在不同类型的容器上复用。

  • 适配器（Adapters）： STL 提供了多种适配器，用于改变容器或迭代器的行为。例如，栈（stack）和队列（queue）就是通过适配器实现的，它们在内部使用其他容器（如 deque）来存储数据，但对外提供了特定的接口。

STL 的设计理念是“一次编写，到处使用”，它通过模板技术实现了高度的泛型化，使得代码更加简洁、高效和可维护。无论是处理复杂的数据结构，还是实现高效的算法，STL 都是 C++ 开发者不可或缺的利器。

接下来， 请阅读 https://www.geeksforgeeks.org/the-c-standard-template-library-stl/ ， 并通过该网址的超链接学习各个 STL 容器。

自我测评小练习

阅读完毕后， 请使用 C++ 完成以下习题: （如果你不熟悉接口， 请随时向 chatgpt 提问！）

习题：学生成绩管理系统

任务描述：
你将编写一个简单的学生成绩管理系统，使用 C++ STL 来存储和管理学生的信息。系统需要实现以下功能：

添加学生信息：输入学生的姓名和成绩，将其存储在系统中。

显示所有学生信息：按添加顺序显示所有学生的姓名和成绩。

查找学生信息：根据学生姓名查找并显示其成绩。

计算平均成绩：计算并显示所有学生的平均成绩。

显示成绩排名：按成绩从高到低显示所有学生的姓名和成绩。

要求：
使用 std::vector 存储学生信息。

使用 std::pair 或自定义结构体来表示学生信息（姓名和成绩）。

使用 std::find_if 或其他合适的算法进行查找操作。

使用 std::sort 进行排序操作。

拓展内容

现在你已经掌握了 C++ 的相关基础知识。 如果你希望对 C++ 有更深入的了解， 请进一步学习下一节 C++拓展内容。