21天学通C++（第9版）

这是一本经典的C  编程入门指南，第9版针对C  20标准进行了内容上的全面更新，旨在帮助读者编写更快、更简单、更可靠的C  代码，并掌握C  和面向对象编程的基本原理。

本书通过大量短小精悍的程序详细而全面地阐述了C  的基本概念和技术应用，以及C  20新增的功能，这些内容被组织成结构合理、联系紧密的章节。每章都提供了示例程序清单，并辅以示例输出和代码分析，以进一步阐述该章的主题。为帮助读者巩固所学的内容，每章末尾都提供了常见问题相关答案以及作业。读者可对照附录E提供的答案，了解自己对所学内容的掌握程度。

本书面向C  初学者，不要求读者有C语言方面的背景知识，可作为高等院校教授C  课程的教材，也可供初学者自学C  时使用。

悉达多·饶（Siddhartha Rao）是SAP SE公司主管产品安全的副总裁，其作品享誉全球，并被翻译成法语和中文。他深信C  发展快速，并致力于为机器学习和人工智能领域的发展添砖加瓦。

第 一部分 基础知识

第 1章 绪论　2

1.1 C  简史　2

1.1.1 与C语言的关系　2

1.1.2 C  的优点　2

1.1.3 C  标准的发展历程　3

1.1.4 哪些人使用C  程序　3

1.2 编写C  应用程序　3

1.2.1 生成可执行文件的步骤　3

1.2.2 分析并修复错误　4

1.2.3 集成开发环境　4

1.2.4 编写第 一个C  应用程序　4

1.2.5 生成并执行第 一个C  应用程序　5

1.2.6 理解编译错误　7

1.3 C  20新增的功能　7

1.4 总结　8

1.5 问与答　8

1.6 作业　8

1.6.1 测验　8

1.6.2 练习　9

第 2章 C  程序的组成部分　10

2.1 Hello World程序的组成部分　10

2.1.1 预处理器编译指令#include　10

2.1.2 程序的主体：main( )　11

2.1.3 返回值　12

2.2 命名空间的概念　12

2.3 C  代码中的注释　13

2.4 C  函数　14

2.5 使用std::cin和std::cout执行基本输入输出操作　16

2.6 总结　17

2.7 问与答　17

2.8 作业　17

2.8.1 测验　18

2.8.2 练习　18

第3章 使用变量和常量　19

3.1 什么是变量　19

3.1.1 内存和寻址概述　19

3.1.2 声明变量以访问和使用内存　19

3.1.3 声明并初始化多个类型相同的变量　21

3.1.4 理解变量的作用域　21

3.1.5 全局变量　22

3.1.6 命名约定　24

3.2 编译器支持的常见C  变量类型　24

3.2.1 使用bool变量存储布尔值　25

3.2.2 使用char变量存储字符　25

3.2.3 有符号整数和无符号整数的概念　26

3.2.4 有符号整型short、int、long和long long　26

3.2.5 无符号整型unsigned short、unsigned int、unsigned long和unsigned long long　26

3.2.6 选择正确的数据类型以免发生溢出错误　27

3.2.7 浮点类型float和double　28

3.3 使用sizeof确定变量的长度　28

3.4 使用auto自动推断类型　30

3.5 使用typedef替换变量类型　31

3.6 什么是常量　31

3.6.1 字面常量　32

3.6.2 使用const将变量声明为常量　32

3.6.3 使用constexpr定义常量表达式　33

3.6.4 使用consteval定义C  20即时函数　34

3.6.5 枚举　35

3.6.6 域限定枚举　37

3.6.7 使用#define定义常量　37

3.7 不能用作常量或变量名的关键字　37

3.8 总结　38

3.9 问与答　38

3.10 作业　39

3.10.1 测验　39

3.10.2 练习　40

第4章 管理数组和字符串　41

4.1 什么是数组　41

4.1.1 为何需要数组　41

4.1.2 声明和初始化静态数组　42

4.1.3 数组中的数据是如何存储的　42

4.1.4 访问存储在数组中的数据　43

4.1.5 修改存储在数组中的数据　44

4.2 多维数组　46

4.2.1 声明和初始化多维数组　46

4.2.2 访问多维数组中的元素　47

4.3 动态数组　48

4.4 C风格字符串　49

4.5 C  字符串：使用std::string　51

4.6 总结　52

4.7 问与答　53

4.8 作业　53

4.8.1 测验　53

4.8.2 练习　53

第5章 使用表达式、语句和运算符　54

5.1 语句　54

5.2 复合语句（语句块）　55

5.3 使用运算符　55

5.3.1 赋值运算符（＝）　55

5.3.2 理解左值和右值　55

5.3.3 加法运算符（ ）、减法运算符（ ）、乘法运算符（*）、除法运算符（/）和求模运算符（%）　55

5.3.4 递增运算符（  ）和递减运算符（ ）　56

5.3.5 使用前缀还是后缀　57

5.3.6 相等运算符（==）和不等运算符（!=）　58

5.3.7 关系运算符　58

5.3.8 C  20三向比较运算符　60

5.3.9 逻辑运算NOT、AND、OR和XOR　62

5.3.10 使用C  逻辑运算符!、 &&和||　63

5.3.11 按位运算符～、&、|和^　66

5.3.12 按位右移运算符（>>）和左移 运算符（<<）　67

5.3.13 复合赋值运算符　68

5.3.14 使用运算符sizeof( )确定特定类型 变量占用的内存量　70

5.3.15 运算符的优先级和结合性　71

5.4 总结　72

5.5 问与答　72

5.6 作业　73

5.6.1 测验　73

5.6.2 练习　73

第6章 控制程序流程　74

6.1 使用if...else有条件地执行　74

6.1.1 使用if…else进行条件编程　75

6.1.2 有条件地执行语句块　76

6.1.3 嵌套if语句　78

6.1.4 使用switch-case进行条件处理　81

6.1.5 使用运算符 :进行条件处理　83

6.2 在循环中执行代码　84

6.2.1 不成熟的goto循环　85

6.2.2 while循环　86

6.2.3 do…while循环　88

6.2.4 for循环　89

6.2.5 基于范围的for循环　91

6.3 使用continue和break修改循环的行为　93

6.3.1 不结束的循环——无限循环　93

6.3.2 控制无限循环　94

6.4 编写嵌套循环　96

6.4.1 使用嵌套循环遍历多维数组　97

6.4.2 使用嵌套循环计算斐波那契数列　98

6.5 总结　99

6.6 问与答　100

6.7 作业　100

6.7.1 测验　100

6.7.2 练习　100

第7章 使用函数组织代码　102

7.1 为何需要函数　102

7.1.1 函数原型是什么　103

7.1.2 函数定义是什么　104

7.1.3 函数调用和实参是什么　104

7.1.4 编写接收多个参数的函数　104

7.1.5 编写没有参数和返回值的函数　105

7.1.6 带默认值的函数参数　106

7.1.7 递归函数——调用自己的函数　108

7.1.8 包含多条return语句的函数　109

7.2 使用函数处理不同类型的数据　110

7.2.1 函数重载　110

7.2.2 将数组传递给函数　112

7.2.3 按引用传递参数　113

7.3 微处理器如何处理函数调用　114

7.3.1 内联函数　115

7.3.2 自动推断返回类型　116

7.3.3 lambda函数　117

7.4 总结　118

7.5 问与答　118

7.6 作业　119

7.6.1 测验　119

7.6.2 练习　119

第8章 阐述指针和引用　121

8.1 什么是指针　121

8.1.1 声明指针　122

8.1.2 使用引用运算符（&）获取变量的地址　122

8.1.3 使用指针存储地址　123

8.1.4 使用解除引用运算符（*）访问指向的数据　124

8.1.5 指针占用的内存量　126

8.2 动态内存分配　127

8.2.1 使用new和delete动态地分配和释放内存　128

8.2.2 将递增和递减运算符（  和 ）用于指针的结果　130

8.2.3 将关键字const用于指针　132

8.2.4 将指针传递给函数　133

8.2.5 数组和指针的类似之处　134

8.3 使用指针时常犯的编程错误　136

8.3.1 内存泄漏　136

8.3.2 指针指向无效的内存单元　136

8.3.3 悬浮指针（也叫迷途或失控指针）　137

8.3.4 检查使用new发出的分配请求是否得到满足　138

8.4 指针编程最佳实践　140

8.5 引用是什么　140

8.5.1 是什么让引用很有用　141

8.5.2 将关键字const用于引用　143

8.5.3 按引用向函数传递参数　143

8.6 总结　144

8.7 问与答　144

8.8 作业　145

8.8.1 测验　145

8.8.2 练习　145

第二部分 C  面向对象编程基础

第9章 类和对象　148

9.1 类和对象　148

9.1.1 声明类　148

9.1.2 作为类实例的对象　149

9.1.3 使用句点运算符（.）访问成员　149

9.1.4 使用指针运算符（->）访问成员　150

9.2 关键字public和private　151

9.3 构造函数　154

9.3.1 声明和实现构造函数　154

9.3.2 何时及如何使用构造函数　155

9.3.3 重载构造函数　156

9.3.4 没有默认构造函数的类　157

9.3.5 带默认值的构造函数参数　158

9.3.6 包含初始化列表的构造函数　159

9.4 析构函数　161

9.4.1 声明和实现析构函数　161

9.4.2 何时及如何使用析构函数　162

9.5 复制构造函数　163

9.5.1 浅复制及其存在的问题　164

9.5.2 使用复制构造函数确保深复制　166

9.5.3 使用移动构造函数改善性能　169

9.6 构造函数和析构函数的其他用途　170

9.6.1 不允许复制的类　170

9.6.2 只能有一个实例的单例类　170

9.6.3 禁止在栈中实例化的类　172

9.6.4 使用构造函数进行类型转换　174

9.7 this指针　176

9.8 将sizeof( )用于类　176

9.9 结构不同于类的地方　178

9.10 声明友元　179

9.11 共用体：一种特殊的数据存储机制　180

9.11.1 声明共用体　180

9.11.2 在什么情况下使用共用体　181

9.12 对类和结构使用聚合初始化　183

9.13 总结　186

9.14 问与答　186

9.15 作业　187

9.15.1 测验　187

9.15.2 练习　187

第 10章 实现继承　188

10.1 继承基础　188

10.1.1 继承和派生　189

10.1.2 C  派生语法　189

10.1.3 访问限定符protected　191

10.1.4 基类初始化——向基类传递参数　193

10.1.5 在派生类中覆盖基类的方法　195

10.1.6 调用基类中被覆盖的方法　197

10.1.7 在派生类中调用基类的方法　197

10.1.8 在派生类中隐藏基类的方法　199

10.1.9 构造顺序　201

10.1.10 析构顺序　201

10.2 私有继承　203

10.3 保护继承　205

10.4 切除问题　207

10.5 多继承　208

10.6 使用final禁止继承　210

10.7 总结　210

10.8 问与答　211

10.9 作业　211

10.9.1 测验　211

10.9.2 练习　211

第 11章 多态　213

11.1 多态基础　213

11.1.1 为何需要多态行为　213

11.1.2 使用虚函数实现多态行为　214

11.1.3 为何需要虚构造函数　216

11.1.4 虚函数的工作原理——理解虚函数表　219

11.1.5 抽象基类和纯虚函数　222

11.2 使用虚继承解决菱形问题　224

11.3 使用限定符override明确覆盖意图　227

11.4 使用final来禁止覆盖函数　228

11.5 可将复制构造函数声明为虚函数吗　229

11.6 总结　232

11.7 问与答　232

11.8 作业　233

11.8.1 测验　233

11.8.2 练习　233

第 12章 运算符类型与运算符重载　234

12.1 C  运算符　234

12.2 单目运算符　235

12.2.1 单目运算符的类型　235

12.2.2 单目递增与单目递减运算符　235

12.2.3 转换运算符　238

12.2.4 解除引用运算符（*）和成员选择 运算符（->）　240

12.3 双目运算符　241

12.3.1 双目运算符的类型　242

12.3.2 双目加法与双目减法运算符　242

12.3.3 实现运算符 =与 =　244

12.3.4 重载相等运算符（==）和不等 运算符（!=）　245

12.3.5 重载运算符<、>、<=和>=　247

12.3.6 C  20三向比较运算符 （<=>）　250

12.3.7 重载复制赋值运算符（=）　252

12.3.8 索引运算符　255

12.4 函数运算符( )　257

12.5 用于高性能编程的移动构造函数和 移动赋值运算符　258

12.5.1 不必要的复制带来的问题　258

12.5.2 声明移动构造函数和移动赋值 运算符　258

12.6 用户定义的字面量　263

12.7 不能重载的运算符　265

12.8 总结　265

12.9 问与答　265

12.10 作业　266

12.10.1 测验　266

12.10.2 练习　266

第 13章 类型转换运算符　267

13.1 为何需要类型转换　267

13.2 为何有些C  程序员不喜欢C风格 类型转换　268

13.3 C  类型转换运算符　268

13.3.1 使用static_cast　268

13.3.2 使用dynamic_cast和运行阶段类型识别　269

13.3.3 使用reinterpret_cast　272

13.3.4 使用const_cast　272

13.4 C  类型转换运算符存在的问题　273

13.5 总结　274

13.6 问与答　274

13.7 作业　275

13.7.1 测验　275

13.7.2 练习　275

第 14章 宏和模板简介　276

14.1 预处理器与编译器　276

14.2 使用#define定义常量　276

14.3 使用#define编写宏函数　279

14.3.1 为什么要使用括号　280

14.3.2 使用assert宏验证表达式　281

14.3.3 使用宏函数的优点和缺点　282

14.4 模板简介　283

14.4.1 模板声明语法