C++ 快速入門筆記：進階程式設計

阿新 • • 發佈：2018-11-21

C++入門筆記：高階程式設計

檔案和流

開啟檔案
```
void open (const char *filename, ios::openmode mode);
```
- ios::app 追加模式。所有寫入都追加到檔案末尾
- ios::ate 檔案開啟後定位到檔案末尾
- ios::in 開啟檔案用於讀取
- ios::out 開啟檔案用於寫入
- ios::trunc 如果該檔案已經存在，其內容將在開啟檔案之前被截斷，即把檔案長度設為 0。
關閉檔案
```
void close();
```
寫入檔案
- 使用流插入運算子（ << ），向 ofstream / fstream 流中寫入資訊
讀取檔案
- 使用流提取運算子（ >> ），向 ifstream / fstream 流中寫入資訊

檔案讀寫例項

#include <fstream>
#include <iostream>
using namespace std;
int main ()
{
   char data[100];
   ofstream outfile;
   outfile.open("afile.dat");
   cout << "Writing to the file" << endl;
   cout 
 << "Enter your name: "; 
   cin.getline(data, 100);
   outfile << data << endl;
   cout << "Enter your age: "; 
   cin >> data;
   cin.ignore();
   outfile << data << endl;
   outfile.close();
   ifstream infile; 
   infile.open("afile.dat"); 
   cout << "Reading from the file" 
 << endl; 
   infile >> data; 
   cout << data << endl;
   infile >> data; 
   cout << data << endl; 
   infile.close();
   return 0;
}

檔案位置指標

stream 和 ostream 都提供了用於重新定位檔案位置指標的成員函式。

istream 的 seekg ("seek & get")
ostream 的 seekp ("seek & put")

// 定位到 fileObject 的第 n 個位元組（假設是 ios::beg）
fileObject.seekg( n );

// 把檔案的讀指標從 fileObject 當前位置向後移 n 個位元組
fileObject.seekg( n, ios::cur );

// 把檔案的讀指標從 fileObject 末尾往回移 n 個位元組
fileObject.seekg( n, ios::end );

// 定位到 fileObject 的末尾
fileObject.seekg( 0, ios::end );

異常處理

try / catch / throw
- try: try 塊中的程式碼標識將被啟用的特定異常。它後面通常跟著一個或多個 catch 塊。
- catch: 在您想要處理問題的地方，通過異常處理程式捕獲異常。catch 關鍵字用於捕獲異常。
- throw: 當問題出現時，程式會丟擲一個異常。這是通過使用 throw 關鍵字來完成的。

C++ 標準的異常

異常	描述
std::exception	該異常是所有標準 C++ 異常的父類。
std::bad_alloc	該異常可以通過 new 丟擲。
std::bad_cast	該異常可以通過 dynamic_cast 丟擲。
std::bad_exception	這在處理 C++ 程式中無法預期的異常時非常有用。
std::bad_typeid	該異常可以通過 typeid 丟擲。
std::logic_error	理論上可以通過讀取程式碼來檢測到的異常。
std::domain_error	當使用了一個無效的數學域時，會丟擲該異常。
std::invalid_argument	當使用了無效的引數時，會丟擲該異常。
std::length_error	當建立了太長的 std::string 時，會丟擲該異常。
std::out_of_range	該異常可以通過方法丟擲，例如 std::vector 和 std::bitset<>::operator。
std::runtime_error	理論上不可以通過讀取程式碼來檢測到的異常。
std::overflow_error	當發生數學上溢時，會丟擲該異常。
std::range_error	當嘗試儲存超出範圍的值時，會丟擲該異常。
std::underflow_error	當發生數學下溢時，會丟擲該異常。

定義新的異常

通過繼承或過載 exception 類來定義新的異常

#include <iostream>
#include <exception>
using namespace std;

struct MyException : public exception
{
    const char * what () const throw ()
    {
        return "C++ Exception";
    }
};
 
int main()
{
    try
    {
        throw MyException();
    }
    catch(MyException& e)
    {
        std::cout << "MyException caught" << std::endl;
        std::cout << e.what() << std::endl;
    }
    catch(std::exception& e)
    {
        //其他的錯誤
    }
}

動態記憶體

C++ 程式中的記憶體分為兩個部分
- 棧：在函式內部宣告的所有變數都將佔用棧記憶體。
- 堆：這是程式中未使用的記憶體，在程式執行時可用於動態分配記憶體。
可以使用 new 運算子為給定型別的變數在執行時分配堆內的記憶體，這會返回所分配的空間地址。
不需要動態分配記憶體時，可以使用 delete 運算子，刪除之前由 new 運算子分配的記憶體。

new 和 delete 運算子

使用 new 運算子來為任意的資料型別動態分配記憶體

// new data-type;
// 如果自由儲存區已被用完，可能無法成功分配記憶體。所以建議檢查 new 運算子是否返回 NULL 指標。
double* pvalue  = NULL;
if( !(pvalue  = new double ))
{
    cout << "Error: out of memory." <<endl;
    exit(1);

}

使用 delete 操作符釋放它所佔用的記憶體

#include <iostream>
using namespace std;

int main ()
{
   double* pvalue  = NULL; // 初始化為 null 的指標
   pvalue  = new double;   // 為變數請求記憶體
   *pvalue = 29494.99;     // 在分配的地址儲存值
   cout << "Value of pvalue : " << *pvalue << endl;
   delete pvalue;         // 釋放記憶體
   return 0;
}

陣列的動態記憶體分配

int ROW = 2;
int COL = 3;
double **pvalue  = new double* [ROW]; // 為行分配記憶體

// 為列分配記憶體
for(int i = 0; i < COL; i++) {
    pvalue[i] = new double[COL];
}
for(int i = 0; i < COL; i++) {
    delete[] pvalue[i];
}
delete [] pvalue;

物件的動態記憶體分配

#include <iostream>
using namespace std;

class Box
{
    public:
         Box() { 
            cout << "呼叫建構函式！" <<endl; 
         }
         ~Box() { 
            cout << "呼叫解構函式！" <<endl; 
         }
};

int main( )
{
    Box* myBoxArray = new Box[4];
    delete [] myBoxArray; // Delete array
    return 0;
}

名稱空間

名稱空間可作為附加資訊來區分不同庫中相同名稱的函式、類、變數等。使用了名稱空間即定義了上下文。本質上，名稱空間就是定義了一個範圍。

定義名稱空間

#include <iostream>
using namespace std;

// 第一個名稱空間
namespace first_space{
    void func(){
        cout << "Inside first_space" << endl;
    }
}
// 第二個名稱空間
namespace second_space{
    void func(){
        cout << "Inside second_space" << endl;
    }
}
int main ()
{
     
    // 呼叫第一個名稱空間中的函式
    first_space::func();
       
    // 呼叫第二個名稱空間中的函式
    second_space::func(); 
    
    return 0;

}
```

using 指令

#include <iostream>
using namespace std;

// 第一個名稱空間
namespace first_space{
    void func(){
        cout << "Inside first_space" << endl;
    }
}
// 第二個名稱空間
namespace second_space{
    void func(){
        cout << "Inside second_space" << endl;
    }
}
using namespace first_space;
int main ()
{
     
    // 呼叫第一個名稱空間中的函式
    func();
       
    return 0;
}

#include <iostream>
using std::cout;

int main ()
{
    cout << "std::endl is used with std!" << std::endl;
   
    return 0;
}

不連續的名稱空間
- 名稱空間可以定義在幾個不同的部分中，因此名稱空間是由幾個單獨定義的部分組成的。一個名稱空間的各個組成部分可以分散在多個檔案中。

巢狀的名稱空間

#include <iostream>
using namespace std;
    
// 第一個名稱空間
namespace first_space{
    void func(){
        cout << "Inside first_space" << endl;
    }
    // 第二個名稱空間
    namespace second_space{
         void func(){
            cout << "Inside second_space" << endl;
         }
    }
}
using namespace first_space::second_space;
int main ()
{
    // 呼叫第二個名稱空間中的函式
    func();
    return 0;
}

模板

模板是泛型程式設計的基礎，泛型程式設計即以一種獨立於任何特定型別的方式編寫程式碼。
模板是建立泛型類或函式的藍圖或公式。庫容器，比如迭代器和演算法，都是泛型程式設計的例子，它們都使用了模板的概念。每個容器都有一個單一的定義，比如向量，我們可以定義許多不同型別的向量，比如 vector <int> 或 vector <string>。

函式模板

template <class type> ret-type func-name(parameter list)
{
   // 函式的主體
}

在這裡，type 是函式所使用的資料型別的佔位符名稱。這個名稱可以在函式定義中使用。

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

template <typename T>
inline T const& Max (T const& a, T const& b) 
{ 
    return a < b ? b:a; 
} 
int main ()
{
 
    int i = 39;
    int j = 20;
    cout << "Max(i, j): " << Max(i, j) << endl; 
    
    double f1 = 13.5; 
    double f2 = 20.7; 
    cout << "Max(f1, f2): " << Max(f1, f2) << endl; 
    
    string s1 = "Hello"; 
    string s2 = "World"; 
    cout << "Max(s1, s2): " << Max(s1, s2) << endl; 
    
    return 0;
}

類模板

template <class type> class class-name {

}

在這裡，type 是佔位符型別名稱，可以在類被例項化的時候進行指定。您可以使用一個逗號分隔的列表來定義多個泛型資料型別。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <cstdlib>
#include <string>
#include <stdexcept>

using namespace std;

template <class T>
class Stack { 
    private: 
        vector<T> elems;     // 元素 

    public: 
    void push(T const&);  // 入棧
    void pop();               // 出棧
    T top() const;            // 返回棧頂元素
    bool empty() const{       // 如果為空則返回真。
        return elems.empty(); 
    } 
}; 

template <class T>
void Stack<T>::push (T const& elem) 
{ 
    // 追加傳入元素的副本
    elems.push_back(elem);    
} 

template <class T>
void Stack<T>::pop () 
{ 
    if (elems.empty()) { 
        throw out_of_range("Stack<>::pop(): empty stack"); 
    }
    // 刪除最後一個元素
    elems.pop_back();         
} 

template <class T>
T Stack<T>::top () const 
{ 
    if (elems.empty()) { 
        throw out_of_range("Stack<>::top(): empty stack"); 
    }
    // 返回最後一個元素的副本 
    return elems.back();      
} 

int main() 
{ 
    try { 
        Stack<int> intStack;  // int 型別的棧 
        Stack<string> stringStack;    // string 型別的棧 

        // 操作 int 型別的棧 
        intStack.push(7); 
        cout << intStack.top() <<endl; 

        // 操作 string 型別的棧 
        stringStack.push("hello"); 
        cout << stringStack.top() << std::endl; 
        stringStack.pop(); 
        stringStack.pop(); 
    } 
    catch (exception const& ex) { 
        cerr << "Exception: " << ex.what() <<endl; 
        return -1;
    } 
}

前處理器

#define 預處理
- define 預處理指令用於建立符號常量。該符號常量通常稱為巨集。
```
#define macro-name replacement-text 
```
函式巨集
- 使用 #define 來定義一個帶有引數的巨集：
```
#define MIN(a,b) (((a)<(b)) ? a : b)
```
條件編譯
- 有幾個指令可以用來有選擇地對部分程式原始碼進行編譯。這個過程被稱為條件編譯。
- ifdef & endif
```
#ifndef NULL
   #define NULL 0
#endif
```
- DEBUG 模式
```
#ifdef DEBUG
    cerr <<"Variable x = " << x << endl;
#endif
```
- 可以使用 #if 0 語句註釋掉程式的一部分。
```
#if 0
    不進行編譯的程式碼
#endif
```

# 和 ## 運算子

運算子會把 replacement-text 令牌轉換為用引號引起來的字串。

#include <iostream>
using namespace std;
#define MKSTR( x ) #x

int main ()
{
    cout << MKSTR(HELLO C++) << endl;
    return 0;
}

運算子用於連線兩個令牌。

#include <iostream>
using namespace std;
#define concat(a, b) a ## b
int main()
{
    int xy = 100;   
    cout << concat(x, y);
    return 0;
}

預定義巨集

巨集	描述
_LINE_	這會在程式編譯時包含當前行號。
_FILE_	這會在程式編譯時包含當前檔名。
_DATE_	這會包含一個形式為 month/day/year 的字串，它表示把原始檔轉換為目的碼的日期。
_TIME_	這會包含一個形式為 hour:minute:second 的字串，它表示程式被編譯的時間。

訊號處理

訊號是由作業系統傳給程序的中斷，會提早終止一個程式。在 UNIX、LINUX、Mac OS X 或 Windows 系統上，可以通過按 Ctrl+C 產生中斷。

可捕獲的訊號表（定義在 <csignal> 中）

訊號	描述
SIGABRT	程式的異常終止，如呼叫 abort。
SIGFPE	錯誤的算術運算，比如除以零或導致溢位的操作。
SIGILL	檢測非法指令。
SIGINT	接收到互動注意訊號。
SIGSEGV	非法訪問記憶體。
SIGTERM	傳送到程式的終止請求。

signal() 函式

用來捕獲突發事件

void (*signal (int sig, void (*func)(int))(int);

接收兩個引數：第一個引數是一個整數，代表訊號編號；第二個引數是一個指向訊號處理函式的指標。

無論要在程式中捕獲什麼訊號，都必須使用 singal 函式來註冊訊號，並將其與訊號處理程式相關聯。

#include <iostream>
#include <csignal>
using namespace std;
void signalHandler( int signum )
{
    cout << "Interrupt signal (" << signum << ") received.\n";
    // 清理並關閉
    // 終止程式  
    exit(signum);  
}

int main ()
{
    // 註冊訊號 SIGINT 和訊號處理程式
    signal(SIGINT, signalHandler);  
    while(1){
        cout << "Going to sleep...." << endl;
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

raise() 函式

使用函式 raise() 生成訊號。
```
int raise (signal sig);
```

sig 是要傳送的訊號編號，這些訊號包括：SIGINT SIGABRT SIGFPE SIGILL SIGSEGV SIGTERM SIGHUP

#include <iostream>
#include <csignal>
using namespace std;
void signalHandler( int signum )
{
    cout << "Interrupt signal (" << signum << ") received.\n";
    // 清理並關閉
    // 終止程式 
    exit(signum);  
}
int main ()
{
    int i = 0;
    // 註冊訊號 SIGINT 和訊號處理程式
    signal(SIGINT, signalHandler);  
    while(++i){
        cout << "Going to sleep...." << endl;
        if( i == 3 ){
            raise( SIGINT);
        }
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

C++ 快速入門筆記：進階程式設計

C++入門筆記：高階程式設計檔案和流開啟檔案 void open (const char *filename, ios::openmode mode); ios::app 追加模式。所有寫入都追加到檔案末尾 ios::ate 檔案開啟後定位到檔案末尾

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