C++程序设计精要教程(普通高等教育软件工程十三五规划教材)

本书结合C++程序，简要介绍了汇编语言，并以栈和队列为主线，逐步深入面向对象的概念。本书从面向过程转向面向对象的编程开始，接着引入类、内联、线程、异常、虚函数、运算符重载、移动语义等概念实现栈和队列，然后基于继承和聚合等概念通过双栈模拟队列，最后引入类模板、类型转换、类型推导等概念实现栈和队列，深入细致地介绍了ISO/IEC 14882:2017标准的全部语法。 为了培养学生面向对象的建模能力，书中按照面向对象的分析与设计步骤，完整展示了骰子游戏的建模过程，并用C++进行了面向对象的程序设计。全书通过挖掘C++概念的应用背景，提供了可供运行的有趣实例和习题。

马光志，湖北钟祥人，博士，副教授。先后在美国North Illinois University、Kennesaw State University培训及访问。主要研究方向为人工智能、图像处理、深度学习，曾在国际期刊发表SCI论文20篇、国际会议发表论文10篇。主持与参加了近30个研究开发项目，包括国家自然科学基金、省自然科学基金、国家863及973、国家重大研发计划、中英国际合作及中加国际合作项目，以及与医学图像、医院信息、卫生监管等相关的多个研究开发项目。曾参加C语言至8086汇编语言编译器的研究与开发项目，出版与C++及汇编语言相关的教材3部。

第1章　C++引论 1.1　计算机的体系结构　1 1.1.1　计算机系统的结构　1 1.1.2　数据与程序的存储方式　3 1.2　进制及其转换和运算　4 1.2.1　计算机采用二进制的原因　5 1.2.2　C++的常用进制及其运算　5 1.3　80X86系列汇编语言　7 1.3.1　汇编语言及C++编译简介　7 1.3.2　汇编指令及C++程序编译　9 1.4　C++的发展历史及特点　12 1.4.1　C++的发展历史　12 1.4.2　C++的特点　12 1.5　语法图与程序流程图　13 1.5.1　C++的语法图　13 1.5.2　程序流程图　15 1.6　编译环境的安装与使用　16 1.6.1　编译过程及编译环境　16 1.6.2　Microsoft Visual Studio 2019的安装　17 练习题　22 第2章　类型、常量及变量 2.1　C++的单词　23 2.1.1　C++的字符集　23 2.1.2　C++的关键字　24 2.2　预定义类型及值域和常量　25 2.2.1　预定义类型及其数值转换　25 2.2.2　强制类型转换及类型值域　26 2.2.3　预定义类型及相关常量　28 2.3　变量及其类型解析　31 2.3.1　变量的说明和定义　31 2.3.2　指针及其类型理解　34 2.3.3　有址引用变量　40 2.3.4　无址引用变量　45 2.3.5　元素、下标及数组　47 2.4　运算符及表达式　49 2.4.1　位运算与等号运算　49 2.4.2　指针运算及其结合方向　50 2.4.3　关系运算及结果转换　51 2.5　结构与联合　52 2.5.1　结构体　52 2.5.2　联合体　54 练习题　56 第3章　语句、函数及程序设计 3.1　C++的语句　58 3.1.1　简单语句　58 3.1.2　转移语句　59 3.1.3　分支语句　60 3.1.4　循环语句　63 3.1.5　break和continue语句　67 3.1.6　asm和static_assert语句　68 3.2　C++的函数　68 3.2.1　函数说明与定义　69 3.2.2　头文件与说明　70 3.2.3　函数的参数说明　72 3.2.4　函数重载　74 3.2.5　inline及constexpr函数　75 3.2.6　线程互斥及线程本地变量　77 3.3　作用域　79 3.3.1　全局作用域与模块作用域　79 3.3.2　局部作用域与块作用域　81 3.4　生命期　82 3.5　程序设计实例　84 3.5.1　栈编程实例　84 3.5.2　队列编程实例　86 3.5.3　有限自动机编程实例　87 练习题　90 第4章　C++的类 4.1　类的声明及定义　92 4.1.1　面向对象的基本概念　92 4.1.2　类及对象定义的实例　93 4.2　成员访问权限及突破方法　97 4.2.1　成员的访问权限　97 4.2.2　突破成员的访问权限　98 4.3　内联、匿名类及位段　99 4.3.1　函数成员的内联　99 4.3.2　无对象的匿名联合　101 4.3.3　局部类及位段成员　102 4.4　new和delete运算符　103 4.4.1　简单类型及单个对象内存管理　103 4.4.2　复杂类型及对象数组内存管理　105 4.5　隐含参数this　107 4.6　对象的构造与析构　109 4.6.1　构造函数及对象初始化　109 4.6.2　成员默认值及构造与析构　110 4.7　类及对象的内存布局　112 练习题　116 第5章　成员及成员指针 5.1　实例成员指针　117 5.1.1　实例成员指针的用法　117 5.1.2　实例成员指针的限制　118 5.2　const、volatile和mutable　119 5.2.1　const和volatile的用法　119 5.2.2　mutable实例数据成员　123 5.3　静态数据成员　124 5.3.1　静态数据成员的用法　124 5.3.2　静态数据成员的限制　126 5.4　静态函数成员　128 5.4.1　静态函数成员的访问　128 5.4.2　静态函数成员的限制　129 5.5　静态成员指针　130 5.5.1　静态成员指针的用法　130 5.5.2　多种指针的混合用法　131 5.6　联合的成员指针　132 练习题　133 第6章　继承与构造 6.1　单继承类　136 6.2　继承方式　138 6.2.1　继承后成员的访问权限　138 6.2.2　访问权限的修改　141 6.3　成员访问　142 6.4　构造与析构　143 6.4.1　对象构造的执行顺序　143 6.4.2　new、delete引起的构造与析构　144 6.5　父类和子类　145 6.5.1　父类及其函数调用　145 6.5.2　友元和派生类函数中的父子类 关系　147 6.6　派生类的内存布局　148 练习题　149 第7章　可访问性 7.1　作用域　152 7.1.1　面向对象的作用域　152 7.1.2　面向过程的作用域　155 7.2　名字空间　156 7.2.1　名字空间的基本用法　156 7.2.2　使用名字空间的注意事项　158 7.3　成员友元　160 7.3.1　成员友元的一般用法　161 7.3.2　互为依赖的类的友元　162 7.4　普通友元及其注意事项　163 7.4.1　普通友元的一般用法　163 7.4.2　友元使用的注意事项　165 7.5　覆盖与隐藏　167 7.5.1　覆盖与隐藏的用法　167 7.5.2　使用using避免成员覆盖　169 练习题　170 第8章　多态与虚函数 8.1　虚函数　174 8.1.1　虚函数的声明及定义　174 8.1.2　虚函数的重载及内联　176 8.2　虚析构函数　179 8.3　类的引用　180 8.3.1　类的引用变量及其析构　181 8.3.2　类的引用参数及其析构　183 8.4　抽象类　186 8.4.1　抽象类的定义及用法　186 8.4.2　抽象类的应用实例　187 8.5　虚函数友元与晚期绑定　189 8.5.1　虚函数作为友元　190 8.5.2　虚函数的晚期绑定　191 8.6　有虚函数时的内存布局　192 8.6.1　基类有虚函数时的内存布局　192 8.6.2　基类无虚函数时的内存布局　193 练习题　194 第9章　多继承与虚基类 9.1　多继承类　196 9.1.1　无多继承的替代方案　196 9.1.2　多继承存在的问题　197 9.2　虚基类　198 9.3　派生类成员　200 9.3.1　无虚基类时的成员同名　200 9.3.2　有虚基类时的成员同名　201 9.4　单重及多重继承的构造与析构　202 9.4.1　单继承的构造与析构　202 9.4.2　多继承的构造与析构　204 9.5　多继承类的内存布局　205 9.5.1　无虚基类时的内存布局　205 9.5.2　有虚基类时的内存布局　207 练习题　209 第10章　异常与断言 10.1　异常处理　212 10.1.1　抛出与捕获　212 10.1.2　异常的传播　213 10.2　捕获顺序　214 10.3　函数的异常接口　216 10.3.1　异常接口声明　216 10.3.2　noexcept接口　217 10.4　异常类型　219 10.5　异常对象的析构　220 10.5.1　通过对象指针析构　220 10.5.2　未完成对象的析构　221 10.6　断言　223 练习题　224 第11章　运算符重载 11.1　运算符概述　225 11.1.1　结果为左值的运算符　225 11.1.2　运算符重载的分类　226 11.1.3　成员与非成员重载　227 11.2　运算符参数　228 11.2.1　自增与自减的重载　228 11.2.2　重载->运算符　230 11.2.3　单双目运算符的重载　231 11.3　赋值与调用　232 11.3.1　赋值运算符的重载　232 11.3.2　构造函数的重载　233 11.3.3　安全的编程方法　235 11.4　强制类型转换　236 11.4.1　单个显式参数构造函数　236 11.4.2　强制类型转换重载函数　237 11.5　重载new和delete　238 11.6　运算符重载实例　240 11.6.1　符号表运算的重载实例　240 11.6.2　栈及队列运算重载实例　241 练习题　244 第12章　类型解析、转换与推导 12.1　隐式与显式类型转换　250 12.1.1　简单类型的隐式转换　250 12.1.2　简单类型的显式转换　252 12.1.3　简单类型的转换结果　253 12.2　cast系列类型转换　256 12.2.1　static_cast——静态转换　256 12.2.2　const_cast——只读转换　257 12.2.3　dynamic_cast——动态转换　260 12.2.4　reinterpret_cast——重释转换　263 12.3　类型转换实例　265 12.3.1　typeid获取类型标识　265 12.3.2　explicit要求显式调用　267 12.3.3　栈的类型转换实例　268 12.4　自动类型推导　270 12.4.1　auto的一般用法　271 12.4.2　auto用于函数和数组　271 12.4.3　表达式类型的提取　272 12.5　Lambda表达式　273 12.5.1　Lambda表达式的声明　273 12.5.2　Lambda表达式的参数　275 12.5.3　准函数Lambda表达式　278 练习题　279 第13章　模板与内存回收 13.1　变量模板及其实例　280 13.1.1　变量模板的定义　280 13.1.2　变量模板的实例化　281 13.2　函数模板　282 13.2.1　函数模板的定义　282 13.2.2　成员函数模板的定义　283 13.2.3　函数模板的参数　284 13.3　函数模板实例化　285 13.3.1　函数模板强制实例化　285 13.3.2　函数模板实例特化　286 13.3.3　涉及指针的模板实例化　287 13.4　类模板　288 13.4.1　类模板的定义　288 13.4.2　派生类类模板的定义　289 13.4.3　多类型参数的类模板　290 13.4.4　省略参数的类模板　290 13.4.5　类模板的友元及Lambda表达式　292 13.5　类模板的实例化及特化　294 13.5.1　类模板的实例化　294 13.5.2　类模板实例特化　294 13.5.3　类模板的部分特化　296 13.5.4　实例化与类型推导　297 13.5.5　类模板及实例成员指针　298 13.5.6　模板分隔符的二义性　299 13.5.7　类模板与泛型　300 13.6　内存回收实例　303 练习题　305 第14章　流及类库 14.1　流类概述　307 14.2　输出流　308 14.3　输入流　311 14.4　文件流　312 14.5　串流处理　314 练习题　315 第15章　面向对象开发实例 15.1　面向对象设计概述　316 15.2　对象的静态模型　317 15.3　面向对象的分析　319 15.4　对象的设计与实现　320 15.5　骰子游戏模型设计实例　322 15.5.1　问题描述　322 15.5.2　对象模型　322 15.5.3　对象设计　324 15.6　游戏模型程序设计　326 练习题　331 参考文献　338