C++ 程序语言设计

1. C++程序语言设计 Chapter 3: The C in C++

2. OutLine of the chapter • Same thing in program language • Make and Ant

3. 诸子百家——名家 • 名家是战国时期的重要学派之一，因从事论辩名（名称、概念）实（事实、实在）为主要学术活动而被后人称为名家。 http://www.guoxue.com/gxrm/gx_mingj.htm • 公孙龙（约公元前325—前250年），赵国人。生平事迹不详。他是名家代表人物之一，有14篇著作留世，但在唐时已散失了一大半，如今可能只《公孙龙子》一书。名家最著名的命题，是公孙龙的"白马非马"论。

4. “白马非马”论 • 庄子评：“能胜人之口，不能服人之心。” • 城门上告示：“马匹不得入城”。公孙龙同志骑白马而来，遭拒入。公孙龙一脸正色：“告示上写的是‘马’，而我骑的是‘白马’，难道 ‘马’等于 ‘白马’吗？”。守门士兵觉得白马还真不是马，于是放行。 • 如果白马是马，黑马也是马，那么岂不白马等于黑马，所以，不能说白马是马。“白马非马”是中国哲学史上的一桩公案。不过，若是我们从程序的角度上说，可以认为：马在这里表示一种类型，而白马，黑马它们的类型都是马。

5. Data types • 预定义数据类型（基本数据类型） • 字符型：char • 整型：int • 单精度浮点型：float • 双精度浮点型：double • 无值型：void • 布尔型：bool • 构造数据类型：指针、数组、结构、类等

6. Data types • 类型修饰符 • 在基本数据类型（除void与bool类型外）前加上类型修饰符，来更具体地表示数据类型。 • signed 有符号 • unsigned 无符号 • short 短型 • long 长型 • 阅读程序：specify.cpp

7. Data types • 类型修饰符说明 • 附件中带[ ]的部分表示是可以省略的，如short [int]可以写为short int 或简写为short，二者的含义是相同的。 • 四种修饰符都可以用来修饰整型和字符型。用signed修饰的类型的值可以为正数或负数，用unsigned修饰的类型的值只能为正数。 • 用short修饰的类型，其值一定不大于对应的整数，用long修饰的类型，其值一定不小于对应的整数。

8. 运算符 功能 数据类型 例子 - 负号 数值 x=-y; + 加 数值 z=x+y; - 减 数值 z=x-y; * 乘 数值 z=x*y / 除 数值 z=x/y; % 求余 整数 z=x%y ++ 自加 数值 z++或++z Operators • 算术运算符

9. 赋值运算符 例子 等价形式 = x=x+y x=x+y += x+=y+z x=x+(y+z) -= x-=y+z x=x-(y+z) *= x*=y+z x=x*(y+z) /= x/=y+z x=x/(y+z) %= x%=y+z x=x%(y+z) Operators • 赋值运算符

10. 关系运算符 含义 例子 < 小于 i>10 <= 小于或等于 (x+y)*2<=100 > 大于 x+y>z >= 大于或等于 x-y>=a*b+2 = = 等于 x+y==a+b != 不等于 x-y!=0 Operators • 关系运算符

11. 逻辑运算符 含义 例子 ! 逻辑非 !(x>10) && 逻辑与 (i>1) && (i<10) || 逻辑或 c==0 || c==9 Operators • 逻辑运算符

12. Operators • 三元运算符 在C++中只提供了一个三元运算符—即条件运算符“？：”，其一般形式为： 表达式1 ? 表达式2 : 表达式3 条件运算的规则是：首先判断表达式1的值，若其值为真（非0），则取表达式2的值为整个表达式的值；若其值为假（0），则取表达式3的值为整个表达式的值。

13. 运算符 含义 例子 & 按位与 i&128 | 按位或 j|64 ^ 按位异或 j^12 ~ 按位取反 ~j << 按位左移 i<<2 >> 按位右移 j>>2 Operators • 位运算符

14. 运算符 例子 等价形式 &= x&=y+z x=x&(y+z) |= x|=x+2 x=x|(x+2) ^= x^=y x=x^y <<= x<<=y+z x=x<<(y+z) >>= x>>=y+z x=x>>(y+z) Operators • 复合位运算符

15. Operators • 逗号运算符 逗号运算符的运算优先级是最低的。 一般形式为： 表达式1，表达式2，……，表达式N 在计算逗号表达式的值时，按从左至右的顺序依次分别计算各个表达式的值，而整个逗号表达式的值和类型是由最右边的表达式决定。

16. Operators • Operator precedence • use parentheses to make the order of evaluation explicit • A = X + Y – 2 / 2 + Z; • X = 1、Y = 2、Z = 3 • A = X + (Y – 2) / (2 + Z); • 阅读程序：Mathops.cpp

17. 语句A 语句B Execution control statements • 顺序结构 • 程序按照语句的书写顺序依次执行，语句在前的先执行，语句在后的后执行，只能满足设计简单程序的要求。

18. 条件P 语句A 语句B Execution control statements • 分支结构 • 在分支结构中，程序根据判断条件是否成立，来选择执行不同的程序段。也就是说，这种程序结构，能有选择地执行程序中的不同程序段。

19. Execution control statements • 分支结构 • if-else语句 • switch语句 switch(selector) { case integral-value1 : statement; break; case integral-value2 : statement; break; case integral-value3 : statement; break; (...) default: statement; }

20. 假 条件P 真 语句A Execution control statements • 循环结构 • 在循环结构中，程序根据判断条件是否成立，来决定是否重复执行某个程序段。

21. Execution control statements • 循环结构 • while语句 • do-while语句 • for语句 • 跳转语句break • 继续语句continue • 关键字goto • 阅读程序：Menu.cpp、Menu2.cpp、gotoKeyword.cpp

22. Execution control statements • 递归算法 • 直接或间接地调用自身的算法称为递归算法。用函数自身给出定义的函数称为递归函数。 • “老和尚讲故事” • 要有终止条件，否则…… • 阅读程序：CatsInHats.cpp

23. Execution control statements • 递归算法 • 编写计算斐波那契数列的第n项函数fib(n)： 斐波那契数列为：0、1、1、2、3、……，即： fib(0) = 0;fib(1) = 1; fib(n) = fib(n - 1) + fib(n - 2)（当n>1时） 写成递归函数为： int fib(int n){ if (n == 0) return 0; if (n == 1) return 1; if (n > 1) return fib(n - 1) + fib(n - 2);  }

24. Execution control statements • 递归算法 • 计算某个数的阶乘就是用那个数去乘包括 1 在内的所有比它小的数。 • 阶乘的一个有趣特性是，某个数的阶乘等于该数乘以比它小一的数的阶乘。 int factorial(int n) { return n * factorial(n - 1); } int factorial(int n) { if(n == 1) return 1; else return n * factorial(n - 1); }

25. Functions • function prototyping • int translate(float x, float y, flaoat z); • empty argument list • func()、func(void) • uncertain argument list • creating your own libraries

26. Introduction to pointers • the ‘&’ operator precede the identifier name with ‘&’ and it will produce the address of that identifier. see “YourPets1.cpp” • pointer definition For a type T , T * is the type“ pointer to T”, that is , a variable of type T * can hold the address of an object of type T.

27. Introduction to pointers • The operator that defines a pointer ‘*’ • Insert a star ‘*’ between the type and the identifier int* ip; // ip points to an int value int a = 47; int* ipa = &a; *ipa = 100;

28. Introduction to pointers • the most basic use of pointers To change “outside objects” from within a function. • Ordinarily, when you pass an argument to a function, a copy of that argument is made inside the function. This is referred to as pass-by-value. • see “PassByValue.cpp”

29. Introduction to pointers • want to modify the outside object pass a pointer into a function instead of an ordinary value, we are actually passing an alias to the outside object, enabling the function to modify that outside object. This is referred to as pass-by-address. see “PassAddress.cpp”

30. Introduction to C++ references Pointers work roughly the same in C and in C++, but C++ adds an additional way to pass an address into a function. This is pass-by-reference . see “PassReference.cpp”

31. Introduction to C++ references • A reference is an alternative name for an object. • we must initialize the reference while define it. int i = 1; int& r1 = i; // ok, r1 initialized int& r2; // error, miss initializer extern int& r3; // ok, r3 initialized elsewhere

32. Pointer to void • void * : pointer to any type of object. int main() { void* vp; char c; int i; float f; double d; vp = &c; vp = &i; vp = &f; vp = &d; } ///:~

33. Pointer to void • before you can use the pointer void *, you must cast it to the correct type int main() { int i = 99; void* vp = &i; // Can't dereference a void pointer: // *vp = 3; // Compile-time error // Must cast back to int before dereferencing: *((int*)vp) = 3; } ///:~

34. Scoping The scope of a variable extends from the point where it is defined to the first closing brace that matches the closest opening brace before the variable was defined. That is, a scope is defined by its “nearest” set of braces. see “Scope.cpp”

35. Defining variables on the fly • C++ (not C) allows you to define variables anywhere in a scope, so you can define a variable right before you use it. • Define variables inside the control expressions of for loops and while loops, inside the conditional of an if statement, and inside the selector statement of a switch.

36. Global variables • Global variables are defined outside all function bodies and are available to all parts of the program (even code in other files). • Global variables are unaffected by scopes and are always available see “Global.cpp” and “Global2.cpp”

37. Local variables • register variables • static variables • The beauty of a static variable is that it is unavailable outside the scope of the function, so it can’t be inadvertently changed. see” Static.cpp” • The second meaning of static is related to the first in the “unavailable outside a certain scope” sense. “file scope ” see “FileStatic.cpp” and “FileStatic2.cpp”

38. Constants and volatile • #define PI 3.14159 • The modifier const tells the compiler that a name represents a constant. Any data type, built-in or user-defined, may be defined as const. If you define something as const and then attempt to modify it, the compiler will generate an error. const float PI = 3.1415926;

39. Constants and volatile Whereas the qualifier const tells the compiler “This never changes” ,the qualifier volatile tells the compiler “You never know when this will change”.

40. Casting operators • C Style • 类型转换操作符 (type-id) expression int b=10; long a = (long) b; • 函数调用语法 type-id( expression ) int b=10; long a = long(b);

41. Casting operators • C++ Style－四个类型转换符 • static_cast • const_cast • reinterpret_cast • dynamic_cast

42. static_cast • 用法：static_cast < type-id > ( expression )该运算符把expression转换为type-id类型，但没有运行时类型检查来保证转换的安全性。 • 它主要有如下几种用法：①用于类层次结构中基类和子类之间指针或引用的转换。②用于基本数据类型之间的转换，如把int转换成char，把int转换成enum。这种转换的安全性也要开发人员来保证。③把空指针转换成目标类型的空指针。④把任何类型的表达式转换成void类型。 see static_cast.cpp

43. const_cast • 用法：const_cast<type_id> (expression)该运算符用来修改类型的const或volatile属性。除了const 或volatile修饰之外， type_id和expression的类型是一样的。 • 用法： • 常量指针被转化成非常量指针，并且仍然指向原来的对象；常量引用被转换成非常量引用，并且仍然指向原来的对象； • 常量对象被转换成非常量对象。 see const_cast.cpp

44. reinterpret_cast • 用法：reinpreter_cast<type-id> (expression)type-id必须是一个指针、引用、算术类型、函数指针或者成员指针。它可以把一个指针转换成一个整数，也可以把一个整数转换成一个指针（先把一个指针转换成一个整数，在把该整数转换成原类型的指针，还可以得到原先的指针值）。 see reinterpret_cast.cpp

45. dynamic_cast • 用法：dynamic_cast < type-id > ( expression )该运算符把expression转换成type-id类型的对象。Type-id必须是类的指针、类的引用或者void *；如果type-id是类指针类型，那么expression也必须是一个指针，如果type-id是一个引用，那么expression也必须是一个引用。 • dynamic_cast主要用于类层次间的上行转换和下行转换，还可以用于类之间的交叉转换。

46. sizeof operator • tells us the number of bytes used by any particular variable • an operator, not a function • apply it to a variable you can use it without parentheses see sizeofOperator.cpp, sizeof.cpp

47. Composite type creation • Aliasing names with “typedef ” Form : typedef existing-type-description alias-name Example: int* x, y; typedefint* IntPtr; IntPtr m, n;

48. Combining variables with struct • The struct declaration must end with a semicolon. • To select the elements of a particular struct object, use a ‘.’ • a pointer to a struct object, you must select an element of that object using a different operator: the ‘->’ SimpleStruct2.cpp, SimpleStruct3.cpp

49. Clarifying programs with enum • a way of attaching names to numbers • enumerates any list of identifiers you give it by assigning them values of 0, 1, 2, etc • enum ShapeType { circle = 10, square = 20, rectangle = 50 }; • enum snap { crackle = 25, pop }; see Enum.cpp

50. Saving memory with union • handle different types of data using the same variable • two choices : • create a struct containing all the possible different types you might need to store • use a union. A union piles all the data into a single space see Union.cpp