第0章 入门
1、main函数
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int main ()
{ return 0; } |
与C语言不一样，main函数的参数列表为空，并不需要void（加上void后，gcc也可以通过编译），返回值为整数，这个值返回给实现；0表示运行成功，其它整数表示运行有错误。如果省略return语句，系统会假定它返回了0，当然，显式地写出return语句是一个好的编程习惯。
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2、使用标准库输出
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std::cout << "Hello, world!" << std::endl;
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std是一个生存空间，在使用标准库中定义的任何名字时，都应该使用std来指定。标准库的输出操作符是<<（左结合性），它的左操作数是定义在名字空间std中的标准输出流std::cout，类型是std::ostream，此类型定义在库<iostream>中（与C语言不同，C++标准库的名称一般没有后缀.h，自定义的头文件才使用后缀为.h的名称）；右操作数是一个字符串直接量（string
literal）；此表达式表示将字符串直接量写入到标准输出流中，这个表达式产生的结果是<<操作符的左操作数：std::cout（所以<<可以用于链式输出操作）。第二个<<的左操作数便是前一个<<表达式的结果：std::cout，右操作数是一个控制符std::endl（控制符的主要作用是把一个控制符写到流中，通过一些行为控制这个流而不仅仅是输出字符），表示结束当前输出行。
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3、表达式与副作用
表达式的作用就是请求系统进行计算，并产生一个结果，但是往往除了产生我们想要的结果之外，还会影响程序或者系统的状态，而这些影响并不是结果的直接作用，我们称之为副作用。
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4、类型
C++的类型一部分是属于语言核心的，另一部分属于标准库。位于语言核心的类型可以适用于所有C++程序，但是在使用标准库中的类型时，一定要明确包含类型所在的标准库文件。每种类型都表示一种数据结构和它适用的操作。
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5、C++程序的自由风格
自由风格指的是：只有在防止相邻的符号混淆在一起的时候，才有必要使用空白符来分隔。C++中有三种实体不具有自由风格：
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a.字符串直接量 用双引号括起来的字符，不可以跨行
b.#include name #include 和 name 必须出现在同一行（/**/注释除外） c.//注释 //只能注释一行 |
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第一章 使用字符串
1、使用标准输入
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#include <string> // std::string类型所在的库文件
std::string name; // 声明一个std::string类型的变量 std::cin >> name; // 从标准输入读取一个字符串到name中 |
和标准输出类似，标准输入使用标准库中的>>操作符来完成，它的左操作数是istream类型的变量cin（标准输入流），操作符产生的结果也是istream类型的std::cin，因此，可以实现链式输入操作。std是它的生存空间，表示cin是定义在标准库中的。当通过标准库读取一个字符串时，它会忽略输入中所有空白符，而把其它的字符读取到name中，直到它遇到其它空白符或者文件结束标识，也就是说，实际上读取的是一个“单词”。
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2、标准输出的补充
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std::cout << "Hello, " << name << "!" << std::endl;
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标准输出除了可以直接输出字符串直接量外，还可以输出string类型的变量。
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3、std::string类型
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#include <string>
std::string name; const std::string greeting = "Hello, " + name + "!"; |
这个类型是标准库的一部分，它可以存储一个字符串，与C语言不同，C++的标准库直接提供了字符串类型。
从以上的代码片段可以看到两种定义string变量的方法：
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a. 使用+将一个string变量和字符串直接量连接在一起（还可以连接两个string对象，但是不能链接两个字符串直接量），并用=“赋值”。（这里的+并不是数量值相加，而是起连接作用，
+操作符的操作数不同，其功能也会不同，也就是说，+操作符被重载了。） b. 使用构造变量的方法：通过在定义中使用圆括号，要求系统根据圆括号中的表达式来构造变量。表达式const std::string spaces (greeting.size(), ' ')中 greeting.size()是调用greeting对象的一个成员函数size，这个函数产生一个整数值，表示的是greeting对象含有字符的个数。' '是一个字符直接量，表示一个空格字符。这个表达式 的结果是构造了一个string对象spaces，并且，spaces中包含有greeting.size()个' '。如果我们定义std::string stars (10, '*')，那么我们就可以得到stars对象： ********** 。 |
小结一下std::string类型对象的操作：
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(n是一个整数，c是一个字符，is是一个输入流，os是一个输出流）
std::string s; std::string t = s; std::string z (n, c); os << s; is >> s; s + t; s.size(); |
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4、const
一个const变量，必须在定义的时候初始化，否则就再也没有机会给它赋值了；用来初始化const变量的值，可以不是常数（constant）。
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5、缓冲
一般来说，输入输出库会把它的输出保存在叫做缓冲（buffer）的内部数据结构上，通过缓冲可以优化输出操作。不管还有多少字符等待输入，很多系统在向输出设备写入字符时需要花费大量的时间。为了避免无法及时响应每个输出请求，标准库使用缓冲来累积需要输出的字符，然后等待必要的时候，刷新缓冲来把缓冲的内容写到输出设备中。这样就可以通过一次写入完成多次输出操作。
有三种情况会促使系统刷新缓冲：
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a. 缓冲区满了
b. 标准库被要求读取输入流 c. 显式地要求刷新缓冲区（比如使用std::endl） |
当写一个需要花费很长时间才能运行的程序时，适当的时候刷新缓冲区是一个很重要的习惯。否则，程序的输出会拥塞在系统的缓冲中，在你的程序写入后，需要很长的时间，才能看到这些输出。（这句话不理解，附上原文，并求教于各位大牛，希望您能指点一下小弟，谢谢！☺）
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原文：Flushing output buffers at opportune moments is an important habit when you are writing programs that might take a long time to run.
Otherwise, some of the program's output might languish in the system's buffers for a long time between when your program writes it and when you see it. |
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6、变量和对象
为了能够读取数据，我们必须有一个地方来存放数据。我们把这个地方叫做变量。一个变量就是一个有名字的对象（object）。对象有自己的类型，它按顺序存储在计算机内存中。对象和变量之间的区别很重要。对象可以没有名字。
下面是关于C++中变量和对象区别（改编自一名网友的博客http://blog.csdn.net/yby4769250/article/details/7377526）
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对象和变量，虽然两者都对应着一块内存，但是两者有不同的意义。
变量：所谓变量就是一种定义，通过定义，编译器将会开辟一段空间，并将这段内存空间和这个变量的名字捆绑在一起。也就是说：变量名就是内存在代码中可视化的一个符号。如int a， 对象：对象就是内存中一段有类型的区域。从这句话的描述上来看，对象之于变量，似乎更关注的是这段内存的类型，而不是名字。不能说变量就是对象，或者对象就是变量。严格来说， 两者的区别与联系 举例： REFERENCE: http://blog.csdn.net/yby4769250/article/details/7377526 |
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第二章 循环和计数
1、size_type
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const std::string::size_type cols;
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std::string表示string名字定义在名字空间std中，后面的一个::表示size_type来自string类。类也定义了自己的生存空间。std::string类定义了size_type，用来表示一个string中含有字符的数目，string::type_size是一个无符号整数类型，可以包含任意string类型对象的长度（也就是说，无论string对象所包含的字符数量有多大，都可以使用这个类型来表示）。
当需要定义一个用来保存特定数据结构的大小的变量时，我们应该使用标准库定义的相应类型，不要使用语言核心定义的类型，即便我们知道核心类型足以容纳需要存储数据的大小。
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2、using声明
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using std::cout; using std::cin;
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using声明用来说明一些特殊的名字都来自于一个特定的名字空间。
使用格式：using namespace-name::name;定义name为namespace-name::name的同义词。
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3、循环不变式
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We use loop invariants to help us understand why an algorithm is correct. We must show three things about a loop invariant:
• Initialization: It is true prior to the first iteration of the loop. • Maintenance: If it is true before an iteration of the loop, it remains true before the next iteration. • Termination: When the loop terminates, the invariant gives us a useful property that helps show that the algorithm is correct. |
loop invariants 叫做循环不变式有误导，最好叫做循环不变性。
循环不变式（loop invariants）不只是一种计算机科学的思想，准确地说是一种数学思想。在数学上阐述了通过循环（迭代、递归）去计算一个累计的目标值的正确性。
如何找循环不变式？由于算法是一步步执行的，那么如果每一步（包括初试和结束）都满足一个共同的条件，那么这个条件就是要找的循环不变式。
循环不变式的思想，说明正确算法的循环过程中总是存在一个维持不变的特性，这个特性一直保持到循环结束乃至算法结束，这样就可以保证算法的正确了。比方说插入排序，算法每次循环后，前n个数一定是排好序的（n为已经循环的次数）。由于这个特性一直成立，到算法结束时，所有N个数一定是排好序的。循环不变的特性，一般都是循环结束时数据具有的特性。如何寻找循环不变量，没有一般方法，不过这是证明算法正确性的最正规的方法。
下面是一个具体的例子和分析：
在编写循环时，找到让每次循环都成立的逻辑表达式很重要。这种逻辑表达式称为循环不变式。循环不变式相当于用数学归纳法证明的“断言”。
循环不变式用于证明程序的正确性。在编写循环时，思考一下“这个循环的循环不变式是什么”就能减少错误。
代码清单1是用C语言写的sum函数，功能是求出数组元素之和。参数array[]是要求和的对象数组，size是这个数组的元素数。调用sum函数，会获得array[0]至array[size-1]的size个元素之和。
代码清单1 sum函数，求出数组的元素之和
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int sum ( int array[], int size )
{ int k = 0; int s = 0; while ( k < size ) { s = s + array[k]; k = k + 1; } return s; } |
在sum函数中使用了简单的while循环语句。我们从数学归纳法的角度来看这个循环，得出下述断言M(n)。这个断言就是循环不变式。
• 断言M(n)：数组array的前n个元素之和，等于变量s的值。
我们在程序中成立的断言上标注注释，形成清单2所示代码。
代码清单2 在1的代码中成立的断言上标注注释
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int sum ( int array[], int size )
{ int k = 0; int s = 0; /* M(0) */ while ( k < size ) { /* M(k) */ s = s + array[k]; /* M(k+1) */ k = k + 1; /* M(k) */ } /* M(size) */ return s; } |
在代码清单2的第4行，s初始化为0。由此，第5行的M(0)成立。M(0)即为“数组array的前0个元素之和等于变量s的值”。这相当于数学归纳法的步骤1。
图1 数学归纳法的步骤1（M(0)成立）
第7行中，M(k)成立。然后进行第8行的处理， 将数组array[k]的值加入s, 因此M(k+1)成立。这相当于数学归纳法的步骤2。
图2数学归纳法的步骤2（M(k) M(k+1)成立）
请一定要理解第8行，
s=s+array[k];
意为“在M(k)成立的前提下，M(k+1)成立”。
第10行中k递增1，所以第11行的M(k)成立。这里是为了下一步处理而设定变量k的值。
最后，第13行的M(size)成立。因为while语句中的k递增了1，而这时一直满足M(k), 走到第13行时k和size的值相等。M(size)成立说明sum函数是没有问题的。因此，第14行return返回结果。
图3 M (size)成立
综上所述，这个循环在k从0增加到size的过程中一直保持循环不变式M(k)成立。编写循环时，有两个注意点：一个是“达到目的”，还有一个是“适时结束循环”。循环不变式M(k)就是为了确保“达到目的”。而k 从0 到size 递增确保了“适时结束循环”。
代码清单3中，写明了M(k)成立的同时k递增的情形。（^表示“并且”）
代码清单3 M (k成立的同时k递增)
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int sum ( int array[], int size )
{ int k = 0; int s = 0; /* M(k) ^ k == 0 */ while ( k < size ) { /* M(k) ^ k < size */ s = s + array[k]; /* M(k+1) ^ k < size */ k = k + 1; /* M(k) ^ k <= size */ } /* M(size) ^ k == size */ return s; } |
以上循环不变式M(k)在每次循环时都成立
REFERENCE：
http://herculeser.blog.51cto.com/3272654/1159486
http://www.cnblogs.com/bamboo-talking/archive/2011/02/05/1950197.html
http://zhidao.baidu.com/question/558630518.html
http://blog.csdn.net/davelv/article/details/5952981
http://www.ituring.com.cn/article/20305
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4、从0开始计数
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// 1
for ( int r = 0; r != rows; ++r ){ // do smoething same } // 2 |
程序设计中，尤其在循环计数和数组中，我们一般采用从0开始的计数方案，而不是从1开始，原因有如下三点：
a. 可以使用不对称区间来表示间隔
在上面的两个程序片段中，区间[0,rows)和[1,rows]表示的循环次数是相同的，但是前者更容易知道次数为rows-0或者直接为rows，而后者的表达为rows-1+1，很显然采用不对称区间更易于观察循环进行的次数（或者数组的元素个数）。
b. 更容易表达循环不变式
第一个循环中，循环不变式很容易写出：到目前为止，我们已经执行了r次。第二个循环中循环不变式则要表达为：到目前为止，已经执行了r-1次。显然直接使用变量r更为直接。
c. 更容易判断循环结束时程序的状态。
第一个循环中，当结束时我们很清楚地知道，此时r==rows，而在第二个循环中，结束时只能知道r>rows。显然第一种方法使循环结束时程序的状态更精确。
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5、操作符的优先级和结合性
（REFERENCE: http://msdn.microsoft.com/en-us/library/aa245313(v=vs.60).aspx）
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//C++ Operators
// Operators specify an evaluation to be performed on one of the following: // One operand (unary operator) // Two operands (binary operator) // Three operands (ternary operator) // The C++ language includes all C operators and adds several new operators. // Table 1.1 lists the operators available in Microsoft C++. // Operators follow a strict precedence which defines the evaluation order of //expressions containing these operators. Operators associate with either the //expression on their left or the expression on their right; this is called //“associativity.” Operators in the same group have equal precedence and are //evaluated left to right in an expression unless explicitly forced by a pair of //parentheses, ( ). // Table 1.1 shows the precedence and associativity of C++ operators // (from highest to lowest precedence). // //Table 1.1 C++ Operator Precedence and Associativity // The highest precedence level is at the top of the table. //+------------------+-----------------------------------------+---------------+ //| Operator | Name or Meaning | Associativity | //+------------------+-----------------------------------------+---------------+ //| :: | Scope resolution | None | //| :: | Global | None | //| [ ] | Array subscript | Left to right | //| ( ) | Function call | Left to right | //| ( ) | Conversion | None | //| . | Member selection (object) | Left to right | //| -> | Member selection (pointer) | Left to right | //| ++ | Postfix increment | None | //| -- | Postfix decrement | None | //| new | Allocate object | None | //| delete | Deallocate object | None | //| delete[ ] | Deallocate object | None | //| ++ | Prefix increment | None | //| -- | Prefix decrement | None | //| * | Dereference | None | //| & | Address-of | None | //| + | Unary plus | None | //| - | Arithmetic negation (unary) | None | //| ! | Logical NOT | None | //| ~ | Bitwise complement | None | //| sizeof | Size of object | None | //| sizeof ( ) | Size of type | None | //| typeid( ) | type name | None | //| (type) | Type cast (conversion) | Right to left | //| const_cast | Type cast (conversion) | None | //| dynamic_cast | Type cast (conversion) | None | //| reinterpret_cast | Type cast (conversion) | None | //| static_cast | Type cast (conversion) | None | //| .* | Apply pointer to class member (objects) | Left to right | //| ->* | Dereference pointer to class member | Left to right | //| * | Multiplication | Left to right | //| / | Division | Left to right | //| % | Remainder (modulus) | Left to right | //| + | Addition | Left to right | //| - | Subtraction | Left to right | //| << | Left shift | Left to right | //| >> | Right shift | Left to right | //| < | Less than | Left to right | //| > | Greater than | Left to right | //| <= | Less than or equal to | Left to right | //| >= | Greater than or equal to | Left to right | //| == | Equality | Left to right | //| != | Inequality | Left to right | //| & | Bitwise AND | Left to right | //| ^ | Bitwise exclusive OR | Left to right | //| | | Bitwise OR | Left to right | //| && | Logical AND | Left to right | //| || | Logical OR | Left to right | //| e1?e2:e3 | Conditional | Right to left | //| = | Assignment | Right to left | //| *= | Multiplication assignment | Right to left | //| /= | Division assignment | Right to left | //| %= | Modulus assignment | Right to left | //| += | Addition assignment | Right to left | //| -= | Subtraction assignment | Right to left | //| <<= | Left-shift assignment | Right to left | //| >>= | Right-shift assignment | Right to left | //| &= | Bitwise AND assignment | Right to left | //| |= | Bitwise inclusive OR assignment | Right to left | //| ^= | Bitwise exclusive OR assignment | Right to left | //| , | Comma | Left to right | //+------------------+-----------------------------------------+---------------+ |
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第三章 使用批量数据
1、vector 容器
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#include <vector>
using std::vector; vector<double> d; d.push_back(x); typedef vector<double>::size_type vec_sz; |
a. vector类似于数组，用于存放相同类型数据集合，但是vector可以根据需要自动增长，并且可以高效地取得某个单独元素。
b. vector类型的定义使用了C++的一个语言特性——模板类（template classes）比如：vector<string> s。
c. push_back()是vector对象的一个成员函数，这个函数把它的参数添加到vector对象的尾部，同时，使vector的大小增加1。
d. 和string对象类似，vector对象也定义了一个size_type类型，是一个无符号类型，无论vector中的元素有多少个，其个数均可存放到size_type类型的变量中。使用标准库定义的size_type来表示容器大小是一个良好的编程习惯。vector的成员函数size()返回一个size_type类型的值，表示vector中元素的个数。
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2、库函数
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#include <algorithm>
#include <vector> using std::sort; using std::vector; vector<double> d; |
sort函数定义在头文件<algorithm>中，它可以把一个容器中的值按非降序排列，在以上面的程序片段中，sort函数的参数是vector的两个成员函数的返回值。d.begin()表示d中的第一个元素，d.end()表示d中最后一个元素的下一个位置。
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3、标准库的性能
我们完全不用怀疑C++标准库的性能，其实，标准库在设计上，对性能的要求达到了残酷的程度。每个C++系统标准规范必须：
a. 实现vector，使得给一个vector追加大量元素的性能，不会比事先为这些元素分配好空间的性能差（往vector后添加大量元素时，其性能不会随着元素个数的增加而成比例地恶化）；
b. 实现排序算法，使得时间复杂度低于nlog(n)，其中n是要排序的元素个数。
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4、初始化
对于未初始化的内置类型的局部变量，其初始值是随机的废弃值（也就是没有隐式的默认初始化）；而对于类对象，类自己会说明如果没有指定初始化值时该如何初始化。
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5、精度控制
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#include <iomanip>
#include <ios> #include <iostream> using std::streansize; using std::setprecision; streamsize prec = cout.precision(); |
streamsize是定义于头文件<ios>的类型，是输入输出库用来表示长度的类型；setprecision是定义于头文件<iomanip>的控制符，可以用它说明希望输出中包含多少位有效数字。
在上面的程序片段中，streamsize prec =cout.precision();用prec记录cout的原本输出精度，setprecision(3)表示将之后的输出精度设置为3位有效数字，它直接作为<<操作符的右操作数，在输出1.235之后，使用setprecison(prec) 恢复输出精度。
precision()为流的一个成员函数，如果此函数不带参数，表示的是流的精度，如果带一个整数参数，则返回流的当前精度，并设置之后的精度为参数的值。使用这个特性，上面的程序片段还可以编写为：
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streamsize prec = cout.precision(3);
cout << "The answer is " << 1.235 << endl; cout.precision(prec); |
当然使用setprecision控制符更好，可以简化程序中设定特殊精度的部分（？？啥意思？？）。
为了避免程序的后续扩展出现错误，我们在上面的两个程序片段的末尾都将输出精度恢复到初始值。
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