C++教程 第6章 循环和关系表达式
第6章 循环和关系表达式循环语句的基本概念与底层实现循环语句是程序控制流的核心组成部分，用于重复执行一段代码直到满足特定条件。C++提供了三种主要的循环语句：while、do-while和for，每种循环都有其特定的使用场景和底层实现机制。 循环的底层实现原理循环语句在编译后会被转换为机器码，其底层实现通常涉及以下几种技术： 条件分支：使用比较指令和跳转指令实现循环条件判断 计数器优化：对于已知次数的循环，编译器会优化为计数器递减模式 循环展开：将小循环的多次迭代展开为单次迭代，减少分支开销 循环融合：将多个相邻循环合并为一个，减少循环开销 向量化：利用SIMD指令并行处理循环中的数据 循环的性能特性分析不同循环结构的性能特性差异主要体现在： 条件检查开销：while和do-while每次迭代都需要检查条件 循环变量管理：for循环的变量作用域更受限，有利于编译器优化 分支预测：循环条件的可预测性直接影响分支预测成功率 内存访问模式：连续的内存访问模式有利于缓存利用 循环的时间复杂度分析循环的时间复杂度是评估算法效率的重要指标： 循环类型 时间复杂度 适用场景 ...
C++教程 第7章 函数
第7章 函数函数的基本概念与底层实现函数是C++程序的基本组成单位，它是一组执行特定任务的语句集合。从底层视角看，函数是一段可重复执行的代码块，通过调用机制实现参数传递和返回值处理。 函数的语法结构1234返回类型 函数名(参数列表) { // 函数体 return 返回值;} 函数的组成部分： 返回类型：函数返回值的类型，可以是任何有效的C++类型，包括void（无返回值） 函数名：函数的标识符，遵循C++的命名规则 参数列表：函数接受的参数，每个参数由类型和名称组成，多个参数用逗号分隔 函数体：包含函数执行的语句，用大括号包围 返回语句：可选，用于返回函数值 函数的底层实现1. 函数调用约定函数调用约定（Calling Convention）定义了函数调用时参数的传递方式、栈的使用方式以及返回值的处理方式。常见的调用约定包括： 调用约定 参数传递顺序 栈清理责任 适用场景 __cdecl 从右到左 调用方 一般C/C++函数 __stdcall 从右到左 被调用方 Windows API函数 __fastca...
C++教程 第8章 字符和字符串
第8章 字符和字符串字符类型的深度解析字符类型的底层实现C++中的字符类型在底层实现上依赖于目标平台和编译器实现： 类型 大小（字节） 范围 底层表示 用途 char 1 -128 到 127 或 0 到 255（取决于实现） 单字节整数 ASCII字符、UTF-8编码单元 signed char 1 -128 到 127 带符号单字节整数 带符号字符值 unsigned char 1 0 到 255 无符号单字节整数 无符号字符值、原始字节 wchar_t 2 或 4 取决于实现 多字节整数 宽字符（平台相关） char16_t 2 0 到 65535（C++11+） 16位无符号整数 UTF-16编码单元 char32_t 4 0 到 4294967295（C++11+） 32位无符号整数 UTF-32编码单元、Unicode码点 char8_t 1 0 到 255（C++20+） 8位无符号整数 UTF-8编码单元 字符类型的内存表示1234567891011121314// 字符类型的内存表示char c = 'A...
C++教程 第9章 数组和指针
第9章 数组和指针数组数组的基本概念数组是一种数据结构，用于存储相同类型的多个元素。在C++中，数组的大小在声明时必须确定，且在程序运行过程中不能改变。数组的核心特性是连续内存布局和固定大小，这使得数组具有高效的随机访问性能。 数组的底层实现数组在内存中以连续的方式存储元素，这意味着： 内存连续性：数组元素在内存中是连续存储的，相邻元素之间没有间隙 元素访问：通过基地址加上偏移量计算元素地址，实现O(1)时间复杂度的随机访问 内存布局：数组的内存布局由元素类型和数组大小决定 123456789// 数组的内存布局示例int arr[5] = {10, 20, 30, 40, 50};// 在内存中的布局（假设int为4字节）：// 地址: 0x1000 0x1004 0x1008 0x100C 0x1010// 值: 10 20 30 40 50// 元素访问的底层计算// arr[i] 等价于 *(arr + i)// 地址计算: arr + i * sizeof(int) 数组的内存对齐数组元素的内存对齐对于性能...
C++教程 第10章 内存模型和名称空间
第10章 内存模型和名称空间内存模型内存区域C++程序的内存通常分为以下几个区域： 代码区（Text Segment）：存储程序的可执行指令 全局/静态区（Data Segment）：存储全局变量和静态变量 常量区（Constant Area）：存储常量数据 堆区（Heap）：动态分配的内存，由程序员管理 栈区（Stack）：存储局部变量和函数参数，由编译器自动管理 内存布局详细信息内存区域详解 代码区（Text Segment）： 存储程序的可执行指令 通常是只读的，防止程序意外修改指令 包含函数体的二进制代码 大小在编译时确定 支持指令缓存，提高CPU执行效率 可共享，多个进程可以共享同一代码段 常量区（Constant Area）： 存储常量数据，如字符串字面量、const变量 通常是只读的，修改会导致未定义行为 字符串字面量存储在这里，具有静态存储期 大小在编译时确定 与代码区类似，可被多个进程共享 全局/静态区（Data Segment）： 初始化数据区（Initialized Data Segment）：存储已初始化的全局变量和静...
C++教程 第11章 内存与资源管理
第11章 内存与资源管理内存管理基础内存区域C++程序运行时，内存通常分为以下几个区域，每个区域都有其特定的用途、管理方式和性能特点： 代码区（Text Segment）： 存储程序的可执行机器代码，通常是只读的，以防止程序意外修改自身指令 包含函数体的二进制指令，按函数地址顺序排列 支持内存保护，防止执行非代码区域的数据 在多进程环境中，相同程序的代码区可以共享，减少内存使用 只读数据区（RODATA）： 存储字符串字面量、const修饰的全局变量和其他常量 同样是只读的，防止运行时修改 字符串字面量会被去重，相同的字符串只存储一份 例如：const char* str = "Hello" 中的 “Hello” 存储在此区域 全局/静态区（Data Segment）： 存储初始化的全局变量和静态变量 程序启动时分配，结束时释放 变量在编译时就确定了地址 例如：int globalVar = 42 和 static int staticVar = 100 存储在此区域 未初始化数据区（BSS Segment）： 存储未初始化的全...
C++教程 第12章 面向对象编程简介
第12章 面向对象编程简介面向对象编程的核心概念与设计哲学面向对象编程（Object-Oriented Programming，OOP）是一种基于对象概念的编程范式，它将数据和操作数据的方法封装在一起，组成对象，通过对象之间的交互来实现程序功能。OOP的核心思想是模拟现实世界的实体及其交互方式，使代码更加符合人类的思维模式。 面向对象编程的理论基础OOP的理论基础源于以下几个重要概念： 抽象（Abstraction）：从具体事物中提取共同的本质特征，忽略次要细节 封装（Encapsulation）：将数据和操作数据的方法绑定在一起，隐藏内部实现细节 继承（Inheritance）：通过层次结构复用代码和建立类型关系 多态（Polymorphism）：同一接口可以有不同的实现，提高代码的灵活性和可扩展性 核心概念详解 对象（Object）： 现实世界中的实体在程序中的表示 具有状态（State）：由属性（Attributes）描述 具有行为（Behavior）：由方法（Methods）实现 具有标识（Identity）：每个对象都有唯一的标识 类（Class）： 对象的...
C++教程 第14章 类和封装
第14章 类继承继承的概念与原理继承是面向对象编程的核心特性之一，它允许从已有类（基类/父类）派生出新类（派生类/子类），实现代码重用和类型层次结构的建立。 继承的核心原理 代码重用（Code Reuse）：派生类自动继承基类的成员变量和成员函数，避免重复代码 层次结构（Hierarchy）：建立类的层次关系，反映现实世界的分类体系 类型关系（Type Relationship）：派生类与基类之间形成”is-a”关系 多态基础（Polymorphism Foundation）：为运行时多态提供基础 继承的语法与实现12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455// 基类定义class Base {protected: int value;public: Base(int v) : value(v) { std::cout << "Base...
C++教程 第13章 面向对象设计
第13章 类与封装面向对象设计概述面向对象设计（Object-Oriented Design，OOD）是一种基于对象概念的软件开发方法，它通过抽象、封装、继承和多态等核心机制，将系统分解为相互协作的对象集合，每个对象封装了特定的职责和行为。 面向对象设计的核心原则 抽象（Abstraction）：从具体实现中提取本质特征，形成抽象接口，隐藏实现细节 封装（Encapsulation）：将数据和操作数据的方法绑定在一起，通过访问控制实现信息隐藏 继承（Inheritance）：通过层次结构实现代码重用和类型扩展，建立”is-a”关系 多态（Polymorphism）：通过统一接口支持不同实现，提高代码的灵活性和可扩展性 组合（Composition）：通过对象组合实现更灵活的代码重用，建立”has-a”关系 面向对象设计的价值 可维护性：模块化设计和信息隐藏使得代码更易于理解和修改 可扩展性：通过继承和多态，系统可以在不修改现有代码的情况下进行扩展 可重用性：封装和抽象使得组件可以在不同场景中重复使用 可测试性：模块化设计使得单元测试更加容易实现 代码清晰度：面向对象的设计更符合...
C++教程 第16章 类的内存
第16章 类的内存类的内存布局类的内存布局是指类的成员变量和成员函数在内存中的存储方式。理解类的内存布局对于优化代码性能、理解对象模型和调试问题都非常重要。 基本概念 成员变量：存储在对象的内存空间中，每个对象都有自己的成员变量副本 成员函数：存储在代码段中，所有对象共享同一个成员函数副本 静态成员：存储在静态存储区中，所有对象共享同一个静态成员 虚函数表：存储在只读数据段中，包含虚函数的地址 虚指针：存储在对象的内存空间中，指向虚函数表 类的大小计算类的大小由以下因素决定： 成员变量的大小：所有非静态成员变量的大小之和 内存对齐：为了提高访问效率，编译器会对成员变量进行内存对齐 虚指针：如果类包含虚函数，会额外增加一个虚指针的大小 继承：派生类会包含基类的成员变量 12345678910111213141516171819202122232425262728// 空类的大小class EmptyClass { };// 一个空类的大小是1字节，而不是0字节// 这是为了确保每个对象都有唯一的内存地址std::cout << "Si...