C++全方位介紹

一、基本概念

C++是一種面向對象的編程語言，由Bjarne Stroustrup在20世紀80年代開發。它擴展自C語言，並添加了類和其他功能，使得它更適合大型軟件項目的開發。C++同時也是一種高效的語言，因為它可以直接訪問計算機的底層資源。

作為一種編程語言，C++支持多種編程範式，包括面向對象編程、泛型編程和函數式編程。它也被廣泛用於編寫操作系統、數據庫程序、大型遊戲等需要高效性能和耐用性的應用程序。

下面是一個簡單的C++程序示例：

#include <iostream>

using namespace std;

int main() {
    cout << "Hello, world!";
    return 0;
}

二、面向對象編程

C++是一種面向對象編程（OOP）語言。在C++中，類是一種在數據和方法之間提供了關聯的自定義數據類型。類可以實例化為對象，這些對象可以調用類中定義的方法。

下面是一個簡單的類定義示例：

class Person {
public:
    Person(string name, int age) {
        this->name = name;
        this->age = age;
    }
    
    void setName(string name) {
        this->name = name;
    }
    
    void setAge(int age) {
        this->age = age;
    }
    
    string getName() const {
        return name;
    }
    
    int getAge() const {
        return age;
    }
    
private:
    string name;
    int age;
};

上面的代碼定義了一個名為Person的類，該類具有名稱和年齡屬性，以及一個構造函數和一些不同訪問級別的方法。這個類也可以用以下方式創建對象：

Person person("Alice", 25);

三、模板和泛型編程

C++提供了一種叫做模板的特性，它允許開發者寫泛型代碼，即代碼可以適用於多種數據類型。通過模板，可以實現一個算法，用於不同類型的數據進行操作，而無需編寫多個算法實現。

下面是一個使用C++模板實現的簡單快速排序算法：

template <typename T>
void quicksort(T arr[], int left, int right) {
    int i = left, j = right;
    T tmp;
    T pivot = arr[(left + right) / 2];
 
    while (i <= j) {
        while (arr[i]  pivot)
            j--;
        if (i <= j) {
            tmp = arr[i];
            arr[i] = arr[j];
            arr[j] = tmp;
            i++;
            j--;
        }
    };
 
    if (left < j)
        quicksort(arr, left, j);
    if (i < right)
        quicksort(arr, i, right);
}

上述代碼實現了針對任意數據類型的快速排序算法，通過模板可以實現對任意類型的排序操作。

四、STL容器和算法

C++標準庫提供了一組內置容器和算法，這被稱為STL（Standard Template Library）。這些容器和算法的實現經過優化，具有高效性能和可靠性，通常可以滿足大多數開發需求。常見的STL容器包括vector、list、set和map，其中vector是一個動態數組，list是一個雙向鏈表，set和map是關聯數組。

下面是一個使用vector和for_each算法的簡單示例：

#include <vector>
#include <algorithm>
#include <iostream>

using namespace std;

int main() {
    vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
    for_each(vec.begin(), vec.end(), [](int i) {
        cout << i << " ";
    });
    return 0;
}

上述代碼創建了一個含有5個整數的vector，然後使用for_each算法輸出其中的每一個元素。

五、並發編程和多線程

C++通過標準庫提供了一組多線程API，這使得並發編程成為可能。使用多線程可以同時處理多個任務，從而提高程序的效率和響應能力。需要注意的是，在多線程編程中，需要特別注意線程安全問題。

下面是一個使用C++多線程實現的簡單示例：

#include <iostream>
#include <thread>

using namespace std;

void print() {
    cout << "Hello, world!";
}

int main() {
    thread t1(print);
    t1.join();
    return 0;
}

上述代碼創建了一個新的線程，並在該線程中調用print函數，最後使用join函數將線程加入到主線程中，等待線程執行完畢。