基础

Hello World

#include 
int main() {
    std::cout << "Hello, World!" << std::endl;
    return 0;
}

编译与运行

g++ -std=c++20 -Wall -o app main.cpp
./app
clang++ -std=c++20 -o app main.cpp

变量与常量

int x = 42;
auto y = 3.14;             // type deduction
const int MAX = 100;
constexpr int SIZE = 256;  // compile-time constant

命名空间

namespace math {
    double pi = 3.14159;
}
using namespace std;       // use sparingly
using std::cout;           // prefer selective

类

类定义

class Rectangle {
    double w_, h_;
public:
    Rectangle(double w, double h) : w_(w), h_(h) {}
    double area() const { return w_ * h_; }  };

继承

class Shape {
public:
    virtual double area() const = 0;   // pure virtual
    virtual ~Shape() = default;  };
// class Circle : public Shape { ... };

访问说明符

public	任意位置可访问
protected	类内及派生类可访问
private	仅类内可访问
friend	授权特定函数或类访问

特殊成员函数

构造函数	`MyClass(args)` — 初始化对象
析构函数	`~MyClass()` — 释放资源
拷贝构造	`MyClass(const MyClass&)`
移动构造	`MyClass(MyClass&&)` — 转移所有权
拷贝赋值	`operator=(const MyClass&)`
移动赋值	`operator=(MyClass&&)`

模板

函数模板

template 
T max_val(T a, T b) {
    return (a > b) ? a : b;
}
auto result = max_val(3, 7);  // deduced as int

类模板

template 
class Stack {
    std::vector data_;
public:
    void push(const T& v) { data_.push_back(v); }  };

Concepts（C++20）

template 
concept Numeric = std::integral || std::floating_point;
template 
T add(T a, T b) { return a + b; }

STL 容器

序列容器

vector<T>	动态数组，随机访问快
deque<T>	双端队列
list<T>	双向链表
array<T,N>	固定大小数组（编译期大小）
forward_list<T>	单向链表

关联容器

map<K,V>	有序键值对（红黑树）
set<T>	有序唯一元素
unordered_map<K,V>	哈希表，平均 O(1) 查找
unordered_set<T>	哈希集合，平均 O(1) 查找
multimap<K,V>	有序，允许重复键

vector 操作

std::vector v = {1, 2, 3};
v.push_back(4);
v.emplace_back(5);         // construct in place
v.size();  v.empty();
v[0];  v.at(0);            // at() has bounds check

迭代器与算法

迭代器用法

std::vector v = {3, 1, 4, 1, 5};
for (auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it) {
    std::cout << *it << " ";
}
for (const auto& val : v) { }  // range-based for

常用算法

sort(begin, end)	升序排序
find(begin, end, val)	查找第一个匹配值
count(begin, end, val)	统计出现次数
transform(b, e, out, fn)	对每个元素应用函数
accumulate(b, e, init)	归约（默认求和）
reverse(begin, end)	反转元素顺序
unique(begin, end)	移除连续重复元素

Ranges（C++20）

namespace rv = std::views;
auto evens = v | rv::filter([](int n){ return n % 2 == 0; })
               | rv::transform([](int n){ return n * n; });

智能指针

unique_ptr

auto p = std::make_unique(42);
std::cout << *p << std::endl;
// auto-deleted when out of scope
// cannot be copied, only moved

shared_ptr

auto sp = std::make_shared("hello");
auto sp2 = sp;               // reference count: 2
std::cout << sp.use_count(); // 2

对比

unique_ptr<T>	独占所有权，零开销
shared_ptr<T>	引用计数共享所有权
weak_ptr<T>	`shared_ptr` 的非拥有观察者
make_unique<T>()	创建 `unique_ptr` 的推荐方式
make_shared<T>()	创建 `shared_ptr` 的推荐方式

Lambda

Lambda 语法

auto add = [](int a, int b) { return a + b; };
int sum = add(3, 4);         // 7

捕获模式

[x]	按值捕获 `x`
[&x]	按引用捕获 `x`
[=]	按值捕获所有用到的变量
[&]	按引用捕获所有用到的变量
[=, &x]	其余按值，`x` 按引用
[this]	捕获外层对象指针

Lambda 与 STL 结合

std::vector v = {5, 2, 8, 1};
std::sort(v.begin(), v.end(),
    [](int a, int b) { return a > b; });  // descending
auto it = std::find_if(v.begin(), v.end(),
    [](int n) { return n > 3; });

字符串与 I/O

std::string

std::string s = "hello";
s += " world";              // concatenation
s.substr(0, 5);             // "hello"
s.find("world");            // 6 (position)
s.length();  s.empty();

字符串转换

std::to_string(42)	数字转字符串
std::stoi(s)	字符串转 `int`
std::stod(s)	字符串转 `double`
std::stol(s)	字符串转 `long`

I/O 流

std::cout << "output" << std::endl;
std::cin >> variable;
std::getline(std::cin, line);

文件 I/O

std::ofstream out("file.txt");
out << "hello" << std::endl;
std::ifstream in("file.txt");
std::string line;
while (std::getline(in, line)) { }

异常处理

异常

try {
    throw std::runtime_error("something failed");
} catch (const std::exception& e) {
    std::cerr << e.what() << std::endl;
} catch (...) { /* unknown error */ }

标准异常

std::exception	所有标准异常的基类
std::runtime_error	带消息的运行时错误
std::logic_error	逻辑错误（前置条件违反）
std::out_of_range	索引或迭代器越界
std::invalid_argument	非法函数参数
std::bad_alloc	内存分配失败

noexcept

void safe_func() noexcept {
    // guaranteed not to throw
}
bool can_throw = noexcept(safe_func());  // true

现代 C++（17/20）

结构化绑定（C++17）

std::map m = {{"a", 1}, {"b", 2}};
for (auto& [key, value] : m) {
    std::cout << key << ": " << value << "\n";
}

std::optional（C++17）

std::optional find(int id) {
    if (id > 0) return id * 10;
    return std::nullopt;
}
auto val = find(3);             // has_value() == true

std::variant 与 std::any（C++17）

std::variant v = "hello";
std::cout << std::get(v);
std::any a = 42;
int n = std::any_cast(a);

关键现代特性

auto	变量和返回值类型推导
constexpr	编译期求值
if constexpr	编译期条件（C++17）
std::span<T>	连续数据的非拥有视图（C++20）
std::format()	类型安全格式化（C++20）
co_await	协程支持（C++20）

C++ 快速参考