C++入门笔记：高级编程

文件和流

打开文件
```
void open (const char *filename, ios::openmode mode);
```
- ios::app 追加模式。所有写入都追加到文件末尾
- ios::ate 文件打开后定位到文件末尾
- ios::in 打开文件用于读取
- ios::out 打开文件用于写入
- ios::trunc 如果该文件已经存在，其内容将在打开文件之前被截断，即把文件长度设为 0。
关闭文件
```
void close();
```
写入文件
- 使用流插入运算符（ << ），向 ofstream / fstream 流中写入信息
读取文件
- 使用流提取运算符（ >> ），向 ifstream / fstream 流中写入信息

文件读写实例

#include <fstream>
#include <iostream>
using namespace std;
int main ()
{
   char data[100];
   ofstream outfile;
   outfile.open("afile.dat");
   cout << "Writing to the file" << endl;
   cout << "Enter your name: "; 
   cin.getline(data, 100);
   outfile << data << endl;
   cout << "Enter your age: "; 
   cin >> data;
   cin.ignore();
   outfile << data << endl;
   outfile.close();
   ifstream infile; 
   infile.open("afile.dat"); 
   cout << "Reading from the file" << endl; 
   infile >> data; 
   cout << data << endl;
   infile >> data; 
   cout << data << endl; 
   infile.close();
   return 0;
}

文件位置指针

stream 和 ostream 都提供了用于重新定位文件位置指针的成员函数。

istream 的 seekg ("seek & get")
ostream 的 seekp ("seek & put")

// 定位到 fileObject 的第 n 个字节（假设是 ios::beg）
fileObject.seekg( n );

// 把文件的读指针从 fileObject 当前位置向后移 n 个字节
fileObject.seekg( n, ios::cur );

// 把文件的读指针从 fileObject 末尾往回移 n 个字节
fileObject.seekg( n, ios::end );

// 定位到 fileObject 的末尾
fileObject.seekg( 0, ios::end );

异常处理

try / catch / throw
- try: try 块中的代码标识将被激活的特定异常。它后面通常跟着一个或多个 catch 块。
- catch: 在您想要处理问题的地方，通过异常处理程序捕获异常。catch 关键字用于捕获异常。
- throw: 当问题出现时，程序会抛出一个异常。这是通过使用 throw 关键字来完成的。

C++ 标准的异常

异常	描述
std::exception	该异常是所有标准 C++ 异常的父类。
std::bad_alloc	该异常可以通过 new 抛出。
std::bad_cast	该异常可以通过 dynamic_cast 抛出。
std::bad_exception	这在处理 C++ 程序中无法预期的异常时非常有用。
std::bad_typeid	该异常可以通过 typeid 抛出。
std::logic_error	理论上可以通过读取代码来检测到的异常。
std::domain_error	当使用了一个无效的数学域时，会抛出该异常。
std::invalid_argument	当使用了无效的参数时，会抛出该异常。
std::length_error	当创建了太长的 std::string 时，会抛出该异常。
std::out_of_range	该异常可以通过方法抛出，例如 std::vector 和 std::bitset<>::operator。
std::runtime_error	理论上不可以通过读取代码来检测到的异常。
std::overflow_error	当发生数学上溢时，会抛出该异常。
std::range_error	当尝试存储超出范围的值时，会抛出该异常。
std::underflow_error	当发生数学下溢时，会抛出该异常。

定义新的异常

通过继承或重载 exception 类来定义新的异常

#include <iostream>
#include <exception>
using namespace std;

struct MyException : public exception
{
    const char * what () const throw ()
    {
        return "C++ Exception";
    }
};
 
int main()
{
    try
    {
        throw MyException();
    }
    catch(MyException& e)
    {
        std::cout << "MyException caught" << std::endl;
        std::cout << e.what() << std::endl;
    }
    catch(std::exception& e)
    {
        //其他的错误
    }
}

动态内存

C++ 程序中的内存分为两个部分
- 栈：在函数内部声明的所有变量都将占用栈内存。
- 堆：这是程序中未使用的内存，在程序运行时可用于动态分配内存。
可以使用 new 运算符为给定类型的变量在运行时分配堆内的内存，这会返回所分配的空间地址。
不需要动态分配内存时，可以使用 delete 运算符，删除之前由 new 运算符分配的内存。

new 和 delete 运算符

使用 new 运算符来为任意的数据类型动态分配内存

// new data-type;
// 如果自由存储区已被用完，可能无法成功分配内存。所以建议检查 new 运算符是否返回 NULL 指针。
double* pvalue  = NULL;
if( !(pvalue  = new double ))
{
    cout << "Error: out of memory." <<endl;
    exit(1);

}

使用 delete 操作符释放它所占用的内存

#include <iostream>
using namespace std;

int main ()
{
   double* pvalue  = NULL; // 初始化为 null 的指针
   pvalue  = new double;   // 为变量请求内存
   *pvalue = 29494.99;     // 在分配的地址存储值
   cout << "Value of pvalue : " << *pvalue << endl;
   delete pvalue;         // 释放内存
   return 0;
}

数组的动态内存分配

int ROW = 2;
int COL = 3;
double **pvalue  = new double* [ROW]; // 为行分配内存

// 为列分配内存
for(int i = 0; i < COL; i++) {
    pvalue[i] = new double[COL];
}
for(int i = 0; i < COL; i++) {
    delete[] pvalue[i];
}
delete [] pvalue;

对象的动态内存分配

#include <iostream>
using namespace std;

class Box
{
    public:
         Box() { 
            cout << "调用构造函数！" <<endl; 
         }
         ~Box() { 
            cout << "调用析构函数！" <<endl; 
         }
};

int main( )
{
    Box* myBoxArray = new Box[4];
    delete [] myBoxArray; // Delete array
    return 0;
}

命名空间

命名空间可作为附加信息来区分不同库中相同名称的函数、类、变量等。使用了命名空间即定义了上下文。本质上，命名空间就是定义了一个范围。

定义命名空间

#include <iostream>
using namespace std;

// 第一个命名空间
namespace first_space{
    void func(){
        cout << "Inside first_space" << endl;
    }
}
// 第二个命名空间
namespace second_space{
    void func(){
        cout << "Inside second_space" << endl;
    }
}
int main ()
{
     
    // 调用第一个命名空间中的函数
    first_space::func();
       
    // 调用第二个命名空间中的函数
    second_space::func(); 
    
    return 0;

}
```

using 指令

#include <iostream>
using namespace std;

// 第一个命名空间
namespace first_space{
    void func(){
        cout << "Inside first_space" << endl;
    }
}
// 第二个命名空间
namespace second_space{
    void func(){
        cout << "Inside second_space" << endl;
    }
}
using namespace first_space;
int main ()
{
     
    // 调用第一个命名空间中的函数
    func();
       
    return 0;
}

#include <iostream>
using std::cout;

int main ()
{
    cout << "std::endl is used with std!" << std::endl;
   
    return 0;
}

不连续的命名空间
- 命名空间可以定义在几个不同的部分中，因此命名空间是由几个单独定义的部分组成的。一个命名空间的各个组成部分可以分散在多个文件中。

嵌套的命名空间

#include <iostream>
using namespace std;
    
// 第一个命名空间
namespace first_space{
    void func(){
        cout << "Inside first_space" << endl;
    }
    // 第二个命名空间
    namespace second_space{
         void func(){
            cout << "Inside second_space" << endl;
         }
    }
}
using namespace first_space::second_space;
int main ()
{
    // 调用第二个命名空间中的函数
    func();
    return 0;
}

模板

模板是泛型编程的基础，泛型编程即以一种独立于任何特定类型的方式编写代码。
模板是创建泛型类或函数的蓝图或公式。库容器，比如迭代器和算法，都是泛型编程的例子，它们都使用了模板的概念。每个容器都有一个单一的定义，比如向量，我们可以定义许多不同类型的向量，比如 vector <int> 或 vector <string>。

函数模板

template <class type> ret-type func-name(parameter list)
{
   // 函数的主体
}

在这里，type 是函数所使用的数据类型的占位符名称。这个名称可以在函数定义中使用。

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

template <typename T>
inline T const& Max (T const& a, T const& b) 
{ 
    return a < b ? b:a; 
} 
int main ()
{
 
    int i = 39;
    int j = 20;
    cout << "Max(i, j): " << Max(i, j) << endl; 
    
    double f1 = 13.5; 
    double f2 = 20.7; 
    cout << "Max(f1, f2): " << Max(f1, f2) << endl; 
    
    string s1 = "Hello"; 
    string s2 = "World"; 
    cout << "Max(s1, s2): " << Max(s1, s2) << endl; 
    
    return 0;
}

类模板

template <class type> class class-name {

}

在这里，type 是占位符类型名称，可以在类被实例化的时候进行指定。您可以使用一个逗号分隔的列表来定义多个泛型数据类型。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <cstdlib>
#include <string>
#include <stdexcept>

using namespace std;

template <class T>
class Stack { 
    private: 
        vector<T> elems;     // 元素 

    public: 
    void push(T const&);  // 入栈
    void pop();               // 出栈
    T top() const;            // 返回栈顶元素
    bool empty() const{       // 如果为空则返回真。
        return elems.empty(); 
    } 
}; 

template <class T>
void Stack<T>::push (T const& elem) 
{ 
    // 追加传入元素的副本
    elems.push_back(elem);    
} 

template <class T>
void Stack<T>::pop () 
{ 
    if (elems.empty()) { 
        throw out_of_range("Stack<>::pop(): empty stack"); 
    }
    // 删除最后一个元素
    elems.pop_back();         
} 

template <class T>
T Stack<T>::top () const 
{ 
    if (elems.empty()) { 
        throw out_of_range("Stack<>::top(): empty stack"); 
    }
    // 返回最后一个元素的副本 
    return elems.back();      
} 

int main() 
{ 
    try { 
        Stack<int> intStack;  // int 类型的栈 
        Stack<string> stringStack;    // string 类型的栈 

        // 操作 int 类型的栈 
        intStack.push(7); 
        cout << intStack.top() <<endl; 

        // 操作 string 类型的栈 
        stringStack.push("hello"); 
        cout << stringStack.top() << std::endl; 
        stringStack.pop(); 
        stringStack.pop(); 
    } 
    catch (exception const& ex) { 
        cerr << "Exception: " << ex.what() <<endl; 
        return -1;
    } 
}

预处理器

#define 预处理
- define 预处理指令用于创建符号常量。该符号常量通常称为宏。
```
#define macro-name replacement-text 
```
函数宏
- 使用 #define 来定义一个带有参数的宏：
```
#define MIN(a,b) (((a)<(b)) ? a : b)
```
条件编译
- 有几个指令可以用来有选择地对部分程序源代码进行编译。这个过程被称为条件编译。
- ifdef & endif
```
#ifndef NULL
   #define NULL 0
#endif
```
- DEBUG 模式
```
#ifdef DEBUG
    cerr <<"Variable x = " << x << endl;
#endif
```
- 可以使用 #if 0 语句注释掉程序的一部分。
```
#if 0
    不进行编译的代码
#endif
```

# 和 ## 运算符

运算符会把 replacement-text 令牌转换为用引号引起来的字符串。

#include <iostream>
using namespace std;
#define MKSTR( x ) #x

int main ()
{
    cout << MKSTR(HELLO C++) << endl;
    return 0;
}

运算符用于连接两个令牌。

#include <iostream>
using namespace std;
#define concat(a, b) a ## b
int main()
{
    int xy = 100;   
    cout << concat(x, y);
    return 0;
}

预定义宏

宏	描述
_LINE_	这会在程序编译时包含当前行号。
_FILE_	这会在程序编译时包含当前文件名。
_DATE_	这会包含一个形式为 month/day/year 的字符串，它表示把源文件转换为目标代码的日期。
_TIME_	这会包含一个形式为 hour:minute:second 的字符串，它表示程序被编译的时间。

信号处理

信号是由操作系统传给进程的中断，会提早终止一个程序。在 UNIX、LINUX、Mac OS X 或 Windows 系统上，可以通过按 Ctrl+C 产生中断。

可捕获的信号表（定义在 <csignal> 中）

信号	描述
SIGABRT	程序的异常终止，如调用 abort。
SIGFPE	错误的算术运算，比如除以零或导致溢出的操作。
SIGILL	检测非法指令。
SIGINT	接收到交互注意信号。
SIGSEGV	非法访问内存。
SIGTERM	发送到程序的终止请求。

signal() 函数

用来捕获突发事件

void (*signal (int sig, void (*func)(int))(int);

接收两个参数：第一个参数是一个整数，代表信号编号；第二个参数是一个指向信号处理函数的指针。

无论要在程序中捕获什么信号，都必须使用 singal 函数来注册信号，并将其与信号处理程序相关联。

#include <iostream>
#include <csignal>
using namespace std;
void signalHandler( int signum )
{
    cout << "Interrupt signal (" << signum << ") received.\n";
    // 清理并关闭
    // 终止程序  
    exit(signum);  
}

int main ()
{
    // 注册信号 SIGINT 和信号处理程序
    signal(SIGINT, signalHandler);  
    while(1){
        cout << "Going to sleep...." << endl;
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

raise() 函数

使用函数 raise() 生成信号。
```
int raise (signal sig);
```

sig 是要发送的信号编号，这些信号包括：SIGINT SIGABRT SIGFPE SIGILL SIGSEGV SIGTERM SIGHUP

#include <iostream>
#include <csignal>
using namespace std;
void signalHandler( int signum )
{
    cout << "Interrupt signal (" << signum << ") received.\n";
    // 清理并关闭
    // 终止程序 
    exit(signum);  
}
int main ()
{
    int i = 0;
    // 注册信号 SIGINT 和信号处理程序
    signal(SIGINT, signalHandler);  
    while(++i){
        cout << "Going to sleep...." << endl;
        if( i == 3 ){
            raise( SIGINT);
        }
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

C++ 快速入门笔记：进阶编程