Изучаем C++

Часть I. Основы 23

ЗАНЯТИЕ 1. Первые шаги 25
Краткий экскурс в историю языка C++ 26
Связь с языком С 26
Преимущества языка C++ 26
Развитие стандарта C++ 26
Кто использует программы, написанные на C++? 27
Создание приложения C++ 27
Этапы создания исполняемого файла 27
Анализ и устранение ошибок 28
Интегрированная среда разработки 28
Создание первого приложения C++ 29
Создание и запуск вашего первого приложения C++ 30
Понятие ошибок компиляции 31
Что новогов С++11 31
Резюме 32
Вопросы и ответы 32
Коллоквиум 33
Контрольные вопросы 33
Упражнения 33

ЗАНЯТИЕ 2. Структура программы на C++ 35
Части программы Hello World 36
Директива препроцессора tinclude 36
Тело программы — функция main() 37
Возвращение значения 38
Концепция пространств имен 38
Комментарии в коде C++ 40
Функции в C++ 40
Простые операторы ввода std:: cin и вывода std:: cout 43
Резюме 45
Вопросы и ответы 45
Коллоквиум 45
Контрольные вопросы 45
Упражнения 46

ЗАНЯТИЕ 3. Использование переменных, объявление констант 47
Что такое переменная 48
Коротко о памяти и адресации 48
Объявление переменных для получения доступа и использования памяти 48
Объявление и инициализация нескольких переменных одного типа 50
Понятие области видимости переменной 50
Глобальные переменные 52
Популярные типы переменных, поддерживаемые компилятором C++ 54
Использование типа bool для хранения логических значений 54
Использование типа char для хранения символьных значений 55
Концепция знаковых и беззнаковых целых чисел 55
Знаковые целочисленные типы short, int, long и long long 56
Беззнаковые целочисленные типы unsigned short, unsigned int, unsigned long и unsigned long long 56
Типы с плавающей точкой float и double 57
Определение размера переменной с использованием оператора sizeof 57
Использование ключевого слова typedef для замены типа переменной 61
Что такое константа 61
Литеральные константы 62
Объявление переменных как констант с использованием ключевого слова const 62
Перечисляемые константы 64
Определение констант с использованием директивы #def ine 66
Именование переменных и констант 66
Ключевые слова, недопустимые для использования в качестве имен переменных и констант 67
Резюме 68
Вопросы и ответы 68
Коллоквиум 70
Контрольные вопросы 70
Упражнения 70

ЗАНЯТИЕ 4. Массивы и строки 71
Что такое массив 72
Необходимость в массивах 72
Объявление и инициализация статических массивов 73
Как данные хранятся в массиве 74
Доступ к данным, хранимым в массиве 75
Изменение хранимых в массиве данных 76
Многомерные массивы 78
Объявление и инициализация многомерных массивов 79
Доступ к элементам в многомерном массиве 79
Динамические массивы 81
Строки в стиле С 82
Строки C++: использование типа std:: string 85
Резюме 86
Вопросы и ответы 87
Коллоквиум 87
Контрольные вопросы 88
Упражнения 88

ЗАНЯТИЕ 5. Команды, выражения и операторы 89
Выражения 90
Составные выражения, или блоки 91
Использование операторов 91
Оператор присвоения (=) 91
Понятие 1-и г-значений 91
Операторы суммы (+), вычитания (-), умножения (*), деления (/) и деления по модулю (%) 91
Операторы инкремента (++) и декремента (—) 93
Что значит постфиксный и префиксный 93
Операторы равенства (==) и неравенства (! =) 96
Операторы сравнения 96
Логические операции NOT, AND, OR и XOR 98
Использование логических операторов C++ NOT (!), AND (&&) и OR (II) 99
Побитовые операторы NOT (~), AND (&), OR (I) и XOR (А) 102
Побитовые операторы сдвига вправо (») и влево («) 104
Составные операторы присвоения 105
Использование оператора sizeof для определения объема памяти, занятого переменной 107
Приоритет операторов 108
Резюме 110
Вопросы и ответы 110
Коллоквиум 111
Контрольные вопросы 111
Упражнения 111

ЗАНЯТИЕ 6. Ветвление процесса выполнения программ 113
Условное выполнение с использованием конструкции if. . .else 114
Условное программирование с использованием конструкции if... else 115
Условное выполнение нескольких операторов 117
Вложенные операторы if 118
Условная обработка с использованием конструкции switch-case 122
Троичный условный оператор (? : ) 124
Выполнение кода в циклах 126
Рудиментарный цикл с использованием оператора goto 126
Цикл while 128
Цикл do...while 129
Цикл for 131
Изменение поведения цикла с использованием операторов continue и break 134
Циклы, которые не заканчиваются никогда, т.е. бесконечные циклы 135
Контроль бесконечных циклов 135
Программирование вложенных циклов 138
Использование вложенных циклов для перебора многомерного массива 139
Использование вложенных циклов для вычисления чисел Фибоначчи 141
Резюме 142
Вопросы и ответы 142
Коллоквиум 143
Контрольные вопросы 143
Упражнения 143

ЗАНЯТИЕ 7. Организация кода при помощи функций 145
Потребность в функциях 146
Что такое прототип функции 147
Что такое определение функции 148
Что такое вызов функции и аргументы 148
Создание функций с несколькими параметрами 148
Создание функций без параметров и возвращаемых значений 150
Параметры функций со значениями по умолчанию 151
Рекурсия — функция, вызывающая сама себя 152
Функции с несколькими операторами return 154
Использование функций для работы с данными различных форм 155
Перегрузка функции 155
Передача функции массива значений 157
Передача аргументов по ссылке 158
Как процессор обрабатывает вызовы функций 160
Встраиваемые функции 161
Лямбда-функции 163
Резюме 164
Вопросы и ответы 164
Коллоквиум 165
Контрольные вопросы 16S
Упражнения 165

ЗАНЯТИЕ 8. Указатели и ссылки 167
Что такое указатель 168
Объявление указателя 168
Определение адреса переменной с использованием оператора ссылки (&) 169
Использование указателей для хранения адресов 170
Доступ к данным с использованием оператора обращения к значению (*) 172
Каков результат выполнения оператора sizeof () для указателя? 174
Динамическое распределение памяти 175
Использование операторов new и delete для динамического резервирования и освобождения памяти 176
Воздействие операторов инкремента и декремента (++ и -) на указатели 179
Использование ключевого слова const с указателями 182
Передача указателей в функции 183
Сходство между массивами и указателями 184
Наиболее распространенные ошибки при использовании указателей 186
Утечки памяти 187
Когда указатели указывают на недопустимые области памяти 187
Потерянные указатели (они же беспризорные или дикие) 188
Полезные советы по применению указателей 189
Проверка успешности запроса с использованием оператора new 190
Что такое ссылка 193
Зачем нужны ссылки 194
Использование ключевого слова const со ссылками 195
Передача аргументов в функции по ссылке 195
Резюме 197
Вопросы и ответы 197
Коллоквиум 198
Контрольные вопросы 198
Упражнения 199

Часть II. Фундаментальные принципы объектно-ориентированного программирования на C++ 201

ЗАНЯТИЕ 9. Классы и объекты 203
Концепция классов и объектов 204
Объявление класса 204
Создание экземпляра объекта класса 205
Доступ к членам класса с использованием точечного оператора (.) 205
Доступ к членам класса с использованием оператора указателя (->) 206
Ключевые слова public и private 208
Абстракция данных при помощи ключевого слова private 209
Конструкторы 211
Объявление и реализация конструктора 211
Когда и как использовать конструкторы 212
Перегрузка конструкторов 214
Класс без стандартного конструктора 216
Параметры конструктора со значениями по умолчанию 217
Конструкторы со списками инициализации 219
Деструктор 220
Объявление и реализация деструктора 220
Когда и как использовать деструкторы 221
Конструктор копий 223
Поверхностное копирование и связанные с ним проблемы 223
Обеспечение глубокого копирования с использованием конструктора копий 226
Конструктор перемещения улучшает производительность 230
Различные способы использования конструкторов и деструкторов 232
Класс, который не разрешает себя копировать 232
Синглетонный класс, разрешающий создание только одного экземпляра 233
Класс, запрещающий создание экземпляра в стеке 235
Указатель this 237
Размер класса 238
Чем структура отличается от класса 240
Объявление друзей класса 241
Резюме 243
Вопросы и ответы 243
Коллоквиум 244
Контрольные вопросы 244
Упражнения 245

ЗАНЯТИЕ 10. Реализация наследования 247
Основы наследования 248
Наследование и происхождение 248
Синтаксис наследования C++ 250
Модификатор доступа protected 252
Инициализация базового класса — передача параметров для базового класса 254
Производный класс, переопределяющий методы базового класса 256
Вызов переопределенных методов базового класса . 258
Вызов методов базового класса в производном классе 259
Производный класс, скрывающий методы базового класса 261
Порядок создания 263
Порядок удаления 263
Закрытое наследование 265
Защищенное наследование 267
Проблема отсечения 270
Множественное наследование 271
Резюме 273
Вопросы и ответы 274
Коллоквиум 274
Контрольные вопросы 274
Упражнения 275

ЗАНЯТИЕ 11. Полиморфизм 277
Основы полиморфизма 278
Потребность в полиморфном поведении 278
Полиморфное поведение, реализованное при помощи виртуальных функций 279
Потребность в виртуальных деструкторах 281
Как работают виртуальные функции. Понятие таблицы виртуальной функции 285
Абстрактные классы и чистые виртуальные функции 288
Использование виртуального наследования для решения проблемы ромба 291
Виртуальные конструкторы копий? 295
Резюме 298
Вопросы и ответы 298
Коллоквиум 299
Контрольные вопросы 299
Упражнения 300
занятие 12. Типы операторов и их перегрузка 301
Что такое операторы C++ 302
Унарные операторы 303
Типы унарных операторов 303
Создание унарного оператора инкремента или декремента 303
Создание операторов преобразования 306
Создание оператора обращения к значению (*) и оператора обращения к члену класса (->) 308
Бинарные операторы 312
Типы бинарных операторов 312
Создание бинарных операторов сложения (а + Ь) и вычитания (а - Ь) 313
Реализация операторов сложения с присвоением (+=) и вычитания с присвоением (-=) 315
Перегрузка операторов равенства (==) и неравенства (! =) 317
Перегрузка операторов <, >, <= и >= 320
Перегрузка оператора присвоения копии (=) 322
Оператор индексирования ([ ]) 325
Оператор функции () 328
Операторы, которые не могут быть перегружены 335
Резюме 336
Вопросы и ответы 336
Коллоквиум 337
Контрольные вопросы 337
Упражнения 337

ЗАНЯТИЕ 13. Операторы приведения 339
Потребность в приведении типов 340
Почему приведения в стиле С не нравятся некоторым программистам C++ 340
Операторы приведения C++ 341
Использование оператора static_cast 341
Использование оператора dynamic_cast и идентификация типа времени выполнения 342
Использование оператора reinterpret_cast 345
Использование оператора const_cast 346
Проблемы с операторами приведения C++ 347
Резюме 349
Вопросы и ответы 349
Коллоквиум 349
Контрольные вопросы 349
Упражнения 350

ЗАНЯТИЕ 14. Макросы и шаблоны 351
Препроцессор и компилятор 352
Использование директивы #def ine для определения константы 352
Использование макроса для защиты от множественного включения 354
Использование директивы #def ine для написания макрофункции 355
Зачем все эти скобки? 357
Использование макроса assert для проверки выражений 358
Преимущества и недостатки использования макрофункций 359
Введение в шаблоны 360
Синтаксис объявления шаблона 361
Различные типы объявлений шаблона 361
Шаблон функции 362
Шаблоны и безопасность типов 364
Шаблон класса 364
Создание и специализация экземпляра шаблона 365
Объявление шаблонов с несколькими параметрами 366
Объявление шаблонов с заданными по умолчанию параметрами 366
Простой шаблон класса HoldsPair 367
Шаблоны классов и статические члены 368
Использование шаблонов в практическом программировании на C++ 371
Резюме 371
Вопросы и ответы 372
Коллоквиум 372
Контрольные вопросы 372
Упражнения 373

Часть III. Знакомство со стандартной библиотекой шаблонов (STL) 375

ЗАНЯТИЕ 15. Введение в стандартную библиотеку шаблонов 377
Контейнеры STL 378
Последовательные контейнеры 378
Ассоциативные контейнеры 379
Выбор правильного контейнера 380
Итераторы STL 382
Алгоритмы STL 383
Взаимодействие контейнеров и алгоритмов с использованием итераторов 384
Классы строк библиотеки STL 386
Резюме 386
Вопросы и ответы 387
Коллоквиум 387
Контрольные вопросы 387

ЗАНЯТИЕ 16. Классы строк библиотеки STL 389
Потребность в классах обработки строк 390
Работа с классами строк библиотеки STL 391
Создание экземпляров и копий строк STL 391
Доступ к символу в строке класса std:: string 393
Конкатенация строк 395
Поиск символа или подстроки в строке 396
Усечение строк STL 398
Обращение строки 400
Смена регистра символов 401
Реализация строки на базе шаблона STL 402
Резюме 403
Вопросы и ответы 403
Коллоквиум 403
Контрольные вопросы 403
Упражнения . 404

ЗАНЯТИЕ 17. Классы динамических массивов библиотеки STL 405
Характеристики класса std:: vector 406
Типичные операции с вектором 406
Создание экземпляра вектора 406
Вставка элементов в конец с использованием метода pushjoack () 408
Вставка элементов в определенную позицию с использованием метода insert () 409
Доступ к элементам вектора с использованием семантики массива 412
Доступ к элементам вектора с использованием семантики указателя 413
Удаление элементов из вектора 414
Концепция размера и емкости 416
Класс deque библиотеки STL 418
Резюме 420
Вопросы и ответы 421
Коллоквиум 421
Контрольные вопросы 421
Упражнения 422

ЗАНЯТИЕ 18. Классы двухсвязного и односвязного списков библиотеки STL 423
Характеристики класса std::list 424
Основные операции со списком 424
Создание экземпляра класса std:: 1 ist 424
Вставка элементов в начало и в конец списка 426
Вставка в середину списка 428
Удаление элементов из списка 430
Обращение списка и сортировка его элементов 431
Обращение элементов списка с использованием метода list:: reverse () 432
Сортировка элементов 433
Сортировка и удаление элементов из списка, который содержит объекты класса 435
Резюме 440
Вопросы и ответы 441
Коллоквиум 441
Контрольные вопросы 441
Упражнения 442

ЗАНЯТИЕ 19. Классы наборов библиотеки STL 443
, Введение в классы наборов библиотеки STL 444
Простые операции с классами set и multiset библиотеки STL 444
Создание экземпляра объекта std:: set 444
Вставка элементов в набор и мультимножество 447
Поиск элементов в наборе и мультимножестве 449
Удаление элементов в наборе и мультимножестве 450
Преимущества и недостатки использования наборов и мультимножеств 455
Резюме 458
Вопросы и ответы 459
Коллоквиум 459
Контрольные вопросы 459
Упражнения 460

ЗАНЯТИЕ 20. Классы карт библиотеки STL 461
Введение в классы карт библиотеки STL 462
Простые операции с классами std: :шар и std: :multimap библиотеки STL 463
Создание экземпляров классов std: :шар и std::multimap 463
Вставка элементов в карту или мультикарту библиотеки STL 465
Поиск элементов в карте STL 467
Поиск элементов в мультикарте STL 470
Стирание элементов из карты или мультикарты STL 470
Предоставление специального предиката сортировки 472
Как работают хеш-таблицы 476
Использование хеш-таблиц С++11: unordered_map и unordered_multimap 477
Резюме 480
Вопросы и ответы 481
Коллоквиум 481
Контрольные вопросы 482
Упражнения 482

Часть IV. Подробней о библиотеке STL 483

ЗАНЯТИЕ 21. Понятие объектов функций 485
Концепция объектов функций и предикатов 486
Типичные приложения объектов функций 486
Унарные функции 486
Унарный предикат 490
Бинарные функции 492
Бинарный предикат 495
Резюме 497
Вопросы и ответы 497
Коллоквиум 497
Контрольные вопросы 498
Упражнения 498

ЗАНЯТИЕ 22. Лямбда-выражения языка С++11 499
Что такое лямбда-выражение 500
Как определить лямбда-выражение 500
Лямбда-выражение для унарной функции 501
Лямбда-выражение для унарного предиката 502
Лямбда-выражение с состоянием и списки захвата [... ] 504
Обобщенный синтаксис лямбда-выражений 505
Лямбда-выражение для бинарной функции 507
Лямбда-выражение для бинарного предиката 508
Резюме 511
Вопросы и ответы 511
Коллоквиум 512
Контрольные вопросы 512
Упражнения 512

ЗАНЯТИЕ 23. Алгоритмы библиотеки STL 513
Что такое алгоритмы STL 514
Классификация алгоритмов STL 514
Не изменяющие алгоритмы 514
Изменяющие алгоритмы 515
Использование алгоритмов STL 517
Поиск элементов по заданному значению или условию 517
Подсчет элементов по заданному значению или условию 519
Поиск элемента или диапазона в коллекции 521
Инициализация элементов в контейнере заданным значением 523
Использование алгоритма std:: generate () для инициализации элементов значениями, созданными во время выполнения 525
Обработка элементов диапазона с использованием алгоритма ?or_each () 526
Выполнение преобразований в диапазоне с использованием алгоритма std::transform() 528
Операции копирования и удаления 531
Замена значений и элементов по заданному условию 534
Сортировка, поиск в отсортированной коллекции и удаление дубликатов 535
Разделение диапазона 538
Вставка элементов в отсортированную коллекцию 540
Резюме 542
Вопросы и ответы 542
Коллоквиум 543
Контрольные вопросы 543
Упражнения 544

ЗАНЯТИЕ 24. Адаптивные контейнеры: стек и очередь 545
Поведенческие характеристики стеков и очередей 546
Стеки 546
Очереди 546
Использование класса stack библиотеки STL 547
Создание экземпляра стека 547
Функции-члены класса stack 548
Вставка и извлечение из вершины с использованием методов push () и pop () 549
Использование класса queue библиотеки STL 550
Создание экземпляра очереди 550
Функции-члены класса queue 552
Вставка в конец и извлечение из начала очереди с использованием методов push () и pop () 552
Использование класса priority_queue библиотеки STL 554
Создание экземпляра приоритетной очереди 554
Функции-члены класса priority_queue 555
Вставка в конец и извлечение из начала приоритетной очереди с использованием методов push () и pop () 556
Резюме 558
Вопросы и ответы 558
Коллоквиум 558
Контрольные вопросы 559
Упражнения 559

ЗАНЯТИЕ 25. Работа с битовыми флагами при использовании библиотеки STL 561
Класс bitset 562
Создание экземпляра класса std: :bitset 562
Использование класса std:: bitset и его членов 563
Вспомогательные операторы, предоставляемые классом std::bitset 563
Методы класса std::bitset 564
Класс vector<bool> 566
Создание экземпляра класса vector<bool> 567
Функции и операторы класса vectorcbool > 567
Резюме 569
Вопросы и ответы 569
Коллоквиум 569
Контрольные вопросы 569
Упражнения 570

Часть V. Передовые концепции языка C++ 571

ЗАНЯТИЕ 26. Понятие интеллектуальных указателей 573
Что такое интеллектуальный указатель 574
Проблема с использованием обычных (простых) указателей 574
Чем помогут интеллектуальные указатели 574
Как реализованы интеллектуальные указатели 575
Типы интеллектуальных указателей 576
Глубокое копирование 577
Механизм копирования при записи 578
Интеллектуальные указатели подсчета ссылок 579
Интеллектуальный указатель списка ссылок 580
Деструктивное копирование 580
Популярные библиотеки интеллектуальных указателей 584
Резюме 584
Вопросы и ответы 584
Коллоквиум 585
Контрольные вопросы 585
Упражнения 585

ЗАНЯТИЕ 27. Применение потоков для ввода и вывода 587
Концепция потоков 588
Важнейшие классы и объекты потоков C++ 588
Использование объекта std:: cout для вывода отформатированных данных на консоль 590
Изменение формата представления чисел 590
Выравнивание текста и установка ширины поля с использованием объекта std:: cout 592
Использование объекта std:: ein для ввода 593
Использование объекта std: : ein для ввода старых простых типов данных 593
Использование метода std:: ein:: get {) для ввода в символьный буфер стиля С 594
Использование объекта std: : ein для ввода в переменную типа std: : string 595
Использование объекта std: : f stream для работы с файлом 597
Открытие и закрытие файла с использованием методов open () и close () 597
Создание и запись текстового файла с использованием метода open () и оператора « 598
Чтение текстового файла с использованием метода open () и оператора » 599
Запись и чтение из двоичного файла 600
Использование объекта std:: stringstream для преобразования строк 602
Резюме 604
Вопросы и ответы 604
Коллоквиум 604
Контрольные вопросы 605
Упражнения 605

ЗАНЯТИЕ 28. Обработка исключений 607
Что такое исключение 608
Что вызывает исключения 608
Реализация устойчивости к исключениям при помощи блоков try и catch 608
Использование блока catch (...) для обработки всех исключений 609
Обработка исключения конкретного типа 610
Передача исключения конкретного типа с использованием оператора throw 612
Как действует обработка исключений 613
Класс std::exception 615
Ваш собственный класс исключения, производный от класса std: : exception 616
Резюме 618
Вопросы и ответы 618
Коллоквиум 619
Контрольные вопросы 619
Упражнения 619

ЗАНЯТИЕ 29. Что дальше 621
Чем отличаются современные процессоры 622
Как лучше использовать несколько ядер 623
Что такое поток 623
Зачем создавать многопоточные приложения 624
Как потоки осуществляют транзакцию данных 625
Использование мьютексов и семафоров для синхронизации потоков 626
Проблемы, вызванные многопоточностью 626
Как писать отличный код С++ 627
Изучение С++ на этом не заканчивается 628
Сетевая документация 628
Сетевые сообщества и помощь 629
Резюме 629
Вопросы и ответы 629
Коллоквиум 630
Контрольные вопросы 630

Часть VI. Приложения 631

Приложение А. Двоичные и шестнадцатеричные числа 633
Десятичная система счисления 634
Двоичная система счисления 634
Почему компьютеры используют двоичные числа 635
Что такое биты и байты 635
Сколько байт в килобайте 635
Шестнадцатеричная система счисления 635
Зачем нужна шестнадцатеричная система 636
Преобразование в различные системы счисления 636
Обобщенный процесс преобразования 636
Преобразование десятичного числа в двоичное 637
Преобразование десятичного числа в шестнадцатеричное 637
Приложение Б. Ключевые слова языка С++ 639
Приложение В. Приоритет операторов 641
Приложение Г. Ответы 643
Приложение Д. Коды АБСИ 681
Таблица АЗСII отображаемых символов 682
Предметный указатель 685