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USTC

Review for Final Exam

Chapters 1–20(“Programming and C++ in 75 minutes”)

王子磊 (Zilei Wang)

Email: [email protected]

http://vim.ustc.edu.cn

USTC AUTO

目标

教授/学习基本的编程概念

关键的有用技术

基本的标准 C++ 设施

本课程学习后，你能够编写小的通用 C++ 程序

阅读更大的程序

自学其他语言的基本知识

能够深入学习“高级C++程序设计”课程

本课程学习后，你仍不能成为专家级程序员

C++ 语言专家

高级库的使用专家Stroustrup/PPP - April 2010

http://staff.ustc.edu.cn/~zlwang/

USTC AUTO

Chapter 1-2 Programming

为什么学习 C++？

为什么需要软件？

C++ 能用在哪里？

Hello World 程序

计算和链接

什么是程序设计？

集成开发环境 IDE

#include "std_lib_facilities.h " //header

int main() // where a C++ programs start

{

cout << "Hello, world\n";// output

keep_window_open(); // wait

return 0; // return success

}


USTC AUTO

Chapter 3 Types

内建类型：int, double,

bool, char

库类型：string, complex

输入输出

操作符及其重载

C++中的变量名

简单计算

字面常量

声明和初始化

类型安全

程序设计哲学

// inch to cm and cm to inch conversion:

int main()

{

const double cm_per_inch = 2.54;

int val;

char unit;

while (cin >> val >> unit) {// keep reading

if (unit == 'i') // 'i' for inch

cout << val << "in == “

<< val*cm_per_inch << "cm\n";

else if (unit == 'c') // 'c' for cm

cout << val << "cm == " << val/cm_per_inch << "in\n";

else

return 0; // terminate on a “bad // unit”, e.g. 'q'

}

}


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Chapter 4 Computation

表达计算正确性、简单性、高效性

分治

使用抽象

组织数据，vector

语言特性表达式

• 布尔运算符 (e.g. ||)

• 缩略运算符 (e.g. +=)

语句

控制流

函数

算法

// Eliminate the duplicate words; copying unique words

vector<string> words;

string s;

while (cin>>s && s!= "quit") words.push_back(s);

sort(words.begin(), words.end());

vector<string>w2;

if (0<words.size()) {w2.push_back(words[0]);

for (int i=1; i<words.size(); ++i)

if(words[i-1]!=words[i])

w2.push_back(words[i]);

}

cout<< "found " << words.size()-w2.size()

<< " duplicates\n";

for (int i=0; i<w2.size(); ++i)

cout << w2[i] << "\n";


USTC AUTO

Chapter 5 Errors

编程中错误（bugs）是不可避免的错误来源？

错误类型？

最小化错误组织代码和数据

调试

测试

进行错误检查并产生合理的消息输入数据有效性

函数参数

前置/后置条件

异常 – error()

int main()

{

try

{

// …

}

catch (out_of_range&) {

cerr << "oops – some vector " " index out of range\n";

}

catch (…) {

cerr << "oops – some exception\n";

}

return 0;

}


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Chapter 6 Writing a Program

一个简单的桌面计算器程序

重复分析、设计和实现的过程

策略：开始一个小的，然后逐渐完善代码

使用伪代码

借助先前工作

表达式语法

分析函数

Token 类型

程序组织谁调用谁？

反馈的重要性

double primary() // Num or ‘(‘ Expr ‘)’

{

Token t = get_token();

switch (t.kind) {

case '(': // handle ‘(’expression ‘)’

{ double d = expression();

t = get_token();

if (t.kind != ')') error("')' expected");

return d;

}

case '8': // ‘8’ represents number “kind”

return t.value; // return value

default:

error("primary expected");

}

}


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Chapter 7 Completing a Program

Token 类型定义数据成员

构造函数

Token_stream 类型定义函数成员

流概念

“增长”功能 eg. 提示符和错误恢复

消除“魔数”常量

class Token_stream {

bool full; // is there a Token in the buffer?

Token buffer; // here is where we keep a Token

public:

Token get(); // get a Token

void putback(Token); // put back a Token

// the buffer starts empty:

Token_stream() :full(false), buffer(0) { }

};

void Token_stream::putback(Token t)

{

if (full) error("putback() into a full buffer");

buffer=t;

full=true;

}


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Chapter 8 Functions

声明和定义

头文件和预处理

作用域全局、类、局部、语句

函数

调用传值

传引用

传 const引用

名字空间限制符:: 和 using

namespace Jack {// in Jack’s header file

class Glob{ /*…*/ };

class Widget{ /*…*/ };

}

#include "jack.h"; // this is in your code

#include "jill.h"; // so is this

void my_func(Jack::Widget p)

{ // OK, Jack’s Widget class will not

// clash with a different Widget

// …

}


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Chapter 9 Classes

用户自定义类型 Class和 struct

private和 public 成员

• 接口

const成员

构造/析构

操作符重载

辅助函数

枚举 enum

Date 类型

// simple Date (use Month type)

class Date {

public:

enum Month {

jan=1, feb, mar, apr, may, jun, jul,

aug, sep, oct, nov, dec

};

Date(int y, Month m, int d); // check for valid // date and initialize

// …

private:

int y; // year

Month m;

int d; // day

};

Date my_birthday(1950, 30, Date::dec); // error: // 2nd argument not a Month


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Chapter 10 Streams

设备、设备驱动、库、我们的代码

流模型类型安全、缓冲

操作符 <<和 >>

文件类型输入输出的打开

错误处理• 检查流状态

逻辑分离的代码作为独立的函数

参数化函数

为 Date 类型定义 >>

struct Reading { // a temperature reading

int hour; // hour after midnight [0:23]

double temperature;

Reading(int h, double t) :hour(h), temperature(t) { }

};

string name;

cin >> name;

ifstream ist(name.c_str());

vector<Reading> temps; // vector of readings

int hour;

double temperature;

while (ist >> hour >> temperature) { // read

if (hour < 0 || 23 <hour)

error("hour out of range");

temps.push_back( Reading(hour,temperature) ); // store

}


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Chapter 11 Customizing I/O

格式化输出— int和double 的操纵符

文件打开模式

文本 vs 二进制文件

文件流中的定位

stringstreams

行和 char的输入输出

字符分类函数

double str_to_double(string s)

// if possible, convert characters

// in s to floating-point value

{

istringstream is(s); // make a stream double d;

is >> d;

if (!is) error("double format error");

return d;

}

double d1 = str_to_double("12.4"); // testing

double d2 = str_to_double("1.34e-3");

// will call error():

double d3 = str_to_double("twelve point four");


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Chapter 12 Graphics

为什么需要Graphics/GUI?

WYSIWYG

显示模型创建一个窗口

创建形状

Attach 对象

绘制功能

2D Graphics/GUI 库

FLTK

分层架构

接口类

int main()

{

using namespace Graph_lib; // use graph library

Point tl(100,200); // a point (obviously)

Simple_window win(tl,600,400,"Canvas"); Polygon poly; // make a polygon shape

poly.add(Point(300,200)); // add three points

poly.add(Point(350,100));

poly.add(Point(400,200));

poly.set_color(Color::red); // make it red

win.attach(poly); // connect poly to the window

win.wait_for_button(); // give up control

}

Window

Simple_window

Shape

Lines Polygon Rectangle Text

Point

Color Line_style

Line …


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Chapter 13 Graphics Classes

代码组织

Point, Line,Color,

Line_style, Polylines,

Text, etc. 等类的实现

面向对象程序设计

Simple_window win20(pt,600,400,"16*16 color matrix");

Vector_ref<Rectangle> vr; // use like vector

// but imagine that it holds references to objects

for (int i = 0; i<16; ++i) { // i is the horizontal

// coordinate

for (int j = 0; j<16; ++j) { // j is the vertical

// coordinate

vr.push_back(

new Rectangle( Point(i*20,j*20),20,20)

);

vr[vr.size()-1].set_fill_color(i*16+j);

win20.attach(vr[vr.size()-1]);

}

// Graphing interface:

struct Point { … };

…

// window interface:

class Window {…};

…

FLTK headers

Graph codeWindow code

FLTK code

chapter12.cp

p:

Window.

h:

Window.c

pp:

#include "Graph.h"

#include "Window.h"

int main() { … }

Graph.cpp:

Graph.

h:

struct Point { … };

// GUI interface:

struct In_box { … };

…

GUI code

GUI.cp

p:


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Chapter 14: Design Principles for Programming a

Class Library

实现应用领域使用的类型

派生类继承一些关键的抽象

提供最小个数的操作和访问函数

使用一致规范化的风格、合理地命名

只暴露接口封装

虚函数动态分配—多态

void Shape::draw() const

// The real heart of class Shape

// called by Window (only)

{

Fl_Color oldc = fl_color(); // save old color

// there is no good portable way of

// retrieving the current style (sigh!)

fl_color(line_color.as_int()); // set color and // style

fl_line_style(ls.style(),ls.width());

// call the appropriate draw_lines():

draw_lines(); // a “virtual call”

// here is what is specific for a // “derived class” is done

fl_color(oldc); // reset color to previous

fl_line_style(0); // (re)set style to default

}


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Chapter 15 Graphing

图形化函数

标签、颜色的使用

缩放

typedef

标准数学函数

函数近似

近似误差

图形化数据

Function::Function( Fct f,double r1, double r2, //rangePoint xy, // screen location of (0, 0)int count, // number of pointsdouble xscale, // location (x,f(x)) is double yscale // (xscale*x,yscale*f(x)) )

{if (r2-r1<=0)

error("bad graphing range");if (count <=0)

error("non-positive graphing count");double dist = (r2-r1)/count;double r = r1;for (int i = 0; i<count; ++i) {

add(Point(xy.x+int(r*xscale), xy.y-int(f(r)*yscale)));

r += dist;}

}


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Chapter 16 GUI

图形化 I/O

分层架构

反转控制回调

等待循环

面向事件的动作

Buttons

Input/output 框

Button start_button(Point(20,20), 100, 20, "START", cb_start);

…

static void cb_start(Address, Address addr) { reference_to<Window>(addr).start();

}

void start(void) { start_pushed = true; }

….

void wait_for_start(void){

while (!start_pushed) Fl::wait();

start_pushed = false;

Fl::redraw();

}

….

Window win (Point(10,10), “My Window");

….

win.wait_for_start();


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Chapter 17 Free Store

建立 vector 类型

指针类型

new操作符在自由存储（堆存储）上分配一个对象

为什么要使用自由存储？

运行时内存组织

数组索引

内存泄漏

void*

指针 vs 引用

class vector {

int sz; // the size

double* elem; // a pointer to the elements

public:

// constructor (allocate elements):

vector(int s) :sz(s), elem(new double[s]) { }

// destructor (deallocate elements):

~vector() { delete[ ] elem; }

// read access:

double get(int n) { return elem[n]; }

// write access:

void set(int n, double v) { elem[n]=v; }

// the current size:

int size() const { return sz; }

};

vector v(10);

for (int i=0; i<v.size(); ++i) {

v.set(i,i); cout << v.get(i) << ' ';

}


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Chapter 18 Arrays

向量拷贝构造函数

向量拷贝赋值函数

浅拷贝和深拷贝

数组——尽量避免使用

重载 [ ]

i.e. 为 vector 定义 []

class vector {

int sz; // the size

double* elem; // pointer to elements

public:

// constructor:

vector(int s) :sz(s), elem(new double[s]) { }

// …

// read and write access: return a reference:

double& operator[ ](int n) { return elem[n]; }

};

vector v(10);

for (int i=0; i<v.size(); ++i) { // works and // looks right!

v[i] = i; // v[i] returns a // reference to the ith element

cout << v[i];

}


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Chapter 19 Vector

改变 vector大小

改变表示方式来保护space 空间

添加

reserve(int n),

resize(int n),

push_back(double d)

this指针

优化拷贝赋值函数

模板

范围检查

异常处理

// an almost real vector of Ts:

template<class T> class vector { // “for all types T” int sz; // the size

T* elem; // a pointer to the elements

int space; // size+free_space

public:

// default constructor:

vector() : sz(0), elem(0), space(0);

// constructor:

explicit vector(int s)

:sz(s), elem(new T[s]), space(s) {

// copy constructor:

vector(const vector&);

// copy assignment:

vector& operator=(const vector&);

~vector() { delete[ ] elem; } // destructor

// access: return reference

T& operator[ ] (int n) { return elem[n]; }

int size() const { return sz; } // the current size

// …

};


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Chapter 20 The STL

泛型编程 “提炼一个算法”

标准模板库 STL

60 个算法

sort, find, search, copy, …

vector, list, map, hash_map,…

10 个容器

迭代器定义了一个序列

函数对象

// Concrete STL-style code for a more

// general version of summing values

template<class Iter, class T> // Iter should be an // Input_iterator

// T should be // something we can // + and =

T sum(Iter first, Iter last, T s) // T is the // “accumulator type”

{

while (first!=last) {

s = s + *first;

++first;

}

return s;

}

iterators


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