C++11语法教程：入门与基础详解-原创手记-慕课网

概述

本文提供了全面的C++11语法教程，涵盖了新特性和改进、基本语法、控制结构等多个方面，旨在帮助读者掌握C++11的新特性并提高编程效率。文章详细介绍了C++11中的新数据类型、范围for循环、智能指针、lambda表达式等重要特性，并提供了示例代码和环境配置指南。

C++11概述

C++11简介

C++11 是 C++ 语言的一个重要版本，于 2011 年正式发布。它引入了许多新的特性和改进，旨在简化代码编写、提高性能并增强语言的功能性。C++11 为现代 C++ 程序设计奠定了基础，并在后续版本中继续得到了扩展。

新特性和改进

C++11 引入了多项新特性，这些特性极大地增强了语言的功能和表达能力。以下是一些主要的新特性和改进：

新的数据类型和字面量：
- 添加了 long long 类型和 long double 类型。
- 引入了二进制、八进制和十六进制浮点数字面量。
范围 for 循环：
- 使用 for (auto &element : container) 方式遍历容器。
初始化器列表和统一初始化：
- 使用 {} 括号进行初始化。
- 支持成员变量的自动初始化。

智能指针和垃圾回收：

引入了 std::unique_ptr, std::shared_ptr, std::weak_ptr 等智能指针。

示例代码：

std::unique_ptr<int> unique_ptr(new int(10)); // 使用 unique_ptr
std::shared_ptr<int> shared_ptr(new int(10)); // 使用 shared_ptr
std::weak_ptr<int> weak_ptr(shared_ptr);       // 使用 weak_ptr

lambda 表达式：
- 允许在代码中定义匿名函数，简化了事件处理和回调函数的编写。
- 示例代码：
```
auto lambda = [](int a, int b) { return a + b; };
int result = lambda(3, 4); // result = 7
```
decltype 关键字：
- 提供了一种获取表达式类型的方法。
- 示例代码：
```
int a = 10;
decltype(a) b = 20; // b 是 int 类型
```
右值引用和移动语义：
- 引入 && 符号表示右值引用。
- 支持资源转移，减少不必要的拷贝操作。
- 示例代码：
```
std::string str("hello");
std::string move_str = std::move(str); // 移动 str 的资源
```
类型推导 auto 关键字：
- 编译器可以根据初始化表达式自动推断变量类型。
- 示例代码：
```
auto num = 10; // num 是 int 类型
auto pi = 3.14; // pi 是 double 类型
```
强类型枚举和联合：
- enum class 用于定义强类型枚举。
- union 支持结构化数据共享内存。
- 示例代码：
```
enum class Color { Red, Green, Blue };
union U {
 int i;
 float f;
};
```
模板的改进：
- 添加了 decltype 和 auto 支持模板推导。
- 引入 constexpr 关键字，支持编译时常量表达式。
多重继承和虚继承：
- 支持多重继承和虚继承，增强了类的灵活性。
函数特化和模板元编程：
- 支持函数模板特化。
- 引入了 constexpr 用于模板元编程。
协变返回类型：
- 允许返回子类对象。

安装和环境配置

要开始使用 C++11，需要确保您的开发环境支持 C++11 标准。以下是一些常用的工具和配置方法：

安装编译器：
- Visual Studio：确保使用 Visual Studio 2015 或更高版本。
- GCC：确保安装了 4.8.0 或更高版本。
- Clang：确保安装了 3.3 或更高版本。
配置编译器：
- 在 Visual Studio 中，项目属性中设置“C++ 语言标准”为“C++11 (/std:c++11)”。
- 在命令行编译器（如 GCC 或 Clang）中，使用 -std=c++11 或 -std=c++14 参数。

下面是一个简单的示例，展示如何在命令行中配置 GCC 编译器以支持 C++11：

g++ -std=c++11 main.cpp -o main

基本语法

变量和数据类型

C++ 中的变量是用来存储数据的容器。每个变量都有一个特定的数据类型，决定了可以存储的数据类型和大小。以下是一些常见的数据类型及其示例：

基本数据类型：
- 整型：int, short, long, long long
- 浮点型：float, double, long double
- 布尔型：bool
- 字符型：char
自定义类型：
- 结构体（struct）
- 联合体（union）
- 枚举（enum）

示例代码：

int a = 10;       // 整型变量
float b = 3.14;   // 浮点型变量
char c = 'A';     // 字符型变量
bool d = true;    // 布尔型变量

常量和字面量

常量是不可改变的变量，其值一旦初始化就不能再修改。字面量是直接写在代码中的数值。C++11 引入了一些新的字面量，使得代码更具可读性。

常量定义：
- 使用 const 关键字定义常量。
字面量类型：
- 整型字面量：10, 0x10（十六进制）
- 浮点型字面量：3.14f, 3.14L（长双精度）
- 字符型字面量：'A'
- 布尔型字面量：true, false

示例代码：

const int MAX_SIZE = 100;    // 常量整型
const double PI = 3.14159;   // 常量浮点型
const char LETTER = 'A';     // 常量字符型
const bool IS_TRUE = true;   // 常量布尔型

运算符和表达式

运算符是用于执行特定操作的符号。C++ 中的运算符可以分为以下几类：

算术运算符：+, -, *, /, %
逻辑运算符：&&, ||, !
关系运算符：==, !=, >, <, >=, <=
位运算符：&, |, ^, ~, <<, >>
赋值运算符：=, +=, -=, *=, /=, %=, &=, |=, ^=, <<=, >>=

示例代码：

int a = 10;
int b = 5;
int sum = a + b;       // 加法运算
int diff = a - b;      // 减法运算
int prod = a * b;      // 乘法运算
int quot = a / b;      // 除法运算
int mod = a % b;       // 求余运算
bool isGreater = a > b; // 关系运算

控制结构

条件语句（if, switch）

条件语句用于根据条件来执行不同的代码块。C++ 中主要有 if 和 switch 两种条件结构。

if 语句：
- 基本形式：if (condition) { ... }
- 带 else 的形式：if (condition) { ... } else { ... }
- 带 else if 的形式：if (condition1) { ... } else if (condition2) { ... } else { ... }
switch 语句：
- 基本形式：switch (expression) { case value1: ... break; case value2: ... break; default: ... }

示例代码：

int num = 10;
if (num > 5) {
    std::cout << "num is greater than 5";
} else {
    std::cout << "num is less than or equal to 5";
}

char letter = 'A';
switch (letter) {
case 'A':
    std::cout << "Letter is A";
    break;
case 'B':
    std::cout << "Letter is B";
    break;
default:
    std::cout << "Letter is not A or B";
}

循环语句（for, while, do-while）

循环语句用于重复执行一段代码，直到满足某个条件为止。C++ 中主要有三种循环结构：for、while 和 do-while。

for 循环：
- 基本形式：for (init; condition; increment) { ... }
while 循环：
- 基本形式：while (condition) { ... }
do-while 循环：
- 基本形式：do { ... } while (condition);

示例代码：

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    std::cout << i << " ";
}
std::cout << std::endl;

int j = 0;
while (j < 5) {
    std::cout << j << " ";
    j++;
}
std::cout << std::endl;

int k = 0;
do {
    std::cout << k << " ";
    k++;
} while (k < 5);
std::cout << std::endl;

跳转语句（break, continue, goto）

跳转语句用于控制循环和条件分支的流程。C++ 中主要有 break、continue 和 goto 三种跳转语句。

break：
- 用于提前结束循环或 switch 语句。
continue：
- 用于跳过当前循环中的剩余代码并进入下一次循环。
goto：
- 用于无条件跳转到程序中的标签处。

示例代码：

for (int i = 0; i < 10; i++) {
    if (i == 5) {
        break;
    }
    std::cout << i << " ";
}
std::cout << std::endl;

for (int j = 0; j < 10; j++) {
    if (j % 2 == 0) {
        continue;
    }
    std::cout << j << " ";
}
std::cout << std::endl;

int k = 0;
label:
std::cout << k << " ";
k++;
if (k < 5) {
    goto label;
}
std::cout << std::endl;

函数

函数定义和调用

函数是执行特定任务的代码块，函数定义包括函数名、参数列表和返回类型。函数调用则用于执行函数中的代码。

函数定义：
- 基本形式：return_type function_name(parameters) { ... }
函数调用：
- 基本形式：function_name(args)

示例代码：

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int result = add(3, 4); // result = 7
std::cout << "Result: " << result << std::endl;

参数传递

C++ 支持多种参数传递方式，包括值传递和引用传递。

值传递：

参数值被复制到函数内部。

示例代码：

void printValue(int value) {
 std::cout << "Value: " << value << std::endl;
}

int num = 10;
printValue(num); // 输出 "Value: 10"

引用传递：

参数值在函数内部直接引用。

示例代码：

void printReference(int &ref) {
 std::cout << "Reference: " << ref << std::endl;
}

int num = 10;
printReference(num); // 输出 "Reference: 10"

返回值类型

函数可以返回指定类型的值，返回类型决定了函数的输出。

示例代码：

int getNumber() {
    return 10;
}

int result = getNumber(); // result = 10
std::cout << "Result: " << result << std::endl;

递归函数

递归函数是一种函数，它在执行过程中调用自身。递归函数通常用于解决可以分解为相同类型子问题的问题。

示例代码：

int factorial(int n) {
    if (n == 0) {
        return 1;
    }
    return n * factorial(n - 1);
}

int result = factorial(5); // result = 120
std::cout << "Factorial: " << result << std::endl;

标准库简介

STL容器（vector, list, map）

C++ 标准模板库（STL）提供了多种容器，用于存储和管理数据。以下是一些常用的容器：

vector

动态数组。

示例代码：

std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
for (int i : vec) {
 std::cout << i << " ";
}
std::cout << std::endl;

list

双向链表。

示例代码：

std::list<int> list = {1, 2, 3, 4, 5};
for (int i : list) {
 std::cout << i << " ";
}
std::cout << std::endl;

map

关联容器，基于键值对。

示例代码：

std::map<int, std::string> map = {{1, "one"}, {2, "two"}, {3, "three"}};
for (const auto &pair : map) {
 std::cout << "Key: " << pair.first << ", Value: " << pair.second << std::endl;
}

常用算法（sort, find, copy）

STL 提供了许多算法，用于处理和操作容器中的数据。

sort

对容器中的元素进行排序。

示例代码：

std::vector<int> vec = {5, 3, 1, 2, 4};
std::sort(vec.begin(), vec.end());
for (int i : vec) {
 std::cout << i << " ";
}
std::cout << std::endl;

find

在容器中查找特定元素。

示例代码：

std::vector<int> vec = {5, 3, 1, 2, 4};
auto it = std::find(vec.begin(), vec.end(), 3);
if (it != vec.end()) {
 std::cout << "Found element: " << *it << std::endl;
}

copy

将容器中的元素复制到另一个容器。

示例代码：

std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
std::vector<int> copyVec;
copyVec.resize(vec.size());
std::copy(vec.begin(), vec.end(), copyVec.begin());
for (int i : copyVec) {
 std::cout << i << " ";
}
std::cout << std::endl;

字符串处理和输入输出流

C++ 标准库提供了强大的字符串处理和输入输出操作功能。

字符串处理

使用 std::string 类。

示例代码：

std::string str = "Hello, World!";
std::cout << str << std::endl;

输入输出流

使用 std::cin 和 std::cout 进行输入输出操作。

示例代码：

int num;
std::cout << "Enter a number: ";
std::cin >> num;
std::cout << "You entered: " << num << std::endl;