做公众号以来，很多人都私信问我如何入门C++，其实之前也有很多人问过这个问题，觉得还是有必要写一篇完整的文章，给大家参考。
既然要写一篇文章，程序喵本着对读者负责任的态度，在写这篇文章前我咨询了好多人，既有身经百战的大佬，也有初入职场的精英码农，我也查阅了好多入门C++相关的资料（发现内容都差不多），结合自身经历，整理出一篇文章分享给大家。
不同人入门C++的方式应该都有所不同，就我自己而言，大一先学习了C语言，稀里糊涂一个学期过去了，用C语言做个控制台界面的学生管理系统，然后大一下学期学习C++时，恰好上了一门编译原理的课，当时实现了个小编译器，做过校园导航系统，小型数据库系统，有点小成就感，原以为算是“C++入门”了吧。现在想想其实很多东西学生时期还是知其然而不知其所以然。之后在工作中使用C++做项目，才是真正意义的“入门”了，所以对我而言，可能更多的是依靠“实战”去入门的C++。
本篇文章我不会全篇介绍入门C++需要看什么书，看什么视频，因为这种文章太多了，相信读者看的已经眼花缭乱了，正文主要介绍C++的一些基础的知识点，基本上对每个知识点我会贴一段示例代码，读者如果要具体了解某个知识点，可以去文末的书籍或视频中针对性学习，我会在文末列出比较容易入门的几本书和视频。老规矩，废话停止，直接开始：
C++是什么？
通俗的讲，可以简单理解为C语言的延伸语言，这里会主要介绍C++相对于C语言来说，有哪些特性。
C++的一些特点：
允许重载：函数名相同，参数类型不同，参数个数不同，即可重载，使用见下面代码：
// overload.cc
#include <iostream>
using std::cout;
void func(int a) { cout << "func " << a << "\n"; }
void func(int a, int b) { cout << "func " << a << " " << b << "\n"; }
void func(float a) { cout << "func " << a << "\n"; }
int main() {
func(1);
func(1, 2);
func(1.1f);
return 0;
}
namespace：namespace是什么？其实就相当于为变量和函数划个范围
如果不加namespace会有什么问题：
// namespace.cc
#include <iostream>
void func() {
std::cout << "n1 func" << "\n";
}
void func() {
std::cout << "n2 func" << "\n";
}
// redefinition of 'func'
int main() {
func();
return 0;
}
结果大家可能都知道，这样的代码编译会报错：redefinition of 'func'
一般规定一个程序内不允许同一个强符号有多个定义，那怎么解决？
可使用namespace：
// namespace.cc
#include <iostream>
namespace n1 {
void func() {
std::cout << "n1 func"
<< "\n";
}
} // namespace n1
namespace n2 {
void func() {
std::cout << "n2 func"
<< "\n";
}
} // namespace n2
// redefinition of 'func'
int main() {
n1::func();
n2::func();
return 0;
}
这样编译成功，加入namespace后其实对编译器来说就是两个不同的函数，因为生成的是两个不同的符号：
注意：不要过多using namespace xxx，例如using namespace std；可能就容易引起符号冲突问题，
可以使用using std::cout这种方式。
class & struct：
很多面试官可能都会问class和struct的区别？具体答案我这里就不贴出来了，大家自己搜索答案就可，或者留言问我，它俩在C++里其实没什么区别，就是默认权限不同而已。
这里需要掌握几个知识点：
- 如何定义一个类
- 构造函数的定义及使用
- 析构函数的定义及使用
- 拷贝构造函数的定义及使用
- 移动构造函数的定义及使用
- 赋值构造函数的定义及使用
- 移动赋值函数的定义及使用
下面贴出一段示例代码：
// class.cc
#include <iostream>
#include <memory>
using std::cout;
class TClass {
public:
TClass() {
cout << "构造函数1" << "\n";
}
TClass(int a) : a_(a) {
cout << "构造函数2" << "\n";
data_ = new int[10];
}
TClass(const TClass &a) : a_(a.a_) {
cout << "拷贝构造函数" << "\n";
data_ = new int[10];
memcpy(data_, a.data_, 10 * sizeof(int));
}
TClass(TClass &&a) : a_(a.a_), data_(a.data_) {
a.data_ = nullptr;
cout << "移动构造函数" << "\n";
}
TClass &operator=(TClass &a) {
a_ = a.a_;
if (data_) delete[] data_;
data_ = new int[10];
memcpy(data_, a.data_, 10 * sizeof(int));
cout << "赋值构造函数" << "\n";
return *this;
}
TClass &operator=(TClass &&a) {
a_ = a.a_;
if (data_) delete[] data_;
data_ = a.data_;
a.data_ = nullptr;
cout << "移动赋值函数" << "\n";
return *this;
}
~TClass() {
cout << "析构函数" << "\n";
if (data_) delete[] data_;
}
void func() { cout << "a " << a_ << " \n"; }
private:
int a_;
int *data_;
};
int main() {
TClass a(1); //构造函数2
TClass b(a); //拷贝构造函数
TClass c(std::move(a)); //移动构造函数
c = b; //赋值构造函数
c = std::move(b); //移动赋值函数
TClass d = c; //拷贝构造函数
TClass e = std::move(d); //移动构造函数
a.func();
b.func();
return 0;
}
模板
模板主要分为函数模板和类模板，下面有示例代码：
// template.cc
#include <iostream>
using std::cout;
template <typename T>
T max(T a, T b) { // 函数模板
return a > b ? a : b;
}
template <typename T>
struct Vec { // 类模板
Vec(T a) : a_(a) {}
void func() { cout << "func value " << a_ << "\n"; }
T a_;
};
int main() {
cout << "max(1, 2) " << max(1, 2) << "\n";
cout << "max(1.1f, 2.2f) " << max(1.1f, 2.2f) << "\n";
cout << "max(1.10, 2.20) " << max(1.10, 2.20) << "\n";
Vec<int> vi(1);
vi.func();
Vec<float> vf(1.1f);
vf.func();
return 0;
}
引用：C++里多了个引用的概念，很多人面试应该有被问到过引用和指针有什么区别吧？
关于指针和引用，在这里强烈推荐大家阅读《面试系列之指针和引用的使用场景》这篇文章，通俗易懂的纯干货型文章。
大家可以记住一个关键点就是引用追求从一而终，它的指向永远不会变，而指针是个善变的东西，它的指向随时可以改变，一般开发中会使用const &方式进行参数传递，省去不必要的对象拷贝：
多态：这是C++语言所支持的或者说面向对象的一个重要特性，直接看代码：
// polymorphic.cc
#include <iostream>
using std::cout;
struct Base {
Base() {
cout << "base construct" << "\n";
}
virtual ~Base() {
cout << "base destruct" << "\n";
}
void FuncA() {}
virtual void FuncB() { cout << "Base FuncB \n"; }
int a;
int b;
};
struct Derive1 : public Base {
Derive1() { cout << "Derive1 construct \n"; }
~Derive1() { cout << "Derive1 destruct \n"; }
void FuncB() override { cout << "Derive1 FuncB \n"; }
};
struct Derive2 : public Base {
Derive2() { cout << "Derive2 construct \n"; }
~Derive2() { cout << "Derive2 destruct \n"; }
void FuncB() override { cout << "Derive2 FuncB \n"; }
};
int main() {
{
Derive1 d1;
d1.FuncB();
}
cout << "======= \n";
{
Derive1 d1;
d1.FuncB();
Base &b1 = d1;
b1.FuncB();
}
cout << "======= \n";
{
Derive2 d2;
d2.FuncB();
Base &b2 = d2;
b2.FuncB();
}
cout << "======= \n";
{
Base b;
b.FuncB();
}
cout << "======= \n";
{
Base *b = new Derive1();
b->FuncB();
delete b;
}
return 0;
}
这里简单介绍了实现多态的两种方式：通过指针或者通过引用。
注意：
- 构造函数不能是虚函数
- 基类析构函数最好是虚函数
- 尽量不要使用多继承
new和delete
C++内存申请和释放会使用new和delete关键字，而基本不会使用C语言中的malloc和free，可看下面的示例代码：
// new_delete.cc
#include <iostream>
using std::cout;
struct A {
int a_;
};
int main() {
A* a1 = new A;
delete a1;
A* a2 = new A[10];
delete[] a2;
return 0;
}
注意：
- new和delete要配对使用
- new[]和delete[]要配对使用
- maloc和free要配对使用
类型转换：既然使用了C++语言，在类型转换方面就一定要使用C++风格，这比C语言风格的强制类型转换更安全。
float f = 1.0f;
int a = static_cast<int>(f);
const char* cc = "hello world\n";
char* c = const_cast<char*>(cc);
struct Base {};
struct Derive : public Base {};
void func() {
Base* base = new Derive;
Derive* derive = dynamic_cast<Derive*>(base);
}A *a = new A;
void* d = reinterpret_cast<void*>(a);
C++11常用新特性
C++的重大变革肯定是C++11啦，C++11标准引入了很多有用的新特性，这仿佛打开了新世界的大门，让C++开发者开发效率大幅提高，下面我会列出C++11常用的新特性，并附上简单的实例代码：
auto & decltype：用于类型推导
auto用于推导变量类型，decltype用于推导表达式返回值类型
// auto_decltype.cc
int main() {
auto a = 10; // 10是int型，可以自动推导出a是int
int x = 0;
decltype(x) y; // y是int类型
decltype(x + y) z; // z是int类型
return 0;
}
std::function：用于封装一个函数，功能类似于函数指针，但却比函数指针方便的多。
// function.cc
#include <functional>
#include <iostream>
using std::cout;
void printNum(int i) { cout << "print num " << i << "\n"; }
typedef void (*FuncPtr)(int i);
int main() {
FuncPtr ptr = printNum;
ptr(2);
void (*ptr2)(int) = printNum;
ptr2(3);
std::function<void(int)> func = printNum;
func(1);
return 0;
}
lambda表达式：随时可方便定义的一个匿名函数。
// lambda.cc
#include <iostream>
using std::cout;
int main() {
auto func = [](int a) -> int { return a + 1; };
int b = func(2);
cout << b << "\n";
return 0;
}
注意：lambda表达式的变量捕获方式分为值捕获和引用捕获
int a = 0;
auto f1 = [=](){ return a; }; // 值捕获a
cout << f1() << endl;
auto f2 = [=]() { return a++; }; // 修改按值捕获的外部变量，error
auto f3 = [=]() mutable { return a++; };
std::function和std::bind使得我们平时编程过程中封装函数更加的方便，而lambda表达式将这种方便发挥到了极致，可以在需要的时间就地定义匿名函数，不再需要定义类或者函数等，在自定义STL规则时候也非常方便，让代码更简洁，更灵活，开发效率也更高。
std::thread：C++11中使用std::thread创建线程，使用非常的方便，直接看代码：
void func() { std::cout << "new thread \n"; }
int main() {
std::thread t(func);
if (t.joinable()) {
t.join(); // 或者t.detach();
}
return 0;
}注意：使用std::thread一定要记得join或者detach。
RAII：既然使用C++，那一定要理解RAII风格（利用对象生命周期管理资源），继续往下看：
如果不使用RAII风格，加锁解锁我们怎么办？
// 不使用RAII
void func() {
std::mutex mutex;
mutex.lock();
if (xxx) {
mutex.unlock();
return;
}
if (xxxx) {
mutex.unlock();
return;
}
...
mutex.unlock();
}
而如果使用RAII呢：
void func() {
std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex);
if (xxx) return;
if (xxxx) return;
...
}是不是方便了很多，这里介绍了std::unique_lock的使用，还有一种锁是std::lock_guard，使用方式相同，至于它们之间有什么区别，我这里卖个关子，大家可以自行查找哈，锻炼一下自己的搜索能力。
智能指针也是典型的RAII风格，如果不使用智能指针管理内存是这样：
void func() {
A* a = new A;
if (xxx) {
delete a;
return;
}
if (xxxx) {
delete a;
return;
}
...
delete a;
}而如果使用智能指针是这样：
void func() {
std::shared_ptr<A> sp = std::make_shared<A>(); // unique_ptr类似
std::shared_ptr<A> sp = std::shared_ptr<A>(new A); // 尽可能使用make_shared或者make_unique(C++14)
if (xxx) return;
if (xxxx) return;
...
}又方便了很多吧，unique_ptr和shared_ptr的区别本文也不介绍，文章最后我会列出学习资料，在学习资料里可以找到答案。
原子操作：使用std::atomic可达到原子效果，使用方法：
std::atomic<int> ai;
ai++;
ai.store(100);
int a = ai.load();
enum class：带有作用域的枚举类型，可用于完全替代enum，为什么要使用enum class呢？我们先看一段直接使用enum的代码：
enum AColor {
kRed,
kGreen,
kBlue
};
enum BColor {
kWhite,
kBlack,
kYellow
};
int main() {
if (kRed == kWhite) {
cout << "red == white" << endl;
}
return 0;
}不带作用域的枚举类型可以自动转换成整形，且不同的枚举可以相互比较，代码中的kRed居然可以和kWhite比较，这都是潜在的难以调试的bug，而这种完全可以通过有作用域的枚举来规避。
所以出现了enum class：
enum class AColor {
kRed,
kGreen,
kBlue
};
enum class BColor {
kWhite,
kBlack,
kYellow
};
int main() {
if (AColor::kRed == BColor::kWhite) { // 编译失败
cout << "red == white" << endl;
}
return 0;
}使用enum class可以在编译层面就规避掉一些难以调试的bug，使代码健壮性更高。
condition_variable：条件变量
std::condition_variable cv;
std::mutex mutex_;
void func1() {
std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_);
--count;
if (count == 0) cv.notify_all();
}
void func2() {
std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_);
while (count) {
cv.wait(lock);
}
}
注意：不要直接用wait，而要记得使用wait(mutex, cond)或者while(cond) {wait(mutex);}
nullptr：表示空指针可以使用nullptr，不要使用NULL
void func(char*) {
cout << "char*";
}
void func(int) {
cout << "int";
}
int main() {
func(NULL); // 编译失败 error: call of overloaded ‘func(NULL)’ is ambiguous
func(nullptr); // char*
return 0;
}chrono：时间相关函数可以考虑使用chrono库，例如休眠某个时间段：
void customSleep() {
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(5));
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(5));
}使用chrono可以精确的指定时间单位，可以明确的之道休眠的是几毫秒还是几秒，非常方便。
chrono中包含三种时钟：
- steady_clock：单调时钟，只会增加，常用语记录程序耗时
- system_clock：系统时钟，会随系统时间改动而变化
- high_resolution_clock：当前系统最高精度的时钟，通常就是steady_clock
拿计时举例：
void customSleep() {
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(5));
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(5));
}
int main() {
std::chrono::time_point<std::chrono::high_resolution_clock> begin = std::chrono::high_resolution_clock::now();
customSleep();
auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
auto diff = end - begin;
long long diffCount = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(diff).count();
cout << diffCount << "\n";
return 0;
}STL
使用C++有几个能不用STL标准库的，这里列出了常用的STL，并贴出使用代码。
std::vector：可以理解为动态可自动扩容的数组，使用vector需要掌握几个常用函数的使用
- resize
- reserve
- capacity
- clear
- swap
- at
灵活使用
void func() {
std::vector<int> vec;
std::cout << "vector size " << vec.size() << "\n"; // vector size 0
std::cout << "vector capacity " << vec.capacity() << "\n"; // vector capacity 0
vec.push_back(1);
vec.emplace_back(2);
vec.push_back(3);
std::cout << "====================== \n";
std::cout << "vector size " << vec.size() << "\n"; // vector size 3
std::cout << "vector capacity " << vec.capacity() << "\n"; // vector capacity 4
vec.reserve(200);
std::cout << "====================== \n";
std::cout << "vector size " << vec.size() << "\n"; // vector size 3
std::cout << "vector capacity " << vec.capacity() << "\n"; // vector capacity 200
vec.resize(20);
std::cout << "====================== \n";
std::cout << "vector size " << vec.size() << "\n"; // vector size 20
std::cout << "vector capacity " << vec.capacity() << "\n"; // vector capacity 200
vec.clear();
std::cout << "====================== \n";
std::cout << "vector size " << vec.size() << "\n"; // vector size 0
std::cout << "vector capacity " << vec.capacity() << "\n"; // vector capacity 200
std::vector<int>().swap(vec);
std::cout << "====================== \n";
std::cout << "vector size " << vec.size() << "\n"; // vector size 0
std::cout << "vector capacity " << vec.capacity() << "\n"; // vector capacity 0
}注意：for循环中erase某一个节点时要处理好迭代器的指向问题
void erase(std::vector<int> &vec, int a) {
for (auto iter = vec.begin(); iter != vec.end();) { // 正确
if (*iter == a) {
iter = vec.erase(iter);
} else {
++iter;
}
}
for (auto iter = vec.begin(); iter != vec.end(); ++iter) { // error
if (*iter == a) {
vec.erase(iter);
}
}
}继续注意：remove函数不会真正的删除某个元素，它只会把某个要删除的元素移动到容器尾部，真正要删除还需使用erase，需要remove要和erase搭配使用。
bool isOdd(int i) { return i & 1; }
void print(const std::vector<int>& vec) {
for (const auto& i : vec) {
std::cout << i << ' ';
}
std::cout << std::endl;
}
int main() {
std::vector<int> v = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
print(v);
std::remove(v.begin(), v.end(), 5); // error
print(v);
v.erase(std::remove(v.begin(), v.end(), 5), v.end());
print(v);
v.erase(std::remove_if(v.begin(), v.end(), isOdd), v.end());
print(v);
}std::array：开发时可以考虑用std::array代替普通数组，因为它有获取长度，遍历，边界检查等功能
int main() {
std::array<int, 10> array;
// int array[10];
array.at(10) = 20; // terminating with uncaught exception of type std::out_of_range: array::at
std::cout << "hello " << array.at(10) << "\n";
return 0;
}std::map & std::unordered_map：都是key-value级别的字典，使用方式相同，一个使用树实现，一个使用哈希表实现，可根据需求选择具体使用哪种字典。
int main() {
std::map<int, std::string> map;
map[1] = std::string("hello");
std::cout << map[1] << "\n";
return 0;
}std::list：链表
int main() {
std::list<int> list{1, 2, 3, 2};
list.sort();
// std::sort(list.begin(), list.end());
for (auto i : list) {
std::cout << i << " ";
}
std::cout << "\n";
return 0;
}注意：list的排序需要使用list.sort()，不能使用std::sort
std::tuple：我个人经常使用，tuple像结构体一样，也可以理解为pair的延伸
struct T {
int a_;
int b_;
int c_;
T(int a, int b, int c) : a_(a), b_(b), c_(c) {}
};
int main() {
T a(1, 2, 3);
std::cout << "a " << a.a_ << " b " << a.b_ << " c " << a.c_ << "\n";
std::tuple<int, int, int> tuple = std::make_tuple(2, 3, 4);
std::cout << "a " << std::get<0>(tuple) << " b " << std::get<1>(tuple) << " c " << std::get<2>(tuple) << "\n";
return 0;
}编码规范
每一门语言基本都有几种常见的编码规范，想必大多数C++开发者都会基于google的C++编码规范去开发，下面是格式化代码常用的一些配置：
// .clang-format
BasedOnStyle: Google
IndentWidth: 4
ColumnLimit: 120
SortIncludes: true
MaxEmptyLinesToKeep: 2
下面再列出一些常见的命名规则：
文件命名：文件名字要全部小写，中间用_相连，后缀名为.cc .cpp和.h
hello_world.cc
hello_world.cpp
hello_world.h
类型命名：类型名称的每个单词首字母均大写：
常量和枚举命名：声明为 constexpr 或 const 的变量, 或在程序运行期间其值始终保持不变的, 命名时以 “k” 开头, 大小写混合
const int kDaysInAWeek = 7;
函数命名：大驼峰方式
命名空间命名：全部小写
成员变量命名：小写字母加下划线分隔，最后加个下划线
普通变量命名：小写字母加下划线分隔
struct A {
int a_;
}
void f(int a) {
int b;
}代码：
struct A {
int a_;
}
void f(int a) {
int b;
}规范要点总结
下面是我查阅很多资料又结合自身工作经验总结的一些要点：
- 每个头文件都要使用#ifndef #define或者#pragma once修饰，避免被重复引用
- 每个命名都要尽可能表达清晰其具体含义，除非特别常用，否则不要使用缩写，宁可名字特别长
- 鼓励在 .cc 文件内使用匿名命名空间或 static 声明. 使用具名的命名空间时, 其名称可基于项目名或相对路径. 尽量不要使用 using 指示
- 一行尽量不要超过120个字符，一个函数尽量不要超过40行（性能优化除外），同时一个文件尽量控制在500行内.
- 所有的引用形参如不做改动一律加const，在任何可能的情况下都要使用 const或constexpr
- new内存的地方尽量使用智能指针，c++11 就尽量用std::unique_ptr
- 合理使用移动语义或者COW，减少内存拷贝
- 使用 C++ 的类型转换, 如 static_cast<>(). 不要使用 int y = (int)x 或 int y = int(x) 等转换方式
- 明确使用前置++还是后置++的具体含义，如不考虑返回值，尽量使用前置++ (++i)
- 不要使用uint类型，如果需要使用大整型可以考虑int64，否则类型的隐式类型转换会带来很多麻烦
- 如无特殊必要不要使用宏，可以考虑使用const或constexpr替代宏，宏的全局作用域很麻烦，如果非要用在马上要使用时才进行 #define, 使用后要立即 #undef
- 尽可能用 sizeof(varname) 代替 sizeof(type).使用 sizeof(varname) 是因为当代码中变量类型改变时会自动更新. 或许会用 sizeof(type) 处理不涉及任何变量的代码，比如处理来自外部或内部的数据格式，这时用变量就不合适了
- 类型名如果过长的话可以考虑使用auto关键字
- 注释统一使用 // ，不要通过注释禁用代码，擅用git，不要为易懂的代码写注释
- 写完代码后记得format，每个项目最好都有统一的.clang_format文件
- 使用C++的string替代C语言风格的char*
- 尽量使用STL标准库的容器而不是C语言风格的数组，数组的越界访问之类当时是不会报错的，反而可能弄脏堆栈信息，导致奇奇怪怪难以排查的bug
- 可以更多的使用模板元编程，尽量多的使用constexpr等编译期计算，编译器是我们的好搭档，个人认为模板元编程以后会是C++的主流技术
- 可以考虑更多的使用异常处理方式，而不是C语言风格的errno错误码等
- 常用大括号控制生命周期，能提前结束的就可以提前结束
- 注意memcpy和memset的使用，仅适用于POD结构
- 理解内存对齐，可以使结构体更小，也可以使访问速度更快
- 基类析构函数一定要加virtual修饰
- 谨慎使用多继承，可能导致菱形继承
- 全局变量不要有任何依赖关系
这里我只列出来两本学习C++的书，可以按顺序阅读，我相信读完并理解这两本书的内容可以算是入门C++啦~
书
《C++ Primer Plus》 注意是Plus！
《Effective Modern C++》
