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C++ 是一门广泛应用于高性能计算、游戏开发、嵌入式系统和底层系统编程的语言。其核心优势在于对内存的精细控制和接近硬件的操作能力。以下是围绕你提供的“核心学习路径”进行的详细解析与实战示例。

1. 基础语法

变量与数据类型

inta=10;doubleb=3.14;charc='A';boolflag=true;

指针与引用

intx=5;int*ptr=&x;// 指针指向x的地址int&ref=x;// 引用，ref是x的别名(*ptr)++;// x变为6ref++;// x变为7

流程控制

if(a>5){cout<<"a is greater than 5\n";}else{cout<<"a is not greater than 5\n";}for(inti=0;i<5;++i){cout<<i<<" ";}

类与对象、继承 / 多态

classAnimal{public:virtualvoidspeak(){cout<<"Animal speaks\n";}};classDog:publicAnimal{public:voidspeak()override{cout<<"Woof!\n";}// 多态实现};// 使用Animal*pet=newDog();pet->speak();// 输出: Woof!deletepet;

2. 核心特性

STL 容器：vector 和 map

#include<vector>#include<map>#include<iostream>usingnamespacestd;// vector 示例vector<int>nums={3,1,4,1,5};sort(nums.begin(),nums.end());// 排序后: 1,1,3,4,5// map 示例map<string,int>ages;ages["Alice"]=25;ages["Bob"]=30;for(auto&pair:ages){cout<<pair.first<<": "<<pair.second<<endl;}

内存管理（new/delete）

int*p=newint(42);// 动态分配一个整数cout<<*p<<endl;// 输出 42deletep;// 释放内存// 数组版本int*arr=newint[10];for(inti=0;i<10;++i)arr[i]=i*i;delete[]arr;// 注意使用 delete[]

⚠️ 现代 C++ 推荐使用智能指针（如unique_ptr,shared_ptr）避免手动管理内存。

3. 实战案例

案例一：数组排序（快速排序）

#include<iostream>usingnamespacestd;voidquickSort(intarr[],intlow,inthigh){if(low>=high)return;intpivot=arr[(low+high)/2];intleft=low,right=high;while(left<=right){while(arr[left]<pivot)left++;while(arr[right]>pivot)right--;if(left<=right){swap(arr[left],arr[right]);left++;right--;}}quickSort(arr,low,right);quickSort(arr,left,high);}intmain(){intdata[]={64,34,25,12,22,11,90};intn=sizeof(data)/sizeof(data[0]);quickSort(data,0,n-1);for(inti=0;i<n;++i)cout<<data[i]<<" ";return0;}

案例二：猜数字小游戏

#include<iostream>#include<cstdlib>#include<ctime>usingnamespacestd;intmain(){srand(time(0));intsecret=rand()%100+1;intguess;cout<<"Guess the number (1-100): ";while(cin>>guess){if(guess==secret){cout<<"Congratulations! You guessed it!\n";break;}elseif(guess<secret){cout<<"Too low! Try again: ";}else{cout<<"Too high! Try again: ";}}return0;}

在现代 C++（尤其是 C++11 及以后标准）中，推荐使用智能指针来自动管理动态内存，避免手动调用new和delete导致的内存泄漏、重复释放或异常安全问题。最常用的智能指针是std::unique_ptr和std::shared_ptr。

1.std::unique_ptr：独占所有权

• 一个对象只能被一个unique_ptr拥有。
• 不可复制，但可移动（move semantics）。
• 当unique_ptr离开作用域时，自动释放其所指向的对象。

示例：

#include<iostream>#include<memory>// 必须包含头文件classMyClass{public:MyClass(){std::cout<<"MyClass constructed\n";}~MyClass(){std::cout<<"MyClass destructed\n";}voidsayHello(){std::cout<<"Hello from MyClass!\n";}};intmain(){// 创建 unique_ptrstd::unique_ptr<MyClass>ptr=std::make_unique<MyClass>();ptr->sayHello();// 使用 -> 调用成员函数// 自动析构：当 main 结束时，ptr 被销毁，对象自动删除return0;}

✅ 输出：

MyClass constructed Hello from MyClass! MyClass destructed

移动语义示例：

autoptr1=std::make_unique<MyClass>();// auto ptr2 = ptr1; // 错误！不能复制autoptr2=std::move(ptr1);// 正确：转移所有权// 此时 ptr1 为空，ptr2 拥有对象

2.std::shared_ptr：共享所有权

• 多个shared_ptr可以共享同一个对象。
• 使用引用计数机制：每当增加一个shared_ptr，计数 +1；减少则 -1。
• 当引用计数为 0 时，对象自动销毁。

示例：

#include<iostream>#include<memory>intmain(){// 创建 shared_ptrstd::shared_ptr<MyClass>ptr1=std::make_shared<MyClass>();{std::shared_ptr<MyClass>ptr2=ptr1;// 共享所有权std::cout<<"Reference count: "<<ptr1.use_count()<<"\n";// 输出 2}// ptr2 离开作用域，计数减为 1std::cout<<"Reference count: "<<ptr1.use_count()<<"\n";// 输出 1return0;// 此时 ptr1 析构，计数变为0，对象被删除}

✅ 输出：

MyClass constructed Reference count: 2 Reference count: 1 MyClass destructed

3. 如何创建智能指针？

⚠️不要这样写：

// ❌ 危险：可能造成内存泄漏（异常中断）std::function<void()>f(newMyClass(),[](MyClass*p){deletep;});// 如果 new MyClass() 成功，但在构造函数后抛出异常，资源将未被管理

✅ 应该使用make_unique/make_shared来避免此类问题。

4. 实际应用场景对比

5. 注意事项

• 避免shared_ptr循环引用（例如 A 指向 B，B 又指向 A），会导致内存无法释放。
• 使用std::weak_ptr解决循环引用问题。
• 尽量避免从原始指针构造智能指针（容易出错）。

示例：循环引用问题与weak_ptr解法

structNode;usingNodePtr=std::shared_ptr<Node>;usingWeakNode=std::weak_ptr<Node>;structNode{intid;WeakNode parent;// 使用 weak_ptr 避免循环引用Node(inti):id(i){std::cout<<"Node "<<id<<" created\n";}~Node(){std::cout<<"Node "<<id<<" destroyed\n";}};

RAII（Resource Acquisition Is Initialization，资源获取即初始化）是 C++ 中一种重要的编程范式，其核心思想是：

将资源的生命周期绑定到对象的生命周期上—— 资源在对象构造时获取，在对象析构时自动释放。

这里的“资源”不仅指内存，还包括文件句柄、网络连接、互斥锁、数据库连接等任何需要申请和释放的系统资源。

RAII 的基本原理

1. 构造函数中获取资源（如 new 内存、open 文件）
2. 析构函数中释放资源（如 delete、close）
3. 利用 C++ 的确定性析构机制（对象离开作用域时必定调用析构函数），确保资源不会泄漏。

示例：RAII 管理文件

#include<fstream>#include<iostream>classFileHandler{std::ofstream file;public:FileHandler(conststd::string&filename){file.open(filename);if(!file.is_open()){throwstd::runtime_error("Cannot open file!");}std::cout<<"File opened: "<<filename<<"\n";}voidwrite(conststd::string&data){file<<data<<std::endl;}~FileHandler(){if(file.is_open()){file.close();std::cout<<"File closed.\n";}}};intmain(){try{FileHandlerfh("output.txt");fh.write("Hello, RAII!");// 离开作用域时自动关闭文件，无需手动调用 close()}catch(conststd::exception&e){std::cerr<<e.what()<<std::endl;}return0;}

即使中间发生异常，C++ 的栈展开机制也会调用局部对象的析构函数，从而保证资源被正确释放。

智能指针是 RAII 的典型实现

std::unique_ptr和std::shared_ptr就是基于 RAII 原则设计的经典工具：

示例对比：原始指针 vs RAII（智能指针）

❌ 手动管理容易出错：

voidbad_example(){MyClass*ptr=newMyClass();do_something();// 如果这里抛出异常deleteptr;// 这行不会执行 → 内存泄漏！}

✅ 使用 RAII 自动管理：

voidgood_example(){autoptr=std::make_unique<MyClass>();do_something();// 即使抛出异常，ptr 析构时自动释放内存}// 自动 delete

RAII 的优势

• ✅异常安全：无论是否发生异常，资源都能被释放。
• ✅代码简洁：无需在多处写delete或close()。
• ✅避免资源泄漏：只要对象是局部变量或成员变量，就能保证析构。
• ✅通用性强：可用于内存、锁、socket、GUI 句柄等所有资源。

其他 RAII 应用示例

1. 锁管理（std::lock_guard）

std::mutex mtx;voidthread_safe_func(){std::lock_guard<std::mutex>lock(mtx);// 构造时加锁// 操作共享数据// 析构时自动解锁，即使发生异常也安全}

2. 自定义资源管理类

比如数据库连接、图形上下文等都可以封装成 RAII 类型。