21天学通C++（第9版）

1.本书详细分析了近300个带有详细注释的代码示例，覆盖C++20和C++23语言特性，并描述了其内部工作原理。无论是初学者还是专业程序员，都能了解到本书所具有的宝贵价值。
2.本书通过科学合理的内容安排让读者在21天内学通C++，符合读者期望快速入门C++的心理。
3.本书通过“注意”“警告”“提示”“黑名单”“白名单”等板块设计让读者轻松愉快地学会C++。
4.本书提供可下载的代码示例，方便读者亲手实践。

这是一本经典的C++编程入门指南，第9版针对C++20标准进行了内容上的全面更新，旨在帮助读者编写更快、更简单、更可靠的C++代码，并掌握C++和面向对象编程的基本原理。
本书通过大量短小精悍的程序详细而全面地阐述了C++的基本概念和技术应用，以及C++20新增的功能，这些内容被组织成结构合理、联系紧密的章节。每章都提供了示例程序清单，并辅以示例输出和代码分析，以进一步阐述该章的主题。为帮助读者巩固所学的内容，每章末尾都提供了常见问题相关答案以及作业。读者可对照附录E提供的答案，了解自己对所学内容的掌握程度。
本书面向C++初学者，不要求读者有C语言方面的背景知识，可作为高等院校教授C++课程的教材，也可供初学者自学C++时使用。

悉达多·饶（Siddhartha Rao）是SAP SE公司主管产品安全的副总裁，其作品享誉全球，并被翻译成法语和中文。他深信C++发展快速，并致力于为机器学习和人工智能领域的发展添砖加瓦。

第 一部分 基础知识
第 1章 绪论  2
1.1 C++简史  2
1.1.1 与C语言的关系  2
1.1.2 C++的优点  2
1.1.3 C++标准的发展历程  3
1.1.4 哪些人使用C++程序  3
1.2 编写C++应用程序  3
1.2.1 生成可执行文件的步骤  3
1.2.2 分析并修复错误  4
1.2.3 集成开发环境  4
1.2.4 编写第 一个C++应用程序  4
1.2.5 生成并执行第 一个C++应用程序  5
1.2.6 理解编译错误  7
1.3 C++20新增的功能  7
1.4 总结  8
1.5 问与答  8
1.6 作业  8
1.6.1 测验  8
1.6.2 练习  9
第 2章 C++程序的组成部分  10
2.1 Hello World程序的组成部分  10
2.1.1 预处理器编译指令#include  10
2.1.2 程序的主体：main( )  11
2.1.3 返回值  12
2.2 命名空间的概念  12
2.3 C++代码中的注释  13
2.4 C++函数  14
2.5 使用std::cin和std::cout执行基本输入输出操作  16
2.6 总结  17
2.7 问与答  17
2.8 作业  17
2.8.1 测验  18
2.8.2 练习  18
第3章 使用变量和常量  19
3.1 什么是变量  19
3.1.1 内存和寻址概述  19
3.1.2 声明变量以访问和使用内存  19
3.1.3 声明并初始化多个类型相同的变量  21
3.1.4 理解变量的作用域  21
3.1.5 全局变量  22
3.1.6 命名约定  24
3.2 编译器支持的常见C++变量类型  24
3.2.1 使用bool变量存储布尔值  25
3.2.2 使用char变量存储字符  25
3.2.3 有符号整数和无符号整数的概念  26
3.2.4 有符号整型short、int、long和long long  26
3.2.5 无符号整型unsigned short、unsigned int、unsigned long和unsigned long long  26
3.2.6 选择正确的数据类型以免发生溢出错误  27
3.2.7 浮点类型float和double  28
3.3 使用sizeof确定变量的长度  28
3.4 使用auto自动推断类型  30
3.5 使用typedef替换变量类型  31
3.6 什么是常量  31
3.6.1 字面常量  32
3.6.2 使用const将变量声明为常量  32
3.6.3 使用constexpr定义常量表达式  33
3.6.4 使用consteval定义C++20即时函数  34
3.6.5 枚举  35
3.6.6 域限定枚举  37
3.6.7 使用#define定义常量  37
3.7 不能用作常量或变量名的关键字  37
3.8 总结  38
3.9 问与答  38
3.10 作业  39
3.10.1 测验  39
3.10.2 练习  40
第4章 管理数组和字符串  41
4.1 什么是数组  41
4.1.1 为何需要数组  41
4.1.2 声明和初始化静态数组  42
4.1.3 数组中的数据是如何存储的  42
4.1.4 访问存储在数组中的数据  43
4.1.5 修改存储在数组中的数据  44
4.2 多维数组  46
4.2.1 声明和初始化多维数组  46
4.2.2 访问多维数组中的元素  47
4.3 动态数组  48
4.4 C风格字符串  49
4.5 C++字符串：使用std::string  51
4.6 总结  52
4.7 问与答  53
4.8 作业  53
4.8.1 测验  53
4.8.2 练习  53
第5章 使用表达式、语句和运算符  54
5.1 语句  54
5.2 复合语句（语句块）  55
5.3 使用运算符  55
5.3.1 赋值运算符（＝）  55
5.3.2 理解左值和右值  55
5.3.3 加法运算符（+）、减法运算符（ ）、乘法运算符（*）、除法运算符（/）和求模运算符（%）  55
5.3.4 递增运算符（++）和递减运算符（ ）  56
5.3.5 使用前缀还是后缀  57
5.3.6 相等运算符（==）和不等运算符（!=）  58
5.3.7 关系运算符  58
5.3.8 C++20三向比较运算符  60
5.3.9 逻辑运算NOT、AND、OR和XOR  62
5.3.10 使用C++逻辑运算符!、 &&和||  63
5.3.11 按位运算符～、&、|和^  66
5.3.12 按位右移运算符（>>）和左移 运算符（<<）  67
5.3.13 复合赋值运算符  68
5.3.14 使用运算符sizeof( )确定特定类型 变量占用的内存量  70
5.3.15 运算符的优先级和结合性  71
5.4 总结  72
5.5 问与答  72
5.6 作业  73
5.6.1 测验  73
5.6.2 练习  73
第6章 控制程序流程  74
6.1 使用if...else有条件地执行  74
6.1.1 使用if…else进行条件编程  75
6.1.2 有条件地执行语句块  76
6.1.3 嵌套if语句  78
6.1.4 使用switch-case进行条件处理  81
6.1.5 使用运算符 :进行条件处理  83
6.2 在循环中执行代码  84
6.2.1 不成熟的goto循环  85
6.2.2 while循环  86
6.2.3 do…while循环  88
6.2.4 for循环  89
6.2.5 基于范围的for循环  91
6.3 使用continue和break修改循环的行为  93
6.3.1 不结束的循环——无限循环  93
6.3.2 控制无限循环  94
6.4 编写嵌套循环  96
6.4.1 使用嵌套循环遍历多维数组  97
6.4.2 使用嵌套循环计算斐波那契数列  98
6.5 总结  99
6.6 问与答  100
6.7 作业  100
6.7.1 测验  100
6.7.2 练习  100
第7章 使用函数组织代码  102
7.1 为何需要函数  102
7.1.1 函数原型是什么  103
7.1.2 函数定义是什么  104
7.1.3 函数调用和实参是什么  104
7.1.4 编写接收多个参数的函数  104
7.1.5 编写没有参数和返回值的函数  105
7.1.6 带默认值的函数参数  106
7.1.7 递归函数——调用自己的函数  108
7.1.8 包含多条return语句的函数  109
7.2 使用函数处理不同类型的数据  110
7.2.1 函数重载  110
7.2.2 将数组传递给函数  112
7.2.3 按引用传递参数  113
7.3 微处理器如何处理函数调用  114
7.3.1 内联函数  115
7.3.2 自动推断返回类型  116
7.3.3 lambda函数  117
7.4 总结  118
7.5 问与答  118
7.6 作业  119
7.6.1 测验  119
7.6.2 练习  119
第8章 阐述指针和引用  121
8.1 什么是指针  121
8.1.1 声明指针  122
8.1.2 使用引用运算符（&）获取变量的地址  122
8.1.3 使用指针存储地址  123
8.1.4 使用解除引用运算符（*）访问指向的数据  124
8.1.5 指针占用的内存量  126
8.2 动态内存分配  127
8.2.1 使用new和delete动态地分配和释放内存  128
8.2.2 将递增和递减运算符（++和 ）用于指针的结果  130
8.2.3 将关键字const用于指针  132
8.2.4 将指针传递给函数  133
8.2.5 数组和指针的类似之处  134
8.3 使用指针时常犯的编程错误  136
8.3.1 内存泄漏  136
8.3.2 指针指向无效的内存单元  136
8.3.3 悬浮指针（也叫迷途或失控指针）  137
8.3.4 检查使用new发出的分配请求是否得到满足  138
8.4 指针编程很好实践  140
8.5 引用是什么  140
8.5.1 是什么让引用很有用  141
8.5.2 将关键字const用于引用  143
8.5.3 按引用向函数传递参数  143
8.6 总结  144
8.7 问与答  144
8.8 作业  145
8.8.1 测验  145
8.8.2 练习  145
第二部分 C++面向对象编程基础
第9章 类和对象  148
9.1 类和对象  148
9.1.1 声明类  148
9.1.2 作为类实例的对象  149
9.1.3 使用句点运算符（.）访问成员  149
9.1.4 使用指针运算符（->）访问成员  150
9.2 关键字public和private  151
9.3 构造函数  154
9.3.1 声明和实现构造函数  154
9.3.2 何时及如何使用构造函数  155
9.3.3 重载构造函数  156
9.3.4 没有默认构造函数的类  157
9.3.5 带默认值的构造函数参数  158
9.3.6 包含初始化列表的构造函数  159
9.4 析构函数  161
9.4.1 声明和实现析构函数  161
9.4.2 何时及如何使用析构函数  162
9.5 复制构造函数  163
9.5.1 浅复制及其存在的问题  164
9.5.2 使用复制构造函数确保深复制  166
9.5.3 使用移动构造函数改善性能  169
9.6 构造函数和析构函数的其他用途  170
9.6.1 不允许复制的类  170
9.6.2 只能有一个实例的单例类  170
9.6.3 禁止在栈中实例化的类  172
9.6.4 使用构造函数进行类型转换  174
9.7 this指针  176
9.8 将sizeof( )用于类  176
9.9 结构不同于类的地方  178
9.10 声明友元  179
9.11 共用体：一种特殊的数据存储机制  180
9.11.1 声明共用体  180
9.11.2 在什么情况下使用共用体  181
9.12 对类和结构使用聚合初始化  183
9.13 总结  186
9.14 问与答  186
9.15 作业  187
9.15.1 测验  187
9.15.2 练习  187
第 10章 实现继承  188
10.1 继承基础  188
10.1.1 继承和派生  189
10.1.2 C++派生语法  189
10.1.3 访问限定符protected  191
10.1.4 基类初始化——向基类传递参数  193
10.1.5 在派生类中覆盖基类的方法  195
10.1.6 调用基类中被覆盖的方法  197
10.1.7 在派生类中调用基类的方法  197
10.1.8 在派生类中隐藏基类的方法  199
10.1.9 构造顺序  201
10.1.10 析构顺序  201
10.2 私有继承  203
10.3 保护继承  205
10.4 切除问题  207
10.5 多继承  208
10.6 使用final禁止继承  210
10.7 总结  210
10.8 问与答  211
10.9 作业  211
10.9.1 测验  211
10.9.2 练习  211
第 11章 多态  213
11.1 多态基础  213
11.1.1 为何需要多态行为  213
11.1.2 使用虚函数实现多态行为  214
11.1.3 为何需要虚构造函数  216
11.1.4 虚函数的工作原理——理解虚函数表  219
11.1.5 抽象基类和纯虚函数  222
11.2 使用虚继承解决菱形问题  224
11.3 使用限定符override明确覆盖意图  227
11.4 使用final来禁止覆盖函数  228
11.5 可将复制构造函数声明为虚函数吗  229
11.6 总结  232
11.7 问与答  232
11.8 作业  233
11.8.1 测验  233
11.8.2 练习  233
第 12章 运算符类型与运算符重载  234
12.1 C++运算符  234
12.2 单目运算符  235
12.2.1 单目运算符的类型  235
12.2.2 单目递增与单目递减运算符  235
12.2.3 转换运算符  238
12.2.4 解除引用运算符（*）和成员选择 运算符（->）  240
12.3 双目运算符  241
12.3.1 双目运算符的类型  242
12.3.2 双目加法与双目减法运算符  242
12.3.3 实现运算符+=与 =  244
12.3.4 重载相等运算符（==）和不等 运算符（!=）  245
12.3.5 重载运算符<、>、<=和>=  247
12.3.6 C++20三向比较运算符 （<=>）  250
12.3.7 重载复制赋值运算符（=）  252
12.3.8 索引运算符  255
12.4 函数运算符( )  257
12.5 用于高性能编程的移动构造函数和 移动赋值运算符  258
12.5.1 不必要的复制带来的问题  258
12.5.2 声明移动构造函数和移动赋值 运算符  258
12.6 用户定义的字面量  263
12.7 不能重载的运算符  265
12.8 总结  265
12.9 问与答  265
12.10 作业  266
12.10.1 测验  266
12.10.2 练习  266
第 13章 类型转换运算符  267
13.1 为何需要类型转换  267
13.2 为何有些C++程序员不喜欢C风格 类型转换  268
13.3 C++类型转换运算符  268
13.3.1 使用static_cast  268
13.3.2 使用dynamic_cast和运行阶段类型识别  269
13.3.3 使用reinterpret_cast  272
13.3.4 使用const_cast  272
13.4 C++类型转换运算符存在的问题  273
13.5 总结  274
13.6 问与答  274
13.7 作业  275
13.7.1 测验  275
13.7.2 练习  275
第 14章 宏和模板简介  276
14.1 预处理器与编译器  276
14.2 使用#define定义常量  276
14.3 使用#define编写宏函数  279
14.3.1 为什么要使用括号  280
14.3.2 使用assert宏验证表达式  281
14.3.3 使用宏函数的优点和缺点  282
14.4 模板简介  283
14.4.1 模板声明语法  283
14.4.2 各种类型的模板声明  283
14.4.3 模板函数  284
14.4.4 模板与类型安全  285
14.4.5 模板类  286
14.4.6 声明包含多个参数的模板  286
14.4.7 声明包含默认参数的模板  287
14.4.8 一个模板类示例：HoldsPair  287
14.4.9 模板的实例化和具体化  289
14.4.10 模板类和静态成员  290
14.4.11 参数数量可变的模板  291
14.4.12 使用static_assert执行编译阶段 检查  294
14.4.13 在实际C++编程中使用模板  295
14.5 总结  295
14.6 问与答  296
14.7 作业  296
14.7.1 测验  296
14.7.2 练习  296
第三部分 学习标准模板库
第 15章 标准模板库简介  298
15.1 STL容器  298
15.1.1 顺序容器  298
15.1.2 关联容器  299
15.1.3 容器适配器  299
15.2 STL迭代器  300
15.3 STL算法  300
15.4 使用迭代器在容器和算法之间交互  300
15.5 选择正确的容器  302
15.6 STL字符串类  303
15.7 总结  303
15.8 问与答  303
15.9 作业  304
第 16章 STL string类  305
16.1 为何需要字符串操作类  305
16.2 使用STL string类  306
16.2.1 实例化和复制STL string  306
16.2.2 访问std::string的字符内容  308
16.2.3 拼接字符串  310
16.2.4 在string中查找字符或子 字符串  311
16.2.5 截短STL string  312
16.2.6 字符串反转  314
16.2.7 字符串的大小写转换  315
16.3 基于模板的STL string实现  316
16.4 std::string中的operator ""s  316
16.5 使用C++20改进了的
std::string_view  317
16.6 总结  318
16.7 问与答  319
16.8 作业  319
16.8.1 测验  319
16.8.2 练习  319
第 17章 STL动态数组类  320
17.1 std::vector的特点  320
17.2 典型的vector操作  320
17.2.1 实例化vector  320
17.2.2 使用push_back( )在vector末尾 插入元素  322
17.2.3 列表初始化  322
17.2.4 使用insert( )在指定位置 插入元素  323
17.2.5 使用数组语法访问vector中的 元素  325
17.2.6 使用指针语法访问vector中的 元素  326
17.2.7 删除vector中的元素  327
17.3 理解大小和容量  328
17.4 STL deque 类  329
17.5 总结  332
17.6 问与答  332
17.7 作业  333
17.7.1 测验  333
17.7.2 练习  333
第 18章 STL list和forward_list  334
18.1 std::list的特点  334
18.2 基本的list操作  334
18.2.1 实例化std::list对象  334
18.2.2 在list开头或末尾插入元素  336
18.2.3 在list中间插入元素  337
18.2.4 删除list中的元素  339
18.3 对list中的元素进行反转和排序  340
18.3.1 使用list::reverse( )反转元素的 排列顺序  340
18.3.2 对元素进行排序  341
18.3.3 对包含对象的list进行排序以及 删除其中的元素  343
18.3.4 std::forward_list  345
18.4 总结  347
18.5 问与答  347
18.6 作业  348
18.6.1 测验  348
18.6.2 练习  348
第 19章 STL set和multiset  349
19.1 简介  349
19.2 STL set和multiset的基本操作  349
19.2.1 实例化std::set对象  350
19.2.2 在set或multiset中插入 元素  351
19.2.3 在STL set或multiset中查找 元素  353
19.2.4 删除STL set或multiset中的 元素  354
19.3 使用STL set和multiset的优缺点  358
19.4 总结  360
19.5 问与答  361
19.6 作业  361
19.6.1 测验  361
19.6.2 练习  361
第 20章 STL map和multimap  362
20.1 STL映射类简介  362
20.2 STL map和multimap的基本操作  363
20.2.1 实例化std::map和 std::multimap  363
20.2.2 在STL map或multimap中 插入元素  364
20.2.3 在STL map中查找元素  366
20.2.4 在STL multimap中查找元素  368
20.2.5 删除STL map或multimap中的 元素  369
20.3 提供自定义的排序谓词  371
20.4 基于键值对的STL散列表容器  374
20.4.1 散列表的工作原理  374
20.4.2 使用unordered_map和 unordered_multimap  374
20.5 总结  377
20.6 问与答  378
20.7 作业  378
20.7.1 测验  378
20.7.2 练习  379
第四部分 lambda表达式和STL算法
第 21章 理解函数对象  382
21.1 函数对象与谓词的概念  382
21.2 函数对象的典型用途  382
21.2.1 一元函数  382
21.2.2 一元谓词  386
21.2.3 二元函数  387
21.2.4 二元谓词  389
21.3 总结  391
21.4 问与答  392
21.5 作业  392
21.5.1 测验  392
21.5.2 练习  392
第 22章 lambda表达式  393
22.1 lambda表达式是什么  393
22.2 如何定义lambda表达式  394
22.2.1 捕获变量  394
22.2.2 参数  394
22.2.3 返回类型  395
22.3 一元函数对应的lambda表达式  395
22.4 一元谓词对应的lambda表达式  396
22.5 通过捕获列表接收状态的lambda 表达式  397
22.6 二元函数对应的lambda表达式  399
22.7 二元谓词对应的lambda表达式  400
22.8 总结  402
22.9 问与答  402
22.10 作业  402
22.10.1 测验  403
22.10.2 练习  403
第 23章 STL算法  404
23.1 什么是STL算法  404
23.2 STL算法的分类  404
23.2.1 非变序算法  404
23.2.2 变序算法  405
23.3 使用STL算法  406
23.3.1 根据值或条件查找元素  406
23.3.2 计算包含给定值或满足给定条件的元素数  408
23.3.3 在集合中搜索元素或序列  409
23.3.4 将容器中的元素初始化为 指定值  411
23.3.5 使用std::generate( )将元素设置为运行阶段生成的值  412
23.3.6 使用for_each( )处理指定范围内的元素  414
23.3.7 使用std::transform( )对范围进行变换  415
23.3.8 复制和删除操作  417
23.3.9 替换值以及替换满足给定条件的元素  420
23.3.10 对集合进行排序以及在有序集合中搜索和删除重复元素  421
23.3.11 将范围分区  423
23.3.12 在有序集合中插入元素  424
23.3.13 使用C++20引入的std:: accumulate( )执行累积操作  426
23.4 C++20约束算法  426
23.5 总结  428
23.6 问与答  428
23.7 作业  429
23.7.1 测验  429
23.7.2 练习  429
第 24章 自适应容器：栈和队列  430
24.1 栈和队列的行为特征  430
24.1.1 栈  430
24.1.2 队列  431
24.2 使用STL stack类  431
24.2.1 实例化stack  431
24.2.2 stack的成员函数  432
24.2.3 使用push( )和pop( )在栈顶插入和删除元素  433
24.3 使用STL queue类  434
24.3.1 实例化queue  434
24.3.2 queue的成员函数  435
24.3.3 使用push( )在队尾插入以及使用pop( )从队首删除  436
24.4 使用STL优先级队列  437
24.4.1 实例化priority_queue类  437
24.4.2 priority_queue的成员函数  438
24.4.3 使用push( )在priority_queue末尾插入以及使用pop( )在priority_queue开头删除  439
24.5 总结  441
24.6 问与答  441
24.7 作业  441
24.7.1 测验  441
24.7.2 练习  441
第 25章 使用STL位标志  442
25.1 bitset类  442
25.2 使用std::bitset及其成员  443
25.2.1 std::bitset中很有用的运算符  443
25.2.2 std::bitset的成员方法  444
25.3 vector  446
25.3.1 实例化vector  446
25.3.2 vector的成员函数和运算符  447
25.4 总结  448
25.5 问与答  448
25.6 作业  448
25.6.1 测验  449
25.6.2 练习  449
第五部分 C++进阶概念
第 26章 理解智能指针  452
26.1 什么是智能指针  452
26.1.1 常规（原始）指针存在的问题  452
26.1.2 智能指针有何帮助  453
26.2 智能指针是如何实现的  453
26.3 智能指针类型  454
26.3.1 深复制  454
26.3.2 写时拷贝机制  456
26.3.3 引用计数智能指针  456
26.3.4 引用链接智能指针  456
26.3.5 破坏性复制  457
26.3.6 使用std::unique_ptr  458
26.4 深受欢迎的智能指针库  460
26.5 总结  460
26.6 问与答  461
26.7 作业  461
26.7.1 测试  461
26.7.2 练习  461
第 27章 使用流进行输入和输出  462
27.1 流的概述  462
27.2 重要的C++流类和流对象  463
27.3 使用std::cout将指定格式的数据写入控制台  464
27.3.1 使用std::cout修改数字的显示格式  464
27.3.2 使用std::cout对齐文本和设置字段宽度  466
27.4 使用std::cin进行输入  466
27.4.1 使用std::cin将输入读取到基本类型变量中  466
27.4.2 使用std::cin:get将输入读取到char* 缓冲区中  467
27.4.3 使用std::cin将输入读取到std::string中  468
27.5 使用std::fstream处理文件  469
27.5.1 使用open( )和close( )打开和关闭文件  470
27.5.2 使用open( )创建文本文件并使用运算符<<写入文本  470
27.5.3 使用open( )和运算符>>读取文本文件  471
27.5.4 读写二进制文件  472
27.6 使用std::stringstream对字符串进行转换  474
27.7 总结  475
27.8 问与答  475
27.9 作业  476
27.9.1 测验  476
27.9.2 练习  476
第 28章 异常处理  477
28.1 什么是异常  477
28.2 导致异常的因素  477
28.3 使用try和catch捕获异常  477
28.3.1 使用catch(…)处理所有异常  478
28.3.2 捕获特定类型的异常  479
28.3.3 使用throw引发特定类型的异常  480
28.4 异常处理的工作原理  481
28.4.1 std::exception类  483
28.4.2 从std::exception派生出自定义异常类  483
28.5 总结  485
28.6 问与答  485
28.7 作业  486
28.7.1 测验  486
28.7.2 练习  486
第 29章 C++20概念、范围、视图和适配器  488
29.1 概念  488
29.1.1 使用标准库提供的概念  489
29.1.2 使用关键字requires定义自定义概念  490
29.1.3 将概念用于类和对象  492
29.2 范围库、视图和适配器  494
29.2.1 视图和适配器  495
29.2.2 范围库提供的适配器  496
29.2.3 合并多个适配器  498
29.3 总结  499
29.4 问与答  499
29.5 作业  499
29.5.1 测验  499
29.5.2 练习  500
第30章 C++20线程  501
30.1 多线程技术  501
30.1.1 何谓线程  501
30.1.2 为何要编写多线程应用程序  501
30.1.3 使用C++20线程库  502
30.1.4 线程如何交换数据  504
30.1.5 使用互斥量和信号量同步线程  504
30.2 总结  504
30.3 问与答  505
30.4 作业  505
第31章 C++20模块和C++23  506
31.1 模块  506
31.1.1 #include