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计算机程序设计基础 (2) 小班辅导 20230601
刘雪枫 - 无 92
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2023.06.01
目录
[TOC]
引（fei）言（hua）
我们先简单回顾一下程设（2）究竟要讲什么：一个是 C++，一个是面向对象。
C++
C++ 是一门支持面向对象特性的语言，支持多种编程范式（面向对象编程、面向过程编程、泛型编程、函数式编程、……）。被成为“C++ 之父”的 Bjarne Stroustrup 于 1979 年开始制作 C with class，后更名为 C++。下图即为传说中的发量惊人的“C++ 之父”——Bjarne Stroustrup：
C++ 目前由国际标准委员会 ISO 的 WG21 工作组进行标准化。1998 年第一个 C++ 标准（称作 C++98）被发布。目前 C++ 每三年发布一次新标准（ISO 标准一般是十年，但由于语言出台新特性需要等十年过于久远，所以缩短为三年）。目前，C++ 标准历经沧桑已经或即将发布：
| 发布年份 | 称呼 | 备注 |
|---|---|---|
| 史前时期 | C with Classes / C++2.0 / 3.0、…… | 1. 版本很多；2. 我们的程设比这个先进一点 |
| 1998 | C++98 | 第一个 ISO C++ 标准，至今仍有市场 |
| 2003 | C++03 | C++98 的 bug 修复版本，改动不大，常不与 C++98 做特别区分 |
| 2011 | C++11、C++0x | 一次大的改动 |
| 2014 | C++14 | 给 C++11 打补丁的 |
| 2017 | C++17 | 本来想搞大的，但是拉胯了 |
| 2020 | C++20 | 一次大的改动 |
| 2023 | C++23 | 给 C++20 打补丁的，马上要来了（将于 2023 年 12 月发布） |
| 2026 | C++26 | ？？？ |
问：那咱们的程设是哪一个标准呢？
答：咱们的程设是微软（Microsoft）发布的 VS2008“标准”（
当然最接近的标准是 C++98 或 C++03
面向对象编程（OOP）
OOP 是一种编程范式，以类和对象作为编程的第一等公民。
需要注意的是，C++ 支持面向对象的特性，但 C++ 支持面向对象特性特定并不等于面向对象。面向对象是一种编程的范式，或者说是一种代码的架构，和语言无关，即使是 C 语言也可以进行面向对象编程，而 C++ 仅仅是从语法层面上为面向对象编程提供了便利，但使用 C++ 面向对象特性并不等于面向对象的程序设计。
- 什么是面向对象？
- 基于对象（OB、Object-based、ADT、Abstract Data Type）的程序设计是将数据和对数据的操作封装到一起，称作”对象“，对外暴露一定的接口对该对象进行操作
- 面向对象（OO）是在基于对象的基础上，引入继承、多态等机制，通过各个类之间的复合、继承等关系，来组织代码结构。面向对象设计模式是一个基于面向对象思想组织代码的经验总结
2013 年与 2015 年考试试题讲解
注：大体上都是照着考题原带的答案抄的，但考题原带的答案并不完全正确，对有问题的答案，本文档给予了适当说明
不带 * 的是 2013 年试题，带 * 的是 2015 年试题
填空
填空题没什么好说的，背课件就完了（这里推荐 sjs 老师的课件，看起来相对比较规整）。
1
面向对象程序设计有四个主要特点，即抽象、封装、（）和（）。
继承；多态
如果是三个特点，可以不答”抽象“
2
非成员函数应声明为类的（）函数才能访问这个类的 private 成员
友元
友元：非成员、类似于“白名单”
4
在用 class 定义一个类时，数据成员和成员函数的默认访问权限是（）。
private/ 私有
struct是public- 默认继承权限同理
struct与class除了默认的成员权限和继承权限之外是完全等价的
4*
在 class B 中定义成员函数 int f1() 和数据成员 int a；如果将函数 f1() 定义成静态成员函数，则定义式为（）；如果将 a 定义为静态数据成员，并在类外对其初始化为 0，则该语句为（）
static int f1();；int B::a = 0;实际上题目表述有误，
static int f1();是声明而非定义；int B::a = 0;是B::a的定义；只有声明而无没有定义而使用会产生链接错误带
const修饰可以只有声明而没有定义而取其值，但不能取指针也不能取引用（链接错误），具体原因参见阅读材料 2 的关于 odr-use 的部分（但是这部分还没写，但愿暑假不会鸽 x）
10
用 new 申请某一个类的动态对象数组时，在该类中必须能够匹配到（）的构造函数，否则应用程序会产生一个编译错误。
没有形参 / 缺省参数
原因是 C++03 及之前使用
new[]时不能给初值C++11 之后其实可以给。。。：
int *a = new int[2] { 9, 8 };，但是没卵用 x
6*
有类 A，语句组 A a(1), b; b = a; 和语句 A a(1), b(a); 在生成对象 b 并用 a 赋初值时的差别是，后者（），而前者（）
调用
b的复制构造函数，用a复制构造b；先调用b的默认构造函数，再使用a对b赋值。顾名思义，、、构造函数和复制构造函数都是在有新对象构造的时候才会调用。
复制构造函数：参数绝大多数情况下必须是
const引用，极少数情况才会无const。原因参见阅读材料 2。
5
运算符重载函数可能是类的（）函数，也可以是类的（）函数，还可以是普通函数。
成员；友元
- 举例
complex这题确定不是废话么 x
zài zài zài（x
8
重载的运算符保持其原有的（）、优先级和结合性不变
操作数个数
10*
运算符重载时需要保持运算符操作数的个数、运算符的执行（）和（）不变
结合性；优先级
3
派生类中的成员不能直接访问基类中的（）成员
私有 /
private
继承时，三种访问权限的直观理解，及存在意义
特殊用途：EBO、……
struct默认是public继承
9*
公有继承下，派生类的成员函数可以直接访问基类的（）成员，但不能直接访问基类的（）成员
public和protected/ 公有和受保护的；private此题原答案有误，第一个空没考虑
protected成员
7*
虚函数通常在相应的成员函数前加上（）关键字声明，此类函数的调用会延迟到（）时再进行动态束定（绑定），没有声明为 virtual 的成员函数则在编译时进行静态束定（绑定）
virtual；运行构造函数中不会呈现多态性。为什么？构造函数执行顺序。为什么是这个执行顺序？反过来行不行？
1*
C++ 引入了函数重载和虚函数。其用途分别用一句话概括：函数重载是（）；虚函数是（）
通过静态束定，在编译时确定调用同名函数中的哪一个；通过动态束定，在程序运行时确定调用同名函数中的哪一个
7
含有纯虚函数的类称为（）。
抽象类
9
在 C++类中，有一种不能定义对象的类，这样的类只能被继承，称之为（），定义该类至少具有一个（）。
抽象类；纯虚函数
8*
包含纯虚函数的类被称为（），某类包含一个纯虚函数 int fun()，则该成员函数应声明为（）
int fun() = 0;注：程设课上讲到的纯虚函数不能有函数体的说法其实是有误的，纯虚函数也可以定义函数体，但考试就当作不能（
6
用流对象的成员函数控制输出格式时，用于设置字段宽度的流成员函数的名称是（），与之作用相同的控制符名称是（）。
width、setw
- 只能死记硬背
- 自定义流操纵算子
5*
在 C++ 程序中 cin 是在（）中定义的（）；cout、cerr、clog 三者的相同点是（）
iostream；输入流对象（？）；向标准输出设备输出此题有误，
cerr和clog其实是向标准错误设备输出，所以它们其实共同点只有它们都是输出，但是为了考试拿分就这么答吧。辨析
cout、cerr、clog的区别：
cout：标准输出设备，有缓冲clog：标准错误设备，有缓冲cerr：标准错误设备，无缓冲
3*
C++ 程序中使用 using namespace std; 的原因是（），使用 #include <iomanip> 是因为（）
太长了懒得打字，参见原题上的答案
2*
C++ 中类和类模板的关系可以表述为：类是类模板的（），类模板是类的（）
实例；抽象（？）
编程填空
2013
1
virtual void show() const {
cout << "Base" << endl;
}
virtual void show() const { // virtual 可省
cout << "Derived" << endl;
}
考察多态
原答案不加
const也正确，但不够规范。原因参见阅读材料 2。
2
counter operator+(counter c)
/* 或 */
counter operator+(const counter& c)
return counter(n + c.n);
原答案第二个空也正确
3
void show_time() const
cout << hour << ':' << minute << ':' << sec << endl;
原答案疑似
const位置错误
4
ifstream in("test.txt");
/* 或 */
ifstream in("test.txt", ios::in);
cout << i << ':' << buf << endl;
对于
ifstream来说，构造函数第二个参数默认是ios::in
5
virtual void Area() = 0;
这次不能写成
Area() const，因为Rectangle类的Area是非const的！
Rectangle(double w, double h) : width(w), height(h) {}
原答案为
Rectangle(double w, double h) { width = w, height = h; }也正确
补充
1
class People
{
public:
People(int age) : m_age(age) {}
private:
int m_age;
};
class Student : public People
{
public:
Student(int age, int id) ______ {}
private:
int m_id;
};
: People(age), m_id(id)
看程序写结果
-
2013 年其他题参见试卷，懒得复制到这里了
-
2013 年最后一题
#include <iostream> #include <string> #include <cstring> // 原题忘了包含这个头文件了 using namespace std; class Book { char* title; char* author; int numsold; public: Book() {} Book(const char* str1, const char* str2, const int num) { int len = strlen(str1); title = new char[len + 1]; strcpy(title, str1); len = strlen(str2); author = new char[len + 1]; strcpy(author, str2); numsold = num; } void setbook(const char* str1, const char* str2, const int num) { int len = strlen(str1); title = new char[len + 1]; strcpy(title, str1); len = strlen(str2); author = new char[len + 1]; strcpy(author, str2); numsold = num; } ~Book() { delete title; delete author; } void print(ostream& output) { output << "book:" << title << endl; output << "author:" << author << endl; output << "total:" << numsold << endl; } }; void main() { Book obj1("Physics", "LiFu", 200), obj2; obj1.print(cout); obj2.setbook("C++ Programming", "SunJiasong", 300); obj2.print(cout); }book:Physics author:LiFu total:200 book:C++ Programming author:SunJiasong total:300设计失误？Rule of three / five（三 / 五原则）！
-
2015 年 第三大题第 1 小题：
#include <iostream> using namespace std; int Num = 1; namespace Name1 { int Num = 2; int Add(int Num) { Num = ::Num + Num; return Num; } } namespace Name2 { int Num = 3; int Add(int Num) { Num = ::Num + Num; return Num; } } int main() { cout << Name1::Add(4) + ::Num << endl; cout << Name2::Add(5) + Num << endl; namespace N2 = Name1; cout << N2::Add(6) + N2::Num << endl; using namespace Name2; cout << Add(7) + Name2::Num << endl; }6 7 9 11 -
2015 年 第三大题第 3 小题
题略
2,3,3,4 -
经典写构造函数和析构函数执行顺序的题，sjs 课件“C++程序设计(4)”26 页
本题答案有争议。在不同的编译环境下，可能会产生截然不同的结果。但是为了考试拿分，还是严格按照课件给的答案进行。要了解更多内容，请阅读后面的阅读材料 3
-
请开启 VS、
/std:c++14、/Od -
争议点
-
关于返回值优化
-
参数与返回值对象的析构顺序问题，构造时显然是先构造参数后构造返回值，至于析构，sjs 课件上是先析构参数后析构返回值，但一些其他的实现可能是先析构返回值后析构参数，例如 https://gcc.godbolt.org/z/x8zjTKoMf：
实际上这个问题是有争议的，感兴趣的同学可以看这个问题下的“激烈讨论”：c++ - What’s the order of destruction of function parameters and return values? - Stack Overflow
大家最好是完全按照 sjs 上的讲义去写，不要头铁；我曾经发邮件问过 sjs 老师，sjs 老师给的邮件回复是“批改时我们会酌情考虑这些问题”。
-
#include <iostream> using namespace std; class complex { public: complex(double r = 0.0, double i = 0.0) { this->r = r; this->i = i; cout << "Constructor!"; display(); } // 原题这里没有 const，我加上的 complex(const complex& c) : r(c.r), i(c.i) { cout << "CopyConstructor!"; display(); } complex operator+(complex c2); complex operator-(complex c2); void display(); private: double r; double i; }; // 原题复制构造函数没有 const // 而对于这个函数来说直到 C++17 才允许这样过编译 // 详情参见阅读材料 1、2 和 3，当然我也还没完全写完 // 但在 VS2008 上居然能过编译 // 可见 VS2008 是多么的高瞻远瞩（Doge） complex complex::operator+(complex c2) { return complex(r + c2.r, i + c2.i); } complex complex::operator-(complex c2) { return complex(r - c2.r, i - c2.i); } void complex::display() { cout << "(" << r << "," << i << ")" << endl; } int main() { // 主函数 complex c1(5, 4), c2(2, 10), c3; // cout << "c1="; c1.display(); cout << "c2="; c2.display(); c3 = c1 - c2; // cout << "c3=c1-c2="; c3.display(); c3 = c1 + c2; // cout << "c3=c1+c2="; c3.display(); } -
面向对象程序设计（Optional）
面向对象程序设计原则（注意此处说的是面向对象，而非指 C++ 面向对象的语言特性）：
- 单一原则
- 开闭原则
- 里氏替换原则（LSP）
- 接口隔离原则
- 依赖反转原则
- ……
下面着重说一下里氏替换原则。
里氏替换原则
里氏替换原则：派生类可以直接替换掉基类。即，任何一个派生类对象都“是”一个基类对象。这个“是”的含义代表，任何对基类对象的操作对派生类对象来说在逻辑上都成立。
反例 1
Line 继承 Point 不是一个好的设计。一个 Line 并不是一个 Point，不符合 LSP
sjs 课件 (6) 77 页
反例 2
下面所演示的 Square 继承 Rectangle 就不是一个好的设计：
class Rectangle {
public:
Rectangle(int width, int height) : width(width), height(height) {}
int getWidth() const { return width; }
int getHeight() const { return height; }
void setWidth(int newWidth) { width = newWidth; }
void setHeight(int newHeight) { height = newHeight; }
private:
int width;
int height;
};
class Square : public Rectangle {
public:
Square(int edge) : Rectangle(edge, edge) {}
int getEdge() const { return Rectangle::getWidth(); }
void setEdge(int newEdge) {
Rectangle::setWidth(newEdge);
Rectangle::setHeight(newEdge);
}
};
确实我们在日常生活中都说“正方形是一个长方形”，但是在本代码中并不是这样——因为我们对 Square 暴露了公有接口 setWidth 和 setHeight。如果我们执行了：Square sq(10); sq.setWidth(88);，那么就出现了问题——这个正方形长等于宽的性质被打破。也就是说，正方形并不能完全替代长方形，并不满足长方形所能进行的全部操作！所以这种设计思路是不符合里氏替换原则的。
特别注意
里氏替换原则是面向对象的原则，而非 C++ 语法的规定。有一些情况，为了一些特殊的目的，会使用 C++ 语法上的“继承”，例如模板元编程、EBO，等等，都可能会使用 C++ 的继承语法。但这属于 C++ 语法的技巧，并不属于面向对象的程序设计范畴。
面向对象程序设计？
设想我们有一个场景，我们要把大象装入冰箱中。分几步呢？分三步：把冰箱门打开，把大象装进去，把冰箱门关上。
编译、链接、多文件（Optional）
- 预处理 -> 编译 -> 汇编 -> 链接 -> 执行
- MSVC、GCC、Clang（LLVM）
- cl、gcc、g++、clang
- 链接：静态链接、动态链接与运行时
- 多文件编程（声明与定义、Header Guard、Header Only）
- MSBuild、Makefile、Autotools、CMake
Q & A
之前发的问卷，有些人问了一些问题
2023
2022
Q：怎么才算，面向对象的程序设计呢？那种大厂的游戏开发也是用这种类和对象来编程的吗？
A：
- 面向对象程序设计思想通过我的一节课很难把它讲清楚，需要自己多阅读、尝试和练习
- 面向对象只是组织代码方式的一种，也是一种经典的、传统的编程范式。代码当然可以采用其他的编程范式来组织。但是至少，目前最主流的两个游戏引擎：Unity 和 UE（Unreal Engine），都是通过面向对象来组织的。不过面向对象也不是万能的，还是要看具体用途。
Q：可以加学长微信聊天吗？
A：可以，QQ 也行（x
阅读材料
由于课时原因，有很多有趣的内容我们都没有讲解。这些内容在程设的日常教学中已经涉及到，但是与考试关系不大。略去这些内容不会对我们的考试产生太大影响。有兴趣探索的同学可以阅读以下材料：
所有阅读材料均在 https://timothy-liuxf.github.io/tm-blogs/blogs/zh-CN/ 中可见。包括：
- 左值与右值
- 为什么
const在 C++ 中是重要的 - 返回值优化
显然，目前我还没写完，先鸽一段时间（bushi
预祝同学们考试顺利（√） 祝同学们儿童节快乐（bushiQR Code
请同学们填写反馈问卷，谢谢大家！反馈问卷略。
参考文献
- https://www.stroustrup.com/: 2022.05.28
- https://github.com/Cpp-Club/Cxx_HOPL4_zh: 2022.05.28
- https://en.wikipedia.org/wiki/C%2B%2B: 2022.05.28
- https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%9D%A2%E5%90%91%E5%AF%B9%E8%B1%A1%E7%A8%8B%E5%BA%8F%E8%AE%BE%E8%AE%A1: 2022.05.28
- 《深度探索 C++ 对象模型》Stanley B. Lippman 著，侯捷 译，电子工业出版社，2012 年 1 月 第 1 版
- https://en.wikipedia.org/wiki/Object-based_language: 2022.05.28
- https://en.cppreference.com/w/: 2022.05.28
- Clean C++. Stephan Roth. (2017). New York: Springer Science+Business.
- 《复变函数与数理方程》课件，吴昊（男），2020