大二上 C++往年卷刷题之简答题部分 202411109

2020年C++期末卷（非陈家骏班）

1.请简述 C++程序设计语言的设计理念、演化历程（包括主要的贡献者），并讨论 Simula 67在其中的作用。

C++程序设计语言的设计理念

C++的设计理念主要基于以下几个核心原则：

  1. 高效地使用硬件：C++旨在保持与C语言的兼容性，使得C++代码与C代码运行时具有相似或更好的性能。
  2. 零成本的抽象机制：C++提供了低成本的灵活抽象机制，包括类、继承、模板等，使得用户定义的类型能够获得与内置类型相似的性能和支持。
  3. 支持多种编程范式：C++不仅支持面向对象编程，还兼容C语言的面向过程编程，以及通过模板等特性支持泛型编程。

演化历程及主要贡献者

C++的演化历程可以概括为以下几个阶段：

  1. 1979年：Bjarne Stroustrup在贝尔实验室开始开发C++的前身，最初称为“C with Classes”。
  2. 1983年：语言正式更名为C++，添加了虚函数、函数重载等特性。
  3. 1985年：发布了《The C++ Programming Language》一书，同年C++作为商业产品被实现。
  4. 1989年：C++更新，引入了多重继承、保护成员和静态成员等特性。
  5. 1998年：ANSI/ISO C++标准建立，标志着C++的正式标准化。

主要贡献者包括：

  • Bjarne Stroustrup：C++的创造者，对C++的发展做出了决定性的贡献。
  • Dennis M. Ritchie：C语言之父，对C++的早期发展有影响，因为C++是基于C语言发展起来的。
  • Scott Meyers：世界顶级的C++软件开发技术权威之一，著有多本影响深远的C++书籍。
  • Stan Lippman：早期C++编译器开发者之一，参与了C++语言的发展。
  • Herb Sutter：C++ Standard Committee的主席，对C++标准的制定和发展有重要影响。

Simula 67在C++中的作用

Simula 67是首款支持面向对象的语言，它对C++的影响主要体现在以下几个方面：

  1. 面向对象编程的引入：Bjarne Stroustrup在准备博士论文时使用了Simula语言，并发现面向对象的思想对于软件开发非常有用，这促使他将面向对象的概念引入C语言，从而创造了C++。
  2. 类和继承的概念：C++中的类和继承机制受到了Simula 67的直接影响，这些特性使得C++能够有效地进行数据抽象和代码复用。
  3. 程序组织方式：C++的设计意图是将Simula的程序组织方式与C在系统编程方面的效率和灵活性结合起来。

综上所述，Simula 67在C++的发展中扮演了重要的角色，它不仅为C++提供了面向对象的概念基础，还影响了C++的设计理念和语言特性的形成。

2017年期末卷（陈家骏教授班）

1.什么是面向对象程序设计？

面向对象程序设计（Object-Oriented Programming，OOP）是一种编程范式，它使用“对象”来设计应用程序和计算机程序。这些对象代表现实世界中的实体，并且包含数据（属性）和处理数据的代码（方法）。面向对象程序设计的主要概念包括：

  1. 对象（Object）：对象是面向对象程序设计的基本单元，它由数据和操作这些数据的方法组成。在现实世界中，对象可以是任何事物，比如人、汽车、书籍等。

  2. 类（Class）：类是对象的蓝图或模板，它定义了一组属性和方法，这些属性和方法可以被类的对象（实例）所共享。类描述了对象的共同特性和行为。

  3. 封装（Encapsulation）：封装是将数据（属性）和操作数据的方法（行为）捆绑在一起的过程。它还隐藏了对象的内部状态和实现细节，只暴露有限的接口供外部访问，从而保护对象的完整性。

  4. 继承（Inheritance）：继承是一种创建新类的方式，新类（子类）可以继承一个或多个现有类（父类或超类）的属性和方法。这支持代码的重用，并允许建立类之间的层次结构。

  5. 多态（Polymorphism）：多态性是指对象可以有多种形式的能力。在面向对象程序设计中，多态性允许不同类的对象对同一消息做出响应，或者允许一个接口用于不同的底层形式。这通常通过方法重载和方法覆盖实现。

  6. 抽象（Abstraction）：抽象是将复杂的现实世界简化为基本特征的过程，以便更容易理解和操作。在面向对象程序设计中，抽象允许开发者专注于对象的外部行为，而不是其内部实现。

面向对象程序设计的优点包括：

  • 代码重用：通过继承和多态性，可以重用代码，减少重复劳动。
  • 模块化：代码被组织成模块（对象），这使得维护和扩展代码更加容易。
  • 易于维护：由于封装和模块化，修改代码的一部分通常不会影响其他部分。
  • 可读性：面向对象代码通常更接近自然语言，因此更易于理解和阅读。

面向对象程序设计被广泛应用于现代软件开发中，因为它提供了一种自然的方式来模拟和解决复杂问题。

2.C++类中protected访问控制的作用是什么？

在C++中，protected访问控制关键字用于类成员的声明，它提供了一种介于private和public之间的访问级别。protected成员的作用如下：

  1. 继承访问：

    • protected成员可以被类本身、类的派生类以及类的友元访问。这是它与private成员的主要区别，后者不能被派生类访问。

  2. 封装：

    • 尽管protected成员在派生类中可见，但它对类的外部用户仍然是隐藏的，这有助于保持类的封装性。

  3. 代码重用：

    • protected允许基类中的成员在派生类中被重用，这在实现代码重用和功能扩展时非常有用。

  4. 接口控制：

    • protected可以作为一种接口控制手段，它允许基类定义一些成员，这些成员不应该被类的外部用户直接访问，但可以在派生类中使用。

  5. 多态实现：

    • 在实现多态时，protected成员可以被派生类覆盖（override），以实现特定的行为，这是实现多态性的一个重要方面。

  6. 设计灵活性：

    • protected提供了设计上的灵活性，因为它允许在保持封装性的同时，给予派生类更多的自由度来访问和修改基类的成员。

  7. 避免友元的滥用：

    • 使用protected可以避免过度使用友元，友元可以访问类的私有和保护成员，但过度使用友元会破坏封装性。

  8. 安全性：

    • protected成员在派生类中是可见的，但它们不能被派生类的对象直接访问，只能通过派生类的成员函数来访问，这增加了一层间接性，有助于保护数据的安全性。

总结来说，protected访问控制关键字在C++中用于在保持类封装性的同时，允许基类的成员在派生类中被访问和使用，这有助于实现代码的继承和多态性。

3.C++类中虚函数的作用是什么？

C++类中的虚函数是一种特殊的成员函数，它允许在派生类（子类）中重写（覆盖）基类中的同名函数。虚函数的主要目的是实现多态性（Polymorphism），即允许通过基类指针或引用调用派生类的函数，使得同一个函数调用可以根据对象的实际类型有不同的行为。

虚函数的声明和使用

  1. 声明虚函数：在基类中，你可以通过在函数声明前加上virtual关键字来声明一个虚函数。例如：

    class Base {
public:
    virtual void show() {
        std::cout << "Base class show()" << std::endl;
    }
};

  2. 重写虚函数：在派生类中，你可以通过声明一个与基类同名的函数来重写（覆盖）基类的虚函数。例如：

    class Derived : public Base {
public:
    void show() override { // 使用override关键字明确表示重写
        std::cout << "Derived class show()" << std::endl;
    }
};

    注意：从C++11开始，可以使用override关键字来明确表示一个函数是重写基类的虚函数。这有助于编译器检查重写是否正确。

3. 调用虚函数：通过基类指针或引用调用虚函数时，会根据对象的实际类型动态绑定到相应的函数。例如：

Base* b = new Derived();
b->show(); // 调用Derived的show()
delete b;

在这个例子中，b是一个指向Base类型的指针，但实际上指向一个Derived类型的对象。调用b->show()时，会调用Derived类的show()函数，展示了多态性的行为。

虚函数的作用和好处

  • 实现多态性：虚函数是实现多态性的关键机制，允许通过基类指针或引用调用派生类的函数。
  • 动态绑定：虚函数支持动态绑定，即函数调用的解析是在运行时进行的，而不是在编译时。
  • 代码的灵活性和可扩展性：使用虚函数，你可以编写通用的代码，这些代码可以操作基类指针或引用，而不需要知道指向的具体对象类型。
  • 接口的实现：虚函数可以用来定义接口，即一组必须由派生类实现的函数。
  • 避免使用switch语句：使用虚函数可以避免根据不同的对象类型调用不同的函数，从而避免使用switch语句或if-else条件语句。

虚函数是C++面向对象编程中的一个重要特性，它使得代码更加灵活、可扩展，并且能够实现多态性。

4.在C++中，什么情况下两个类满足子类型关系？

在C++中，两个类之间满足子类型关系通常意味着一个类是另一个类的派生类，即子类。具体来说，以下几种情况可以认为一个类是另一个类的子类型：

  1. 继承关系：

    • 如果类B是通过公有（public）或保护（protected）继承类A得到的，那么类B是类A的子类型。这意味着类B的对象可以被看作是类A的对象，即类B的对象具有类A的所有公共和保护成员（以及在公有继承下，类的私有成员也通过基类指针或引用可访问）。

  2. 多态性：

    • 在多态的情况下，如果类B有一个虚函数，并且类A是类B的基类，那么类B的对象可以通过类A的引用或指针来处理，这时类B的对象被视为类A的子类型。

  3. 类型转换：

    • 如果类B提供了一个到类A的转换构造函数或转换运算符，那么在C++中，类B的对象可以被转换为类A的对象，这种情况下，类B可以被视为类A的子类型。

  4. 接口实现：

    • 如果类B实现了类A的所有虚函数，并且类A是一个抽象类（包含至少一个纯虚函数），那么类B可以被视为实现了类A的接口，从而可以被认为是类A的子类型。

  5. 子类型多态：

    • 在模板编程中，如果模板类或函数接受一个类型参数，并且这个类型参数有一个基类约束，那么任何满足这个基类约束的派生类都可以被视为该基类的子类型。

需要注意的是，C++中的子类型关系并不总是意味着所有的成员和行为都可以直接访问或使用，这取决于继承的类型（公有、保护或私有）以及类的访问控制。此外，C++中的子类型关系也与编译时类型检查和运行时多态性相关。

5.C++的STL中迭代器的作用是什么？

C++标准模板库（STL）中的迭代器提供了一种统一的方法来遍历容器中的元素。迭代器的作用包括：

  1. 访问容器元素：

    • 迭代器提供了一种方式来访问容器中的每个元素，而不需要关心容器的内部实现。

  2. 统一接口：

    • 不同的容器（如std::vector、std::list、std::map等）有不同的内部结构，但它们都可以提供迭代器，这些迭代器遵循相同的接口规范，使得程序员可以使用相同的代码逻辑来遍历不同的容器。

  3. 支持算法：

    • STL中的算法（如std::sort、std::find、std::transform等）通常需要迭代器来访问容器中的元素，这使得算法可以通用于所有提供相应迭代器的容器。

  4. 范围操作：

    • 迭代器定义了操作的范围，即从一个容器的开始到结束，这允许算法精确地知道在哪里停止。

  5. 支持容器无关的算法实现：

    • 由于迭代器提供了容器元素的访问接口，算法的实现可以独立于具体的容器类型，增强了代码的复用性。

  6. 支持多种遍历方式：

    • STL提供了不同类型的迭代器，支持前向遍历、双向遍历和随机访问等不同的遍历方式，以适应不同的容器特性。

  7. 支持范围检查：

    • 迭代器可以用于检查元素是否在容器的边界内，从而避免越界访问。

  8. 支持自定义容器：

    • 开发者可以为自定义容器实现迭代器，使其能够与STL算法无缝集成。

  9. 支持算法链式调用：

    • 迭代器允许算法的链式调用，例如，可以连续调用多个算法，每个算法都接受前一个算法的迭代器作为输入。

  10. 支持异常安全：

    • 迭代器通常被设计为异常安全，即使在迭代过程中发生异常，它们也能保持容器的完整性。

总之，迭代器是STL中连接容器和算法的桥梁，它们提供了一种抽象层，使得算法能够以统一的方式操作不同的容器类型。

6.MFC提供的“文档-视”结构是什么？为程序设计带来什么好处？

MFC（Microsoft Foundation Classes）提供的“文档-视图”结构是一种应用程序框架，它将数据处理（文档）和数据显示（视图）分离开来，以支持复杂的用户界面设计和数据处理。以下是“文档-视图”结构的主要作用和为程序设计带来的好处：

  1. 数据与显示分离：

    • 文档（CDocument派生类）负责存储和处理数据，而视图（CView派生类）负责显示数据和接收用户输入。这种分离使得管理和更新数据变得更加容易，同时也简化了用户界面的设计。

  2. 支持多视图：

    • 一个文档可以有多个视图，这对于需要以不同方式查看或编辑同一数据集的应用程序非常有用。例如，一个电子表格程序可能允许用户同时以表格形式和图表形式查看数据。

  3. 易于维护和扩展：

    • 文档-视图结构的清晰分工使得代码更容易理解和维护。同时，由于数据和显示逻辑是分开的，对任一部分的修改都不会影响到另一部分，这使得程序的扩展变得更加简单。

  4. 提高代码复用性：

    • 由于文档和视图是独立的，因此它们可以被不同的程序重用。例如，一个文档类可以被多个视图类使用，而不需要对文档类进行修改。

  5. 支持复杂的用户界面：

    • MFC的文档-视图结构支持复杂的用户界面元素，如工具栏、状态栏和菜单，这些元素可以与文档和视图交互，提供丰富的用户交互体验。

  6. 简化数据更新：

    • 当文档数据发生变化时，可以通过调用CDocument::UpdateAllViews函数来通知所有关联的视图进行更新，这样可以确保所有视图显示的数据是最新的。

  7. 支持打印和打印预览：

    • 文档-视图结构还支持打印和打印预览功能，因为文档类可以处理打印任务，而视图类负责在打印预览中显示页面。

  8. 促进MVC设计模式：

    • 文档-视图结构与MVC（Model-View-Controller）设计模式相呼应，有助于开发者构建结构清晰、功能分离的应用程序。

综上所述，MFC的文档-视图结构为程序设计带来了模块化、可维护性、可扩展性和用户友好性等多方面的好处。

概念篇之深拷贝VS浅拷贝

在C++中，深拷贝（Deep Copy）是指创建一个对象的副本，使得原始对象和副本对象在内存中占据不同的空间，并且副本对象中的数据是原始对象数据的一个完全独立的副本。这意味着，如果原始对象中包含了指向动态分配内存的指针，那么在深拷贝过程中，这些指针所指向的数据也会被复制，而不是仅仅复制指针。

与之相对的是浅拷贝（Shallow Copy），它仅仅复制对象的值，如果对象中包含指针，那么副本对象和原始对象将共享同一块内存空间。

下面是一个简单的C++例子来说明深拷贝：

cpp

include

include

using namespace std;

class DeepCopyExample {
public:
int* data; // 指向动态分配的内存

DeepCopyExample(int size) {
    data = new int[size];
    for (int i = 0; i < size; ++i) {
        data[i] = i;
    }
}

// 深拷贝构造函数
DeepCopyExample(const DeepCopyExample& other) {
    int size = other.GetSize(); // 获取原始对象的大小
    data = new int[size]; // 为副本对象分配新的内存
    memcpy(data, other.data, size * sizeof(int)); // 复制数据
}

// 析构函数
~DeepCopyExample() {
    delete[] data;
}

// 获取数组大小的辅助函数
int GetSize() const {
    return *data ? static_cast<int>(data[0]) : 0; // 假设第一个元素存储了数组的大小
}

// 打印数组内容的辅助函数
void Print() const {
    int size = GetSize();
    cout << "Array contents: ";
    for (int i = 1; i <= size; ++i) {
        cout << data[i] << " ";
    }
    cout << endl;
}

};

int main() {
DeepCopyExample original(5); // 创建原始对象
original.Print(); // 打印原始对象的内容

DeepCopyExample copy = original; // 调用深拷贝构造函数创建副本对象
copy.Print(); // 打印副本对象的内容

return 0;

}
在这个例子中，DeepCopyExample 类有一个指向动态分配内存的指针 data。在深拷贝构造函数中，我们首先为副本对象分配新的内存空间，然后使用 memcpy 函数将原始对象的数据复制到这块新的内存空间中。这样，原始对象和副本对象就有了各自独立的内存空间，对其中一个对象的修改不会影响到另一个对象。

请注意，这个例子中的深拷贝构造函数假设数组的第一个元素存储了数组的大小，这是一个简化的假设，实际应用中可能需要更复杂的逻辑来确定对象的大小。此外，深拷贝的实现可能需要考虑更多的因素，比如对象中包含的其他资源（如文件句柄、网络连接等）的拷贝。

posted @ 2024-11-09 19:05  陆舟LandBoat  阅读(70)  评论(0)    收藏  举报