c++ primer plus 视频教程及代码

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一、课程定位

本课程《C++ Primer Plus 2025 终极视频课：从 C++11 到 C++23 新特性逐行精讲》旨在为希望深入学习 C++ 编程语言，尤其是掌握 C++11 至 C++23 版本中引入的新特性的学习者提供全面且深入的教学。无论是零基础的编程初学者，还是有一定 C++ 基础但希望紧跟语言发展趋势的开发者，都能从本课程中获取有价值的知识和技能。通过逐行精讲的方式，确保学员能够透彻理解每个新特性的原理、用法及应用场景，提升学员在 C++ 编程领域的专业素养和实践能力。

二、教学目标

知识目标

使学员全面了解 C++ 从 C++11 到 C++23 各个版本所引入的新语言特性和标准库特性，包括但不限于内存模型、lambda 表达式、变参模板、模块、概念、协程等。

深入理解每个新特性的语法规则、语义内涵以及其设计目的，掌握新特性与传统 C++ 特性之间的关联与区别。

熟悉新特性在不同编程场景下的应用方式，如性能优化、代码简化、并发编程等。

能力目标

培养学员运用新特性进行高效 C++ 程序开发的能力，能够根据实际项目需求，合理选择并正确使用新特性来提升代码质量和开发效率。

提升学员阅读和理解使用了新特性的 C++ 代码的能力，使其能够快速融入使用现代 C++ 进行开发的项目团队。

锻炼学员解决在应用新特性过程中可能遇到的问题的能力，培养独立思考和调试程序的技能。

素质目标

激发学员对 C++ 编程语言持续学习和探索的兴趣，培养其关注行业技术发展动态的习惯。

培养学员严谨、规范的编程风格和良好的代码编写习惯，提升其作为专业开发者的职业素养。

三、课程内容结构

（一）C++ 基础回顾与课程导入（预计时长：4 课时）

C++ 语言概述

C++ 的发展历程，从最初版本到 C++11 之前的重要里程碑。

C++ 在编程语言体系中的地位和特点，与其他编程语言（如 C、Java 等）的比较分析。

C++ 基础语法回顾

数据类型（基本数据类型、自定义数据类型）、变量与常量的定义和使用。

运算符与表达式，包括算术运算符、逻辑运算符、赋值运算符等。

流程控制语句（if - else、switch - case、for 循环、while 循环、do - while 循环）。

函数的定义、声明与调用，函数参数传递方式（值传递、引用传递、指针传递）。

类与对象的初步介绍，包括类的定义、成员变量和成员函数、对象的创建和使用。

课程目标与学习方法介绍

详细阐述本课程学习 C++11 到 C++23 新特性的目标和重要性。

分享有效的学习方法和技巧，如如何做好笔记、如何进行实践练习、如何利用在线资源辅助学习等。

介绍课程的整体结构、教学安排以及考核方式。

（二）C++11 新特性详解（预计时长：20 课时）

内存模型与并发支持

新的内存模型介绍，理解其为现代硬件设计的底层抽象以及作为描述并发的基础。

线程库（std::thread）的使用，创建和管理线程，实现简单的多线程程序。

互斥锁（std::mutex）、条件变量（std::condition_variable）等同步机制的原理与应用，解决多线程编程中的同步与互斥问题。

原子操作（std::atomic），了解其在多线程环境下对基本数据类型的原子操作支持，避免数据竞争。

类型推导与简化语法

auto 关键字的深入讲解，在变量声明中如何根据初始化表达式自动推导变量类型，以及其在复杂类型推导中的应用。

decltype 关键字，用于推导表达式的类型，特别在模板编程和元编程中的使用场景。

范围 for 循环（range - based for loop），如何更简洁地遍历容器和数组。

移动语义与右值引用

右值引用的概念与语法，理解左值和右值的区别，以及右值引用如何绑定到右值。

移动语义的原理，通过移动构造函数和移动赋值运算符，实现资源的高效转移，减少不必要的数据拷贝，提升程序性能。

与传统拷贝语义的对比分析，在实际代码中何时选择移动语义，何时使用拷贝语义。

统一初始化

统一初始化语法（花括号初始化）的多种使用场景，包括基本数据类型、数组、自定义类对象等的初始化。

列表初始化的规则和优势，如何避免一些常见的初始化问题，如窄化转换等。

lambda 表达式

lambda 表达式的语法结构，包括捕获列表、参数列表、函数体等部分的详细讲解。

lambda 表达式在算法库中的应用，如 std::sort、std::find_if 等算法中作为自定义比较函数或谓词。

理解 lambda 表达式的闭包特性，以及其在异步编程、事件驱动编程等场景中的使用。

变参模板

变参模板的定义和语法，如何处理可变数量和类型的模板参数。

递归变参模板的实现与应用，例如用于实现可变参数函数、展开参数包等操作。

在实际项目中，利用变参模板实现灵活的函数重载和通用的数据结构。

其他新特性

用户定义字面量，为自定义类型创建字面量表示形式，提高代码的可读性和易用性。

属性（attribute），如 [[noreturn]]、[[deprecated]] 等，如何使用属性为代码添加额外信息，辅助编译器进行优化或发出警告。

正则表达式库（std::regex）的基本使用，包括正则表达式的定义、匹配、搜索和替换等操作，用于处理文本模式匹配的场景。

（三）C++14 新特性详解（预计时长：8 课时）

泛型 lambda 表达式扩展

在 C++11 lambda 表达式基础上，C++14 允许 lambda 表达式的参数使用 auto 关键字进行更灵活的类型推导，实现更通用的函数对象。

泛型 lambda 表达式在模板编程中的应用，通过实例展示如何利用其简化模板代码，提高代码的复用性。

变量模板

变量模板的定义和使用方法，与传统函数模板和类模板的区别与联系。

变量模板在元编程中的应用，例如创建模板化的常量、变量等，丰富模板元编程的手段。

聚合类成员初始化改进

C++14 对聚合类成员初始化的规则进行了放宽，讲解新规则下聚合类的初始化方式，以及如何利用这一特性简化代码。

通过实例对比 C++11 和 C++14 中聚合类成员初始化的差异，加深学员对新特性的理解。

其他小特性

二进制字面量的引入，如何使用 0b 或 0B 前缀表示二进制数据，方便在处理位运算等场景下的编程。

constexpr 函数的进一步扩展，在 C++14 中允许 constexpr 函数返回值类型为数组或函数指针，扩大了编译期计算的能力。

关联容器中的异构查找，理解如何在关联容器（如 std::map、std::set）中使用自定义比较函数进行异构查找，提高查找效率。

（四）C++17 新特性详解（预计时长：16 课时）

结构化绑定

结构化绑定的语法和功能，如何通过一次操作解包数组、元组或类的成员变量，使代码更加简洁。

在函数返回多个值的场景中，结构化绑定的应用示例，以及与传统返回方式（如返回结构体）的对比。

折叠表达式与 if constexpr

折叠表达式的语法和使用，用于简化对参数包的操作，例如实现可变参数函数的累加、连接等操作。

if constexpr 语句的介绍，在编译期根据条件选择不同的代码分支，实现编译期多态，提高代码的性能和可读性，特别是在模板编程中。

新的标准属性

[[maybe_unused]] 属性，用于标记可能未使用的变量、函数等，避免编译器发出未使用的警告。

[[nodiscard]] 属性，强制要求调用者处理函数返回值，防止返回值被忽略，提高代码的健壮性。

[[fallthrough]] 属性，在 switch 语句中明确表示有意贯穿到下一个 case 分支，增强代码的可读性和可维护性。

文件系统库（std::filesystem）

文件系统库的基本概念和常用功能，如文件和目录的创建、删除、遍历、属性查询等操作。

利用文件系统库进行跨平台的文件和目录处理，实现文件管理相关的应用程序，如文件备份、目录同步等功能。

其他新特性

内联变量的支持，在类中定义内联静态成员变量，避免在多个编译单元中重复定义，简化代码结构。

并行算法库的初步介绍，了解如何利用并行算法库（如 std::execution::par）对算法进行并行化处理，提高计算密集型任务的执行效率。

（五）C++20 新特性详解（预计时长：20 课时）

模块（Module）

模块的概念和作用，与传统头文件的区别，模块如何解决头文件带来的编译效率低、命名冲突等问题。

模块的定义、导入和导出语法，创建和使用简单的模块，实现代码的模块化组织和管理。

在大型项目中，模块的应用场景和优势，以及如何进行模块的划分和依赖管理。

概念（Concept）

概念的定义和语法，用于描述模板参数的约束条件，使模板编程更加类型安全和可读。

如何定义自定义概念，以及在模板声明中使用概念进行参数约束，避免模板实例化时出现类型不匹配的错误。

标准库中预定义概念的介绍，如 std::ranges::input_range、std::regular 等，以及如何利用这些概念编写更通用的算法和数据结构。

协程（Coroutine）

协程的基本原理和概念，与线程、进程的区别与联系，协程在异步编程中的优势。

C++20 中协程的语法和使用方法，包括协程的创建、启动、暂停和恢复，通过实例展示如何使用协程实现异步任务的协作式多任务处理。

协程在网络编程、I/O 操作等场景中的应用，如实现异步网络请求、文件读写等功能，提高程序的响应性能和资源利用率。

范围（Range）

范围的概念和接口，理解范围如何抽象迭代器和容器，提供统一的方式来处理序列数据。

范围库（std::ranges）中常用的范围适配器和算法，如 std::views::filter、std::views::transform、std::ranges::sort 等，通过链式调用这些操作，实现对数据序列的高效处理。

在实际项目中，如何利用范围库简化对容器和迭代器的操作，提高代码的可读性和简洁性。

其他新特性

日历和时区库（std::chrono::calendar、std::chrono::time_zone）的介绍，用于处理日期、时间和时区相关的操作，实现日期计算、时间转换等功能。

对原子操作（std::atomic）的更多扩展，如 std::atomic_ref、std::atomic_wait、std::atomic_notify_one 等，增强在多线程环境下对原子变量的操作能力。

新的属性 [[no_unique_address]]，用于优化包含空基类的类的内存布局，减少内存占用。

（六）C++23 新特性详解（预计时长：12 课时）

新语言功能特性测试宏

介绍 C++23 引入的新语言功能特性测试宏，如__cpp_impl_coroutine_early_suspend 等，这些宏用于检测编译器对特定 C++23 新特性的支持情况。

在代码中如何使用这些测试宏，根据编译器的支持情况编写可移植的代码，确保程序在不同编译器环境下的兼容性。

显式对象形参，显式对象成员函数（推导 this）

显式对象形参的语法和作用，如何在成员函数中显式声明对象形参，改变传统 this 指针的隐式传递方式，提高代码的可读性和可维护性。

显式对象成员函数的推导 this 功能，理解其在模板成员函数中的应用，通过实例展示如何利用这一特性简化模板代码。

if consteval / if not consteval

if consteval 和 if not consteval 语句的语法和语义，在编译期根据常量表达式的值选择不同的代码分支，进一步增强编译期条件判断的能力。

在模板编程和元编程中，if consteval /if not consteval 的应用场景，例如根据编译期条件选择不同的模板实例化策略。

多维下标运算符

多维下标运算符的新语法，如 v (1, 3, 7) = 42; 的使用方式，它为多维数组和自定义数据结构提供了更直观的访问方式。

如何在自定义类中重载多维下标运算符，实现对多维数据的高效访问和操作，通过实例展示其在矩阵运算等场景中的应用。

其他新特性

可选的扩展浮点类型（std::float {16|32|64|128}_t 和 std::bfloat16_t）的介绍，了解这些扩展浮点类型的特点和应用场景，以及如何在程序中使用它们进行高精度或低精度的浮点运算。

字符串格式化改进，std::format 函数的增强功能，如对自定义类型的更好支持、格式化选项的扩展等，提高字符串格式化的灵活性和效率。

“平铺（flat）” 容器适配器（std::flat_map、std::flat_multimap、std::flat_set、std::flat_multiset）的介绍，这些容器适配器在内存使用和性能方面的优势，以及在实际项目中的应用场景。

（七）综合实战与项目演练（预计时长：20 课时）

新特性综合应用案例分析

选取多个具有代表性的实际项目案例，详细分析其中如何综合运用 C++11 到 C++23 的新特性来解决实际问题，如提高代码性能、简化代码结构、实现复杂的业务逻辑等。

对案例中的关键代码进行逐行解读，分析每个新特性的使用意图和效果，引导学员理解如何在真实项目环境中合理选择和组合新特性。

项目实践任务布置与指导

布置多个项目实践任务，要求学员运用所学的 C++ 新特性独立完成项目开发。项目主题涵盖数据处理、算法实现、小型应用程序开发等多个领域，以满足不同学员的兴趣和需求。

在学员进行项目实践过程中，提供一对一的指导和答疑，帮助学员解决遇到的技术难题，确保项目顺利进行。同时，引导学员注重代码质量、设计模式和项目管理，培养学员的综合开发能力。

项目展示与点评

组织学员进行项目展示，每个学员有机会向全班同学展示自己的项目成果，包括项目的功能介绍、技术实现细节、所运用的 C++ 新特性以及项目的创新点等。

其他学员和教师对展示的项目进行点评，从功能完整性、技术应用合理性、代码质量、用户体验等多个维度进行评价，提出改进建议和意见。通过项目展示与点评环节，促进学员之间的交流与学习，共同提高项目开发水平。

（八）课程总结与复习（预计时长：4 课时）

课程知识体系回顾

全面回顾从 C++11 到 C++23 各个版本的新特性，梳理整个课程的知识框架，帮助学员建立系统的知识体系。

强调重点和难点知识，对学员在学习过程中容易混淆或理解不深入的知识点进行再次讲解和强化。

学习方法与经验分享

邀请优秀学员分享自己在学习本课程过程中的学习方法和经验，包括如何克服学习困难、如何进行实践练习、如何进行知识总结等。

教师总结本课程的学习要点和技巧，为学员提供后续深入学习 C++ 的建议和方向，鼓励学员持续关注 C++ 语言的发展，不断提升自己的编程能力。

课程考核与反馈

组织课程考核，考核形式包括理论考试和实践操作，全面评估学员对课程知识和技能的掌握程度。

收集学员对课程内容、教学方法、教学进度等方面的反馈意见，以便对课程进行优化和改进，提高教学质量。