c++高阶话题

我们已经知道C++中的标准输入输出流，cout和cin现在我们来学习文件读取流和向文件写入流。这就需要用到 C++ 中另一个标准库 fstream，它定义了三个新的数据类型：

数据类型	描述
ofstream	该数据类型表示输出文件流，用于创建文件并向文件写入信息。（输出流对应写操作）
ifstream	该数据类型表示输入文件流，用于从文件读取信息。（输入流对应读操作）
fstream	该数据类型通常表示文件流，且同时具有 ofstream 和 ifstream 两种功能，这意味着它可以创建文件，向文件写入信息，从文件读取信息。

要在 C++ 中进行文件处理，必须在 C++ 源代码文件中包含头文件 和 。

下面是 open() 函数的标准语法，open() 函数是 fstream、ifstream 和 ofstream 对象的一个成员。

void open(const char *filename, ios::openmode mode);

在这里，open() 成员函数的第一参数指定要打开的文件的名称和位置，第二个参数定义文件被打开的模式。

模式标志	描述
ios::app	追加模式。所有写入都追加到文件末尾。
ios::ate	文件打开后定位到文件末尾。
ios::in	打开文件用于读取。
ios::out	打开文件用于写入。
ios::trunc	如果该文件已经存在，其内容将在打开文件之前被截断，即把文件长度设为 0。

您可以把以上两种或两种以上的模式结合使用。例如，如果您想要以写入模式打开文件，并希望截断文件，以防文件已存在，那么您可以使用下面的语法：

ofstream outfile;
outfile.open("file.dat", ios::out | ios::trunc );

类似地，您如果想要打开一个文件用于读写，可以使用下面的语法：

fstream  afile;
afile.open("file.dat", ios::out | ios::in );

下面的 C++ 程序以读写模式打开一个文件。在向文件 afile.dat 写入用户输入的信息之后，程序从文件读取信息，并将其输出到屏幕上：

#include 
#include 
using namespace std;
 
int main ()
{
    
   char data[100];

   // 以写模式打开文件
   ofstream outfile;（首先定义一个文件输出流对象）
   outfile.open("afile.dat");

   cout << "Writing to the file" << endl;
   cout << "Enter your name: "; 
   cin.getline(data, 100);（从控制台输入数据）

   // 向文件写入用户输入的数据
   outfile << data << endl;（文件输出流对应的是文件写入，因为是从外部输出到文件内部）

   cout << "Enter your age: "; 
   cin >> data;
   cin.ignore();
   
   // 再次向文件写入用户输入的数据
   outfile << data << endl;

   // 关闭打开的文件
   outfile.close();

   // 以读模式打开文件
   ifstream infile;（定义一个文件输入流） 
   infile.open("afile.dat"); 
 
   cout << "Reading from the file" << endl; 
   infile >> data; （文件输入流对应的是数据读出，因为是将文件数据输入到外部）

   // 在屏幕上写入数据
   cout << data << endl;
   
   // 再次从文件读取数据，并显示它
   infile >> data; 
   cout << data << endl; 

   // 关闭打开的文件
   infile.close();

   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列输入和输出：

$./a.out
Writing to the file
Enter your name: Zara
Enter your age: 9
Reading from the file
Zara
9

接下来我们讲一下C++中的抛出异常，与Java相差不大

您可以使用 throw 语句在代码块中的任何地方抛出异常。throw 语句的操作数可以是任意的表达式，表达式的结果的类型决定了抛出的异常的类型。

以下是尝试除以零时抛出异常的实例：throw就像Java中的log.e

double division(int a, int b)
{
   if( b == 0 )
   {
      throw "Division by zero condition!";
   }
   return (a/b);
}

由于我们抛出了一个类型为 const char* 的异常，因此，当捕获该异常时，我们必须在 catch 块中使用 const char*

try {
     z = division(x, y);
     cout << z << endl;
   }catch (const char* msg) {
     cerr << msg << endl;
   }

您可以通过继承和重载 exception 类来定义新的异常。下面的实例演示了如何使用 std::exception 类来实现自己的异常：

#include 
#include 
using namespace std;

struct MyException : public exception
{
  const char * what () const throw ()
  {
    return "C++ Exception";
  }
};
 
int main()
{
  try
  {
    throw MyException();
  }
  catch(MyException& e)
  {
    std::cout << "MyException caught" << std::endl;
    std::cout << e.what() << std::endl;
  }
  catch(std::exception& e)
  {
    //其他的错误
  }
}

这将产生以下结果：

MyException caught
C++ Exception

在这里，what() 是异常类提供的一个公共方法，它已被所有子异常类重载。这将返回异常产生的原因。

C++ 程序中的内存分为两个部分：

• 栈：在函数内部声明的所有变量都将占用栈内存。
• 堆：这是程序中未使用的内存，在程序运行时可用于动态分配内存。

我们可以按照下面的语句使用 new 运算符来进行动态内存分配：

double* pvalue  = NULL; // 初始化为 null 的指针
pvalue  = new double;   // 为变量请求内存

如果自由存储区已被用完，可能无法成功分配内存。所以建议检查 new 运算符是否返回 NULL 指针，并采取以下适当的操作：

double* pvalue  = NULL;
if( !(pvalue  = new double ))
{
   cout << "Error: out of memory." <<endl;
   exit(1);

}

malloc() 函数在 C 语言中就出现了，在 C++ 中仍然存在，但建议尽量不要使用 malloc() 函数。new 与 malloc() 函数相比，其主要的优点是，new 不只是分配了内存，它还创建了对象。

在任何时候，当您觉得某个已经动态分配内存的变量不再需要使用时，您可以使用delete 操作符释放它所占用的内存，如下所示：

delete pvalue;        // 释放 pvalue 所指向的内存

接下来我们再来看看C++编程中的模板：

模板是泛型编程的基础，泛型编程即以一种独立于任何特定类型的方式编写代码。

每个容器都有一个单一的定义，比如 向量，我们可以定义许多不同类型的向量，比如 vector  或 vector 。

模板函数定义的一般形式如下所示：

template <class type> ret-type func-name(parameter list)
{
   // 函数的主体
}  

下面是函数模板的实例，返回两个数中的最大值：

#include 
#include 

using namespace std;

template <typename T>//相当于定义泛型名称，不加分号
inline T const& Max (T const& a, T const& b) 
{ 
    return a < b ? b:a; 
} 
int main ()
{
 
    int i = 39;
    int j = 20;
    cout << "Max(i, j): " << Max(i, j) << endl; 

    double f1 = 13.5; 
    double f2 = 20.7; 
    cout << "Max(f1, f2): " << Max(f1, f2) << endl; 

    string s1 = "Hello"; 
    string s2 = "World"; 
    cout << "Max(s1, s2): " << Max(s1, s2) << endl; //字符串的大小比较

   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Max(i, j): 39
Max(f1, f2): 20.7
Max(s1, s2): World

我们也可以定义类模板。泛型类声明的一般形式如下所示：

template <class type> class class-name {
.
.
.
}

下面的实例定义了类 Stack<>，并实现了泛型方法来对元素进行入栈出栈操作：

接下来我们说一下C++中的预处理指令

预处理器是一些指令，指示编译器在实际编译之前所需完成的预处理。

所有的预处理器指令都是以井号（#）开头，只有空格字符可以出现在预处理指令之前。预处理指令不是 C++ 语句，所以它们不会以分号（;）结尾。

#define 预处理指令用于创建符号常量。该符号常量通常称为宏，指令的一般形式是：

#define macro-name replacement-text 

当这一行代码出现在一个文件中时，在该文件中后续出现的所有宏都将会在程序编译之前被替换为 replacement-text。

您可以使用 #define 来定义一个带有参数的宏，如下所示：

#include 
using namespace std;

#define MIN(a,b) (((a)<(b)) ? a : b)//注意是小括号不是大括号

int main ()
{
   int i, j;
   i = 100;
   j = 30;
   cout <<"The minimum is " << MIN(i, j) << endl;

    return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

The minimum is 30

有几个指令可以用来有选择地对部分程序源代码进行编译。这个过程被称为条件编译。

条件预处理器的结构与 if 选择结构很像。请看下面这段预处理器的代码：

#ifndef NULL
   #define NULL 0
#endif

您可以只在调试时进行编译，调试开关可以使用一个宏来实现，如下所示：

#ifdef DEBUG
   cerr <<"Variable x = " << x << endl;
#endif

如果在指令 #ifdef DEBUG 之前已经定义了符号常量 DEBUG，（

#define DEBUG

）则会对程序中的 cerr 语句进行编译。您可以使用 #if 0 语句注释掉程序的一部分，如下所示：

#if 0
   不进行编译的代码
#endif

## 运算符用于连接两个令牌。下面是一个实例：

#define CONCAT( x, y )  x ## y

当 CONCAT 出现在程序中时，它的参数会被连接起来，并用来取代宏。例如，程序中 CONCAT(HELLO, C++) 会被替换为 "HELLO C++"，如下面实例所示。

#include 
using namespace std;

#define concat(a, b) a ## b
int main()
{
   int xy = 100;
   
   cout << concat(x, y);
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

100

C++ 提供了下表所示的一些预定义宏：

宏	描述
__LINE__	这会在程序编译时包含当前行号。
__FILE__	这会在程序编译时包含当前文件名。
__DATE__	这会包含一个形式为 month/day/year 的字符串，它表示把源文件转换为目标代码的日期。
__TIME__	这会包含一个形式为 hour:minute:second 的字符串，它表示程序被编译的时间。

让我们看看上述这些宏的实例：

#include 
using namespace std;

int main ()
{
    cout << "Value of __LINE__ : " << __LINE__ << endl;
    cout << "Value of __FILE__ : " << __FILE__ << endl;
    cout << "Value of __DATE__ : " << __DATE__ << endl;
    cout << "Value of __TIME__ : " << __TIME__ << endl;

    return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Value of __LINE__ : 6
Value of __FILE__ : test.cpp
Value of __DATE__ : Feb 28 2011
Value of __TIME__ : 18:52:48

接下来我们一起来看看C++中的又一难点：信号处理

信号是由操作系统传给进程的中断，会提早终止一个程序。在 UNIX、LINUX、Mac OS X 或 Windows 系统上，可以通过按 Ctrl+C 产生中断。

有些信号不能被程序捕获，但是下表所列信号可以在程序中捕获，并可以基于信号采取适当的动作。这些信号是定义在 C++ 头文件 中。

信号	描述
SIGABRT	程序的异常终止，如调用 abort。
SIGFPE	错误的算术运算，比如除以零或导致溢出的操作。
SIGILL	检测非法指令。
SIGINT	接收到交互注意信号。
SIGSEGV	非法访问内存。
SIGTERM	发送到程序的终止请求。

使用 signal() 函数捕获 SIGINT 信号。不管您想在程序中捕获什么信号，您都必须使用 signal 函数来注册信号，并将其与信号处理程序相关联。

您可以使用函数 raise() 生成信号，该函数带有一个整数信号编号作为参数，语法如下：

int raise (signal sig);

在这里，sig 是要发送的信号的编号，这些信号包括：SIGINT、SIGABRT、SIGFPE、SIGILL、SIGSEGV、SIGTERM、SIGHUP。以下是我们使用 raise() 函数内部生成信号的实例：

#include 
#include 

using namespace std;

void signalHandler( int signum )
{
    cout << "Interrupt signal (" << signum << ") received.\n";

    // 清理并关闭
    // 终止程序 

   exit(signum);  

}

int main ()
{
    int i = 0;
    // 注册信号 SIGINT 和信号处理程序
    signal(SIGINT, signalHandler);  

    while(++i){
       cout << "Going to sleep...." << endl;
       if( i == 3 ){
          raise( SIGINT);//此处相当于Ctrl+C强行终止
       }
       sleep(1);
    }

    return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果，并会自动退出：

Going to sleep....
Going to sleep....
Going to sleep....
Interrupt signal (2) received.

下面讲C++中的多线程

C++ 不包含多线程应用程序的任何内置支持。相反，它完全依赖于操作系统来提供此功能。

下面的程序，我们可以用它来创建一个 POSIX 线程：

#include 
pthread_create (thread, attr, start_routine, arg) 

在这里，pthread_create 创建一个新的线程，并让它可执行。下面是关于参数的说明：

参数	描述
thread	指向线程标识符指针。
attr	一个不透明的属性对象，可以被用来设置线程属性。您可以指定线程属性对象，也可以使用默认值 NULL。
start_routine	线程运行函数起始地址，一旦线程被创建就会执行。
arg	运行函数的参数。它必须通过把引用作为指针强制转换为 void 类型进行传递。如果没有传递参数，则使用 NULL。

创建线程成功时，函数返回 0，若返回值不为 0 则说明创建线程失败。

使用下面的程序，我们可以用它来终止一个 POSIX 线程：

#include 
pthread_exit (status) 

在这里，pthread_exit 用于显式地退出一个线程。通常情况下，pthread_exit() 函数是在线程完成工作后无需继续存在时被调用。

如果 main() 是在它所创建的线程之前结束，并通过 pthread_exit() 退出，那么其他线程将继续执行。否则，它们将在 main() 结束时自动被终止。

以下简单的实例代码使用 pthread_create() 函数创建了 5 个线程，并接收传入的参数。每个线程打印一个 "Hello Runoob!" 消息，并输出接收的参数，然后调用 pthread_exit() 终止线程。

//文件名：test.cpp

#include 
#include 
#include 

using namespace std;

#define NUM_THREADS     5

void *PrintHello(void *threadid)
{  
   // 对传入的参数进行强制类型转换，由无类型指针变为整形数指针，然后再读取
   int tid = *((int*)threadid);
   cout << "Hello Runoob! 线程 ID, " << tid << endl;
   pthread_exit(NULL);
}

int main ()
{
   pthread_t threads[NUM_THREADS];
   int indexes[NUM_THREADS];// 用数组来保存i的值
   int rc;
   int i;
   for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){      
      cout << "main() : 创建线程, " << i << endl;
      indexes[i] = i; //先保存i的值
      // 传入的时候必须强制转换为void* 类型，即无类型指针        
      rc = pthread_create(&threads[i], NULL, 
                          PrintHello, (void *)&(indexes[i]));
      if (rc){
         cout << "Error:无法创建线程," << rc << endl;
         exit(-1);
      }
   }
   pthread_exit(NULL);
}

我们可以使用以下两个函数来连接或分离线程：

pthread_join (threadid, status) 
pthread_detach (threadid) 

pthread_join() 子程序阻碍调用程序，直到指定的 threadid 线程终止为止。当创建一个线程时，它的某个属性会定义它是否是可连接的（joinable）或可分离的（detached）。只有创建时定义为可连接的线程才可以被连接。如果线程创建时被定义为可分离的，则它永远也不能被连接。

这个实例演示了如何使用 pthread_join() 函数来等待线程的完成。

#include 
#include 
#include 
#include 

using namespace std;

#define NUM_THREADS     5

void *wait(void *t)
{
   int i;
   long tid;

   tid = (long)t;

   sleep(1);
   cout << "Sleeping in thread " << endl;
   cout << "Thread with id : " << tid << "  ...exiting " << endl;
   pthread_exit(NULL);
}

int main ()
{
   int rc;
   int i;
   pthread_t threads[NUM_THREADS];
   pthread_attr_t attr;
   void *status;

   // 初始化并设置线程为可连接的（joinable）
   pthread_attr_init(&attr);
   pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE);

   for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){
      cout << "main() : creating thread, " << i << endl;
      rc = pthread_create(&threads[i], NULL, wait, (void *)i );
      if (rc){
         cout << "Error:unable to create thread," << rc << endl;
         exit(-1);
      }
   }

   // 删除属性，并等待其他线程
   pthread_attr_destroy(&attr);
   for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){
      rc = pthread_join(threads[i], &status);
      if (rc){
         cout << "Error:unable to join," << rc << endl;
         exit(-1);
      }
      cout << "Main: completed thread id :" << i ;
      cout << "  exiting with status :" << status << endl;
   }

   cout << "Main: program exiting." << endl;
   pthread_exit(NULL);
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

main() : creating thread, 0
main() : creating thread, 1
main() : creating thread, 2
main() : creating thread, 3
main() : creating thread, 4
Sleeping in thread 
Thread with id : 4  ...exiting 
Sleeping in thread 
Thread with id : 3  ...exiting 
Sleeping in thread 
Thread with id : 2  ...exiting 
Sleeping in thread 
Thread with id : 1  ...exiting 
Sleeping in thread 
Thread with id : 0  ...exiting 
Main: completed thread id :0  exiting with status :0
Main: completed thread id :1  exiting with status :0
Main: completed thread id :2  exiting with status :0
Main: completed thread id :3  exiting with status :0
Main: completed thread id :4  exiting with status :0
Main: program exiting.

最后我们来看一下C++中的WEB编程：

• 公共网关接口（CGI），是一套标准，定义了信息是如何在 Web 服务器和客户端脚本之间进行交换的。

公共网关接口（CGI），是使得应用程序（称为 CGI 程序或 CGI 脚本）能够与 Web 服务器以及客户端进行交互的标准协议。这些 CGI 程序可以用 Python、PERL、Shell、C 或 C++ 等进行编写。

GET 方法是默认的从浏览器向 Web 服务器传信息的方法，它会在浏览器的地址栏中生成一串很长的字符串。当您向服务器传密码或其他一些敏感信息时，不要使用 GET 方法。GET 方法有大小限制，在一个请求字符串中最多可以传 1024 个字符。

当使用 GET 方法时，是使用 QUERY_STRING http 头来传递信息，在 CGI 程序中可使用 QUERY_STRING 环境变量来访问。

您可以通过在 URL 后跟上简单连接的键值对，也可以通过使用 HTML

标签的 GET 方法来传信息。

HTTP 协议是一种无状态的协议。但对于一个商业网站，它需要在不同页面间保持会话信息。例如，一个用户在完成多个页面的步骤之后结束注册。但是，如何在所有网页中保持用户的会话信息。

在许多情况下，使用 cookies 是记忆和跟踪有关用户喜好、购买、佣金以及其他为追求更好的游客体验或网站统计所需信息的最有效的方法。

服务器以 cookie 的形式向访客的浏览器发送一些数据。如果浏览器接受了 cookie，则 cookie 会以纯文本记录的形式存储在访客的硬盘上。现在，当访客访问网站上的另一个页面时，会检索 cookie。一旦找到 cookie，服务器就知道存储了什么。

cookie 是一种纯文本的数据记录，带有 5 个可变长度的字段：

• Expires : cookie 的过期日期。如果此字段留空，cookie 会在访客退出浏览器时过期。
• Domain : 网站的域名。
• Path : 设置 cookie 的目录或网页的路径。如果您想从任意的目录或网页检索 cookie，此字段可以留空。
• Secure : 如果此字段包含单词 "secure"，那么 cookie 只能通过安全服务器进行检索。如果此字段留空，则不存在该限制。
• Name=Value : cookie 以键值对的形式被设置和获取。

向浏览器发送 cookies 是非常简单的。这些 cookies 会在 Content-type 字段之前，与 HTTP 头一起被发送。假设您想设置 UserID 和 Password 为 cookies，设置 cookies 的步骤如下所示：

#include 
using namespace std;

int main ()
{
 
   cout << "Set-Cookie:UserID=XYZ;\r\n";
   cout << "Set-Cookie:Password=XYZ123;\r\n";
   cout << "Set-Cookie:Domain=www.w3cschool.cc;\r\n";
   cout << "Set-Cookie:Path=/perl;\n";
   cout << "Content-type:text/html\r\n\r\n";

   cout << "\n";
   cout << "\n";
   cout << "\n";
   cout << "\n";
   cout << "\n";

   cout << "设置 cookies" << endl;  
  
   cout << "
\n";
   cout << "\n";
   cout << "\n";
   
   return 0;
}

从这个实例中，我们了解了如何设置 cookies。我们使用 Set-Cookie HTTP 头来设置 cookies。

在这里，有一些设置 cookies 的属性是可选的，比如 Expires、Domain 和 Path。值得注意的是，cookies 是在发送行 "Content-type:text/html\r\n\r\n 之前被设置的。

检索所有设置的 cookies 是非常简单的。cookies 被存储在 CGI 环境变量 HTTP_COOKIE 中，且它们的形式如下：

key1=value1;key2=value2;key3=value3....

下面的实例演示了如何获取 cookies。

#include 
#include   
#include   
#include   
#include  

#include  
#include  
#include  
#include 

using namespace std;
using namespace cgicc;

int main ()
{
   Cgicc cgi;
   const_cookie_iterator cci;

   cout << "Content-type:text/html\r\n\r\n";
   cout << "\n";
   cout << "\n";
   cout << "\n";
   cout << "\n";
   cout << "\n";
   cout << "";
   
   // 获取环境变量
   const CgiEnvironment& env = cgi.getEnvironment();

   for( cci = env.getCookieList().begin();
        cci != env.getCookieList().end(); 
        ++cci )
   {
      cout << "\n";
   }
   cout << "
" << cci->getName() << "
";
      cout << cci->getValue();                                 
      cout << "
<\n";
  
   cout << "
\n";
   cout << "\n";
   cout << "\n";
   
   return 0;
}

现在，编译上面的程序，生成 getcookies.cgi，并尝试使用下面的链接获取您的计算机上所有可用的 cookies：

/cgi-bin/getcookies.cgi

这会产生一个列表，显示了上一节中设置的四个 cookies 以及您的计算机上所有其他的 cookies：

UserID XYZ 
Password XYZ123 
Domain www.w3cschool.cc 
Path /perl