C++ 从入门到精通课程大纲

C++ 从入门到精通课程大纲
设计理念：采用“基础→核心→高级→实战”四阶段螺旋式教学，结合理论讲解、代码演示、项目实践（70% 实操占比），培养工程级开发能力。

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目录结构

1. 第一阶段：C++编程基础
2. 第二阶段：C++核心编程
3. 第三阶段：C++高级编程
4. 第四阶段：实战项目开发
附录：学习资源与工具链  

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详细大纲
一、第一阶段：C++编程基础
目标：掌握语法基础与结构化编程能力

1. 环境与基础语法
   • 编译器配置（GCC/Clang VS）、CMake基础
   • 数据类型：int/double/char、类型转换、auto关键字
   • 运算符：算术/逻辑/位运算、优先级解析
2. 流程控制
   • 分支语句：if-else、switch（穿透问题分析）
   • 循环结构：for/while循环优化、范围for循环
3. 函数与内存模型
   • 函数定义：参数传递（值/引用）、返回值优化（RVO）
   • 内存布局：栈帧原理、constexpr函数
4. 复合数据类型
   • 数组与指针：多维数组、指针算术运算
   • 结构体：内存对齐、位域应用

实践项目：

• 终端计算器（支持表达式解析）
• 文件数据统计工具（词频分析）

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二、第二阶段：C++核心编程
目标：深入面向对象与资源管理

1. 类与对象
   • 封装：构造/析构函数、成员初始化列表
   • 继承：多态机制、虚函数表剖析
   • 运算符重载：友元函数设计原则
2. 动态内存管理
   • new/delete原理、RAII范式
   • 智能指针：unique_ptr、shared_ptr（循环引用解决方案）
3. 标准库容器
   • 序列容器：vector内存扩容策略、list应用场景
   • 关联容器：map/unordered_map性能对比
4. I/O与文件处理
   • 流体系：fstream、字符串流格式化
   • 异常处理：try-catch机制、异常安全设计

实践项目：

• 图书馆管理系统（OOP设计）
• 实时日志分析器（STL容器综合应用）

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三、第三阶段：C++高级编程
目标：掌握元编程与系统级开发

1. 模板与泛型
   • 函数模板：类型推导规则（decltype）
   • 类模板：特化与偏特化、SFINAE技巧
2. 并发编程
   • 线程管理：std::thread、原子操作
   • 同步机制：互斥锁、条件变量、异步编程（future/promise）
3. 移动语义与完美转发
   • 右值引用：移动构造函数实现
   • std::move/std::forward原理剖析
4. 元编程与编译期计算
   • constexpr进阶、模板元编程（TMP）案例
   • 类型萃取（Type Traits）应用

实践项目：

• 并行排序算法性能测试（OpenMP集成）
• 轻量级JSON解析器（模板元编程实现）

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四、第四阶段：实战项目开发
目标：工业级项目开发能力培养

项目类型	技术栈	能力目标
游戏引擎模块	ECS架构、OpenGL渲染	内存池设计、组件化开发
高性能网络库	Reactor模型、Boost.Asio	异步I/O、协议定制
数据库中间件	SQL解析器、连接池优化	资源生命周期管理
机器学习推理	ONNX Runtime集成、算子加速	SIMD指令优化、模板泛化设计

项目流程：

1. 需求分析 → 技术方案评审
2. 模块化编码 → 单元测试（Google Test）
3. 性能调优 → CI/CD部署（Jenkins）

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教学方法

• 分层递进：每阶段设置“知识→代码→Debug→重构”四步训练
• 代码审阅：每周提交GitHub仓库，进行PR评审（模拟工业流程）
• 性能实验室：使用Valgrind/Perf分析内存与CPU瓶颈

附录：工具与资源

1. 开发工具：VSCode + Clangd、CLion  
2. 调试工具：GDB GUI插件、Sanitizers  
3. 经典教材：  
   - 《C++ Primer》（第5版）  
   - 《Effective Modern C++》  
4. 开源项目：  
   - LevelDB（存储引擎学习）  
   - Godot Engine（游戏开发框架）

本大纲基于 C++20 标准设计，每章节配备针对性练习题库（200+题目），可通过动态调整项目难度适应不同基础学员。建议学习周期：6个月