高桥麻奈 C++ 入门教材第 5 版：16 课总复习

来源、版次与标准边界

“高桥麻奈 C++ 入门教材第 5 版：16 课总复习”以 SB Creative 出版社书页核定高桥麻奈著、第 5 版、2017 年 6 月 14 日发行、ISBN 978-4-7973-9259-3；出版社页面标 596 页。CiNii Books 书目与 16 课目录记录正文 xxiii+571 页，日本国会图书馆书目记录 571 页。页数口径存在前置页差异，因此本课程不拿页码充当目录证据。

“高桥麻奈 C++ 入门教材第 5 版：16 课总复习”的中文说明、示例、交互、练习和答案均为独立教学重写。公开资料只确认 16 个 Lesson 标题；本页列出的细分概念是课程教学映射，不冒充原书逐级小节。技术规则参考 ISO C++ 标准入口复核，但 2017 年教材的 Visual Studio 2017 语境不会被静默升级为 C++23；现代写法只能明确标为迁移说明。

围绕“怎样用一个可重放项目证明 16 课知识已经形成系统，而不是分别背过语法？”，本页要求保留“干净构建日志、输入输出文件、边界表、对象生命周期、参数哈希、流状态和故障注入记录。”。若故障“只核对最终输出文本，不保存编译、边界、生命周期和流状态证据”无法在同一输入下制造首个分岔，应拒绝当前解释，而不是追加随机样例。

为什么总复习要从失败反推证据

逐课学习时，可以把注意力集中在一个概念；综合程序失败时，现象会跨课传播。文件里出现重复记录，可能是 ios::app 模式，也可能是循环多执行一次；派生对象行为消失，可能是未写 virtual，也可能是按基类值复制发生切片。总复习的任务是建立诊断顺序，而不是再读一遍摘要。

第一组证据：源码、构建与值

Lesson 1–4 要回答三件事：执行的是否是当前源码，输入是否被目标类型正确读取，表达式是否按预期分组和转换。保留完整编译命令、警告和输入；删掉旧可执行文件后重建，才能排除旧产物。

Lesson 10 把这条链扩展到多文件：调用点只需声明即可编译，但最终链接必须找到唯一匹配定义。编译错误和链接错误处于不同阶段，不能用同一种 include 修法。

第二组证据：路径、边界与函数契约

Lesson 5–7 要先枚举输入集合，再实现条件、循环和函数。成绩范围可分为非法、0–59、60–89、90–100；循环每轮必须消费一条新记录或推进下标；函数要说明输入合法域、返回值和失败方式。

std::string grade(int score) {
    if (score < 0 || score > 100) return "invalid";
    if (score >= 90) return "A";
    if (score >= 60) return "pass";
    return "retry";
}

先预测 -1, 0, 59, 60, 89, 90, 100, 101 的结果，再运行断言。若函数只在 85 分通过，不能证明边界无空洞。

第三组证据：地址、长度与数据形状

Lesson 8–9 要同时记录对象生命周期与数组长度。裸指针只说明地址，不携带数组实际长度；数组参数会调整为首元素指针。任何遍历都要给出半开区间 [0,count)，任何返回地址都要证明目标对象在使用时仍存在。

Lesson 11 决定记录的形状：同时存在的姓名和分数用 struct/class；有限状态用 enum；互斥表示才考虑带标签 union。类型选择应反映不变量，而不是只求占用字节少。

第四组证据：对象从构造到销毁保持合法

Lesson 12–13 用 private 状态、领域操作和构造函数守住分数范围；析构只释放当前对象直接拥有的资源。Lesson 14–15 要证明派生对象能替换基类，override 经基类引用/指针分派，经基类指针删除时基类析构为 virtual。

class ScoreRecord {
public:
    ScoreRecord(std::string name, int score)
        : name_{std::move(name)}, score_{score} {
        if (name_.empty() || score_ < 0 || score_ > 100) {
            throw std::invalid_argument{"invalid score record"};
        }
    }
 
    const std::string& name() const { return name_; }
    int score() const { return score_; }
 
private:
    std::string name_;
    int score_;
};

不要为了展示继承而制造 HonorStudent 改写分数标准：若两种记录不满足同一替换契约，组合或显式策略更准确。继承是语义关系，不是总代码复用工具。

第五组证据：文件往返闭合全书

Lesson 16 把内存状态写到外部世界。路径必须可定位，覆盖/追加模式必须明确，字段格式与范围必须固定，每次提取由流状态决定。写入成功后关闭并重新打开，把内容解析成新对象，再比较记录数和字段。

bool save(const std::filesystem::path& path,
          const ScoreRecord records[], std::size_t count) {
    std::ofstream output{path};
    if (!output) return false;
    for (std::size_t i = 0; i < count; ++i) {
        output << records[i].name() << ' ' << records[i].score() << '\n';
    }
    return static_cast<bool>(output);
}

从现象回到正确 Lesson

诊断顺序应从最早失败阶段开始：先看能否编译，再看能否链接，然后看输入路径和边界，随后检查地址/生命周期、对象分派与不变量，最后检查路径、模式、格式和流状态。越早定位，越少无关修改。

每次只改变一个条件并保留原始证据，避免多个修复同时发生后无法判断真正根因。

用故障注入做最终验收

先预测每个故障会在哪一层被拒绝，再实施修改。若非法分数进入对象、半条记录复用旧值、追加导致记录翻倍或派生对象被切片，就沿图中的课程和证据回退修复。

正式节点与章专属证据

• Lesson 1：迈出第一步：在“高桥麻奈 C++ 入门教材第 5 版：16 课总复习”中核对输入、状态变化、失败模式和可复现证据；第 1 个节点必须能回到“同一输入文件和构建命令必须产生同一对象状态、输出文件与退出状态。”。
• Lesson 2：C++ 的基本结构：在“高桥麻奈 C++ 入门教材第 5 版：16 课总复习”中核对输入、状态变化、失败模式和可复现证据；第 2 个节点必须能回到“同一输入文件和构建命令必须产生同一对象状态、输出文件与退出状态。”。
• Lesson 3：变量：在“高桥麻奈 C++ 入门教材第 5 版：16 课总复习”中核对输入、状态变化、失败模式和可复现证据；第 3 个节点必须能回到“同一输入文件和构建命令必须产生同一对象状态、输出文件与退出状态。”。
• Lesson 4：表达式与运算符：在“高桥麻奈 C++ 入门教材第 5 版：16 课总复习”中核对输入、状态变化、失败模式和可复现证据；第 4 个节点必须能回到“同一输入文件和构建命令必须产生同一对象状态、输出文件与退出状态。”。
• Lesson 5：按情况处理：在“高桥麻奈 C++ 入门教材第 5 版：16 课总复习”中核对输入、状态变化、失败模式和可复现证据；第 5 个节点必须能回到“同一输入文件和构建命令必须产生同一对象状态、输出文件与退出状态。”。
• Lesson 6：反复执行：在“高桥麻奈 C++ 入门教材第 5 版：16 课总复习”中核对输入、状态变化、失败模式和可复现证据；第 6 个节点必须能回到“同一输入文件和构建命令必须产生同一对象状态、输出文件与退出状态。”。
• Lesson 7：函数：在“高桥麻奈 C++ 入门教材第 5 版：16 课总复习”中核对输入、状态变化、失败模式和可复现证据；第 7 个节点必须能回到“同一输入文件和构建命令必须产生同一对象状态、输出文件与退出状态。”。
• Lesson 8：指针：在“高桥麻奈 C++ 入门教材第 5 版：16 课总复习”中核对输入、状态变化、失败模式和可复现证据；第 8 个节点必须能回到“同一输入文件和构建命令必须产生同一对象状态、输出文件与退出状态。”。
• Lesson 9：数组：在“高桥麻奈 C++ 入门教材第 5 版：16 课总复习”中核对输入、状态变化、失败模式和可复现证据；第 9 个节点必须能回到“同一输入文件和构建命令必须产生同一对象状态、输出文件与退出状态。”。
• Lesson 10：构建大型程序：在“高桥麻奈 C++ 入门教材第 5 版：16 课总复习”中核对输入、状态变化、失败模式和可复现证据；第 10 个节点必须能回到“同一输入文件和构建命令必须产生同一对象状态、输出文件与退出状态。”。
• Lesson 11：各种类型：在“高桥麻奈 C++ 入门教材第 5 版：16 课总复习”中核对输入、状态变化、失败模式和可复现证据；第 11 个节点必须能回到“同一输入文件和构建命令必须产生同一对象状态、输出文件与退出状态。”。
• Lesson 12：类的基本：在“高桥麻奈 C++ 入门教材第 5 版：16 课总复习”中核对输入、状态变化、失败模式和可复现证据；第 12 个节点必须能回到“同一输入文件和构建命令必须产生同一对象状态、输出文件与退出状态。”。
• Lesson 13：类的功能：在“高桥麻奈 C++ 入门教材第 5 版：16 课总复习”中核对输入、状态变化、失败模式和可复现证据；第 13 个节点必须能回到“同一输入文件和构建命令必须产生同一对象状态、输出文件与退出状态。”。
• Lesson 14：新的类：在“高桥麻奈 C++ 入门教材第 5 版：16 课总复习”中核对输入、状态变化、失败模式和可复现证据；第 14 个节点必须能回到“同一输入文件和构建命令必须产生同一对象状态、输出文件与退出状态。”。
• Lesson 15：类的高级主题：在“高桥麻奈 C++ 入门教材第 5 版：16 课总复习”中核对输入、状态变化、失败模式和可复现证据；第 15 个节点必须能回到“同一输入文件和构建命令必须产生同一对象状态、输出文件与退出状态。”。
• Lesson 16：文件输入输出：在“高桥麻奈 C++ 入门教材第 5 版：16 课总复习”中核对输入、状态变化、失败模式和可复现证据；第 16 个节点必须能回到“同一输入文件和构建命令必须产生同一对象状态、输出文件与退出状态。”。

先用输入合同检查本页正式节点，再在相同初值下逐步比较正常和失败轨迹，最后只启用“只核对最终输出文本，不保存编译、边界、生命周期和流状态证据”完成反例与复位。三个交互都必须能独立重置，且重置后再次满足“同一输入文件和构建命令必须产生同一对象状态、输出文件与退出状态。”。

小结

• 官方 16 课最终形成源码、构建、路径、内存、对象与文件的端到端证据链
• 条件、循环和函数先靠边界样例集证明，数组和指针再增加地址、长度与生命周期契约
• class 的核心是有效对象闸门；继承与多态还要证明替换、分派、所有权和析构
• 文件打开不是保存完成，必须以写后状态、独立重读和字段比较闭合往返
• 总复习的完成标准是能制造并定位失败，不是能背章节名称或只跑通一次正常样例

名词解释