Course: 斯坦福大学: C++标准库编程 | C++ Standard Library Programming

🎮 CS106L Lecture 1 — Introduction

🏛 课程：Stanford CS106L — Standard C++ Programming Language

📍 时长：约 1 小时

🎯 目标：理解课程定位、C++ 设计哲学、与现代 C++ 学习路径

🧭 课程定位

CS106L 是 CS106B（基础编程）与 CS107（系统编程）之间的桥梁。

它不强调语法，而强调“如何正确使用现代 C++”。

✅ “你已经能写程序了，这门课教你写出优雅、高效、可维护的 C++。”

📦 课程目标

1. 掌握现代 C++（C++17 / C++20）核心语法
2. 理解 STL（标准模板库）的思想与设计
3. 学会阅读、理解并应用标准库文档
4. 培养“C++ 思维方式”

🏷 关键词速记

C++ Philosophy｜语言哲学

Abstraction｜抽象

Generic Programming｜泛型编程

STL｜标准模板库

Efficiency｜效率

Safety｜安全性

🎮 30 秒课程摘要

“CS106L 不是教你写 C++，而是教你像 C++ 一样思考。”

它让你理解模板、容器、算法、迭代器这些看似复杂的概念背后的哲学。

📚 核心内容讲解

🧩 1️⃣ 为什么要学 C++？

讲师开场提问：

“你为什么还要在 2025 年学习一门 40 年前的语言？”

原因一：性能与控制权（Performance & Control）

• C++ 允许程序员几乎直接操作内存。
• 是“编译到机器的现代语言”。
• 用在游戏引擎（Unreal, Source）、浏览器（Chromium）、AI 框架（PyTorch C++ Backend）中。

原因二：抽象与表达力（Abstraction & Expressiveness）

• C++ 不只是“快”，更是“表达复杂概念的强语言”。
• 你能用模板表达算法抽象，用 RAII 保证资源安全。

原因三：桥梁语言

• C++ 连接高层与底层：
  • 向上 → Python、Rust、C#
  • 向下 → 汇编、操作系统、GPU

📜 教师原话：

“C++ 让你能理解计算机真正做了什么，

同时又能写出如同 Python 一样抽象的代码。”

🧩 2️⃣ C++ 的设计哲学

🏛 “Don’t pay for what you don’t use.”

—— 你只为你用到的功能付出代价。

比如模板、内联函数、constexpr 都遵守此原则。

📦 示例

int square(int x) { return x * x; } // Inline, no call overhead

若编译器能内联，它就不会生成额外的函数调用。

→ 零开销抽象（Zero-cost Abstraction）

🏛 “You control everything, but C++ protects you.”

C++ 给你自由，但也提供智能指针、RAII 来保护你。

📦 示例

{
    std::unique_ptr<int> ptr = std::make_unique<int>(42);
    // 自动释放，不需 delete
}

这是现代 C++ 与 C 最大的区别：安全性提升 + 手感保留。

🏛 “Abstraction without penalty.”

抽象层不应该带来额外性能损耗。

这就是为什么 STL 的容器与算法能几乎与手写 for-loop 一样快。

🧩 3️⃣ CS106L 教学结构

🧩 4️⃣ STL 的灵魂哲学

“STL = 一种语言哲学，而不是一个库。”

STL 由 4 大核心组成：

1️⃣ 容器 Containers：保存数据（vector, list, map）

2️⃣ 迭代器 Iterators：抽象访问

3️⃣ 算法 Algorithms：作用于迭代器的逻辑（sort, find_if, for_each）

4️⃣ 函数对象 Function Objects：使算法与数据解耦

📦 示例

std::vector<int> v = {3, 1, 4, 1, 5};
std::sort(v.begin(), v.end());
for (int n : v) std::cout << n << " ";

“容器只负责保存，算法只负责操作。”

—— 这就是泛型编程 (Generic Programming) 的体现。

🧩 5️⃣ Modern C++ 的“升级理念”

🧩 6️⃣ 学习策略与教师建议

💬 教师建议：

“Don’t memorize C++. Learn to read it.”

—— 不要死记语言细节，要学会从标准库的意图去理解。

🎯 建议学习路径：

1️⃣ 写出一段错误的代码 → 用编译器错误反推机制

2️⃣ 阅读 <algorithm> 源码 → 理解模板推导

3️⃣ 用小型项目（例如文字统计器、学生管理器）实践 STL

📦 示例代码：STL 思维

std::vector<std::string> names = {"Ada", "Grace", "Linus", "Bjarne"};
std::sort(names.begin(), names.end(),
          [](const std::string& a, const std::string& b){
              return a.size() < b.size();
          });
for (auto& name : names)
    std::cout << name << " ";

“这行代码就是现代 C++ 的灵魂：

用算法描述意图，而非写 for 循环。”

🧠 记忆口诀

“抽象不失速，模板不添乱；

STL 不仅是库，更是一种思想。”

🧪 实践练习

✅ 练习 1：使用 STL 容器

创建一个 std::map<std::string, int> 统计单词频率。

✅ 练习 2：使用 Lambda + sort

对 std::vector<Student> 按 GPA 排序。

✅ 练习 3：实现 RAII 思想

封装一个简单的文件自动关闭类：

struct FileGuard {
    FILE* f;
    FileGuard(const char* name) { f = fopen(name, "r"); }
    ~FileGuard() { if (f) fclose(f); }
};

🪄 创作与工程建议

• 在项目中引入 <chrono> 计时模块，观察算法性能差异。
• 用 std::filesystem 实现跨平台文件操作。
• 学会查阅 cppreference.com —— 这是 C++ 最好的“词典”。
• 每周选一个 STL 模块阅读源码（如 <vector>）。

✅ 课程结语

“Learning C++ is learning how to express precision.”

—— 精确，是 C++ 的灵魂。

C++ 不是旧时代的遗物，

而是仍在进化的现代语言 ——

它是 Python 与汇编之间那条最坚实的桥。

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