C++ 教學

第1課：C++ 簡介與第一個程式

進階

了解什麼是 C++，它與 C 語言的差異和優勢，並編寫你的第一個 C++ 程式。

什麼是 C++？

C++ 是由 Bjarne Stroustrup 在 1980 年代於貝爾實驗室開發的程式語言。它是 C 語言的擴展，最初被稱為「C with Classes」。

C++ 的核心特色：

物件導向：支援封裝、繼承、多型等 OOP 概念
高效能：接近硬體層級的控制，執行速度快
泛型程式設計：模板系統支援泛型程式設計
STL：標準模板庫提供豐富的容器和演算法
向下相容：幾乎所有 C 程式碼都可以在 C++ 中執行
多重程式設計範式：支援程序式、物件導向、泛型程式設計

你的第一個 C++ 程式：

// hello.cpp
// 這是你的第一個 C++ 程式

#include   // 輸入輸出串流
#include     // 字串類別

// 使用標準命名空間（可選）
using namespace std;

int main() {
    // 輸出文字到控制台
    cout << "Hello, World!" << endl;
    cout << "歡迎來到 C++ 的世界！" << endl;
    cout << "C++ 是一種強大的程式語言" << endl;

    // 宣告和使用變數
    string language = "C++";        // 字串
    int year = 1985;               // 整數
    double version = 20.0;         // 浮點數
    bool isObjectOriented = true;  // 布林值

    // 使用串流輸出變數
    cout << "程式語言：" << language << endl;
    cout << "發布年份：" << year << endl;
    cout << "目前版本：" << version << endl;
    cout << "物件導向：" << (isObjectOriented ? "是" : "否") << endl;

    // 程式正常結束
    return 0;
}

程式碼解釋：

#include <iostream>：引入輸入輸出串流函式庫
#include <string>：引入字串類別
using namespace std：使用標準命名空間，可省略 std::
cout：標準輸出串流，用於輸出資料
<<：串流插入運算子
endl：換行並清空緩衝區
string：C++ 的字串類別，比 C 的字元陣列更方便

C++ vs C 語言的差異：

C 語言

• 程序式程式設計
• printf/scanf 輸入輸出
• 手動記憶體管理
• 結構體（struct）

C++

• 物件導向程式設計
• cout/cin 串流輸入輸出
• 智慧指標自動管理
• 類別（class）

💡 實作練習

修改程式碼，讓它顯示你的個人資訊，並嘗試使用不同的資料型別！

C++ 的應用領域：

🎮 遊戲開發

Unreal Engine、遊戲引擎

🖥️ 系統軟體

作業系統、驅動程式

🏦 金融系統

高頻交易、風險管理

🔬 科學計算

數值分析、模擬軟體

第2課：類別與物件

進階

學習 C++ 物件導向程式設計的核心：類別和物件的定義與使用。

程式碼範例：

#include <iostream>
#include <string>

class Student {
private:
    std::string name;
    int age;
    std::string studentId;

public:
    // 建構子
    Student(std::string n, int a, std::string id) 
        : name(n), age(a), studentId(id) {}
    
    // 成員函數
    void introduce() {
        std::cout << "我是 " << name << "，今年 " << age << " 歲" << std::endl;
        std::cout << "學號：" << studentId << std::endl;
    }
    
    // Getter 函數
    std::string getName() const { return name; }
    int getAge() const { return age; }
    
    // Setter 函數
    void setAge(int newAge) { age = newAge; }
};

int main() {
    // 建立物件
    Student student1("小明", 20, "S001");
    Student student2("小華", 19, "S002");
    
    // 呼叫成員函數
    student1.introduce();
    std::cout << std::endl;
    student2.introduce();
    
    return 0;
}

第3課：控制流程與函數

進階

學習 C++ 的條件判斷、迴圈控制和函數定義，掌握程式流程控制。

條件判斷：

#include 
#include 

using namespace std;

int main() {
    // if-else 條件判斷
    int score = 85;

    cout << "=== 成績等級判斷 ===" << endl;
    if (score >= 90) {
        cout << "等級：A (優秀)" << endl;
    } else if (score >= 80) {
        cout << "等級：B (良好)" << endl;
    } else if (score >= 70) {
        cout << "等級：C (普通)" << endl;
    } else if (score >= 60) {
        cout << "等級：D (及格)" << endl;
    } else {
        cout << "等級：F (不及格)" << endl;
    }

    // switch 語句
    char grade = 'B';

    cout << "\n=== 等級描述 ===" << endl;
    switch (grade) {
        case 'A':
            cout << "表現優異！繼續保持！" << endl;
            break;
        case 'B':
            cout << "表現良好！再接再厲！" << endl;
            break;
        case 'C':
            cout << "表現普通，需要努力！" << endl;
            break;
        case 'D':
            cout << "剛好及格，要加油了！" << endl;
            break;
        case 'F':
            cout << "不及格，需要重修！" << endl;
            break;
        default:
            cout << "無效的等級" << endl;
            break;
    }

    // 三元運算子
    int age = 20;
    string status = (age >= 18) ? "成年人" : "未成年";
    cout << "\n年齡 " << age << "：" << status << endl;

    // 邏輯運算子
    bool hasLicense = true;
    bool hasInsurance = true;

    cout << "\n=== 駕駛資格檢查 ===" << endl;
    if (hasLicense && hasInsurance) {
        cout << "可以開車" << endl;
    } else if (hasLicense || hasInsurance) {
        cout << "需要補齊證件" << endl;
    } else {
        cout << "不能開車" << endl;
    }

    return 0;
}

迴圈控制：

#include 
#include 
#include 

using namespace std;

int main() {
    cout << "=== for 迴圈 ===" << endl;
    // 基本 for 迴圈
    for (int i = 1; i <= 5; i++) {
        cout << "第 " << i << " 次迴圈" << endl;
    }

    cout << "\n=== while 迴圈 ===" << endl;
    // while 迴圈
    int count = 1;
    while (count <= 3) {
        cout << "while 迴圈第 " << count << " 次" << endl;
        count++;
    }

    cout << "\n=== do-while 迴圈 ===" << endl;
    // do-while 迴圈
    int number = 1;
    do {
        cout << "do-while 迴圈第 " << number << " 次" << endl;
        number++;
    } while (number <= 3);

    cout << "\n=== 範圍型 for 迴圈 (C++11) ===" << endl;
    // 範圍型 for 迴圈（C++11 新特性）
    vector fruits = {"蘋果", "香蕉", "橘子", "葡萄"};

    for (const string& fruit : fruits) {
        cout << "水果：" << fruit << endl;
    }

    // 使用 auto 關鍵字
    for (const auto& fruit : fruits) {
        cout << "自動推導：" << fruit << endl;
    }

    cout << "\n=== 巢狀迴圈 ===" << endl;
    // 巢狀迴圈 - 九九乘法表
    for (int i = 1; i <= 3; i++) {
        for (int j = 1; j <= 3; j++) {
            cout << i << " x " << j << " = " << (i * j) << "\t";
        }
        cout << endl;
    }

    cout << "\n=== break 和 continue ===" << endl;
    // break 和 continue
    for (int i = 1; i <= 10; i++) {
        if (i == 5) {
            cout << "跳過 5" << endl;
            continue;  // 跳過當前迭代
        }

        if (i == 8) {
            cout << "在 8 處停止" << endl;
            break;  // 跳出迴圈
        }

        cout << "數字：" << i << endl;
    }

    cout << "\n=== 尋找質數 ===" << endl;
    // 實用範例：尋找質數
    int limit = 20;
    cout << "1 到 " << limit << " 的質數：";

    for (int num = 2; num <= limit; num++) {
        bool isPrime = true;

        for (int i = 2; i * i <= num; i++) {
            if (num % i == 0) {
                isPrime = false;
                break;
            }
        }

        if (isPrime) {
            cout << num << " ";
        }
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

函數定義與使用：

#include 
#include 
#include 
#include 

using namespace std;

// 基本函數
void greet() {
    cout << "你好！歡迎學習 C++！" << endl;
}

// 帶參數的函數
void greetPerson(const string& name) {
    cout << "你好，" << name << "！" << endl;
}

// 帶回傳值的函數
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

// 多個參數的函數
double calculateArea(double length, double width) {
    return length * width;
}

// 預設參數
void introduce(const string& name, int age = 18, const string& city = "台北") {
    cout << "我是 " << name << "，今年 " << age << " 歲，住在 " << city << endl;
}

// 函數重載（Overloading）
int multiply(int a, int b) {
    return a * b;
}

double multiply(double a, double b) {
    return a * b;
}

string multiply(const string& str, int times) {
    string result;
    for (int i = 0; i < times; i++) {
        result += str;
    }
    return result;
}

// 傳址呼叫（Pass by Reference）
void swap(int& a, int& b) {
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

// 陣列參數
void printArray(const vector& arr) {
    cout << "陣列內容：";
    for (const auto& element : arr) {
        cout << element << " ";
    }
    cout << endl;
}

// 遞迴函數
int factorial(int n) {
    if (n <= 1) {
        return 1;
    }
    return n * factorial(n - 1);
}

// 費波那契數列
int fibonacci(int n) {
    if (n <= 1) {
        return n;
    }
    return fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2);
}

int main() {
    cout << "=== 基本函數呼叫 ===" << endl;
    greet();
    greetPerson("小明");

    cout << "\n=== 函數回傳值 ===" << endl;
    int sum = add(5, 3);
    cout << "5 + 3 = " << sum << endl;

    double area = calculateArea(10.5, 8.2);
    cout << "面積：" << area << endl;

    cout << "\n=== 預設參數 ===" << endl;
    introduce("小華");                    // 使用預設值
    introduce("小美", 25);               // 部分使用預設值
    introduce("小強", 22, "高雄");        // 不使用預設值

    cout << "\n=== 函數重載 ===" << endl;
    cout << "整數相乘：" << multiply(5, 3) << endl;
    cout << "浮點數相乘：" << multiply(2.5, 4.0) << endl;
    cout << "字串重複：" << multiply("Hello ", 3) << endl;

    cout << "\n=== 傳址呼叫 ===" << endl;
    int x = 10, y = 20;
    cout << "交換前：x = " << x << ", y = " << y << endl;
    swap(x, y);
    cout << "交換後：x = " << x << ", y = " << y << endl;

    cout << "\n=== 陣列參數 ===" << endl;
    vector numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
    printArray(numbers);

    cout << "\n=== 遞迴函數 ===" << endl;
    cout << "5! = " << factorial(5) << endl;

    cout << "費波那契數列前10項：";
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        cout << fibonacci(i) << " ";
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

Lambda 表達式 (C++11)：

#include 
#include 
#include 
#include 

using namespace std;

int main() {
    cout << "=== Lambda 表達式基礎 ===" << endl;

    // 基本 lambda
    auto greet = []() {
        cout << "Hello from lambda!" << endl;
    };
    greet();

    // 帶參數的 lambda
    auto add = [](int a, int b) {
        return a + b;
    };
    cout << "Lambda 加法：" << add(5, 3) << endl;

    // 捕獲外部變數
    int multiplier = 10;
    auto multiply = [multiplier](int x) {
        return x * multiplier;
    };
    cout << "Lambda 乘法：" << multiply(5) << endl;

    // 捕獲方式
    int value = 100;

    // 按值捕獲
    auto lambda1 = [value]() {
        cout << "按值捕獲：" << value << endl;
    };

    // 按引用捕獲
    auto lambda2 = [&value]() {
        value += 10;
        cout << "按引用捕獲並修改：" << value << endl;
    };

    // 捕獲所有變數
    auto lambda3 = [=]() {  // 按值捕獲所有
        cout << "捕獲所有（按值）：" << value << endl;
    };

    auto lambda4 = [&]() {  // 按引用捕獲所有
        value += 5;
        cout << "捕獲所有（按引用）：" << value << endl;
    };

    lambda1();
    lambda2();
    lambda3();
    lambda4();

    cout << "\n=== Lambda 與 STL 算法 ===" << endl;
    vector numbers = {5, 2, 8, 1, 9, 3};

    // 使用 lambda 排序
    sort(numbers.begin(), numbers.end(), [](int a, int b) {
        return a < b;  // 升序排列
    });

    cout << "排序後：";
    for (const auto& num : numbers) {
        cout << num << " ";
    }
    cout << endl;

    // 使用 lambda 篩選
    vector evenNumbers;
    copy_if(numbers.begin(), numbers.end(), back_inserter(evenNumbers),
            [](int n) { return n % 2 == 0; });

    cout << "偶數：";
    for (const auto& num : evenNumbers) {
        cout << num << " ";
    }
    cout << endl;

    // 使用 lambda 轉換
    vector squared;
    transform(numbers.begin(), numbers.end(), back_inserter(squared),
              [](int n) { return n * n; });

    cout << "平方：";
    for (const auto& num : squared) {
        cout << num << " ";
    }
    cout << endl;

    // 計算總和
    int sum = 0;
    for_each(numbers.begin(), numbers.end(), [&sum](int n) {
        sum += n;
    });
    cout << "總和：" << sum << endl;

    return 0;
}

💡 實作練習

建立一個計算機程式，使用函數實作四則運算，並用 lambda 表達式處理複雜計算！

第4課：STL 標準模板庫

進階

學習 C++ STL 的容器、迭代器和算法，掌握現代 C++ 程式設計的核心工具。

容器 - vector 和 array：

#include 
#include 
#include 
#include 

using namespace std;

int main() {
    cout << "=== vector 動態陣列 ===" << endl;

    // vector 建立和初始化
    vector numbers;                    // 空 vector
    vector scores = {85, 92, 78, 96};  // 初始化列表
    vector names(5, "未知");         // 5個元素，都是"未知"

    // 新增元素
    numbers.push_back(10);
    numbers.push_back(20);
    numbers.push_back(30);

    cout << "numbers 大小：" << numbers.size() << endl;
    cout << "numbers 容量：" << numbers.capacity() << endl;

    // 存取元素
    cout << "第一個元素：" << numbers[0] << endl;
    cout << "最後一個元素：" << numbers.back() << endl;

    // 使用 at() 安全存取（會檢查邊界）
    try {
        cout << "安全存取：" << numbers.at(1) << endl;
        // cout << numbers.at(10) << endl;  // 會拋出例外
    } catch (const out_of_range& e) {
        cout << "存取越界：" << e.what() << endl;
    }

    // 遍歷 vector
    cout << "所有元素：";
    for (const auto& num : numbers) {
        cout << num << " ";
    }
    cout << endl;

    // 插入和刪除
    numbers.insert(numbers.begin() + 1, 15);  // 在位置1插入15
    cout << "插入後：";
    for (const auto& num : numbers) {
        cout << num << " ";
    }
    cout << endl;

    numbers.erase(numbers.begin());  // 刪除第一個元素
    cout << "刪除後：";
    for (const auto& num : numbers) {
        cout << num << " ";
    }
    cout << endl;

    cout << "\n=== array 固定大小陣列 (C++11) ===" << endl;

    // array 建立和初始化
    array fixedArray = {1, 2, 3, 4, 5};

    cout << "array 大小：" << fixedArray.size() << endl;
    cout << "array 內容：";
    for (const auto& element : fixedArray) {
        cout << element << " ";
    }
    cout << endl;

    // array 的優點：編譯時期大小檢查
    cout << "第一個元素：" << fixedArray.front() << endl;
    cout << "最後一個元素：" << fixedArray.back() << endl;

    // 填充 array
    array temperatures;
    temperatures.fill(25.5);
    cout << "溫度陣列：";
    for (const auto& temp : temperatures) {
        cout << temp << "°C ";
    }
    cout << endl;

    cout << "\n=== vector 進階操作 ===" << endl;

    vector data = {5, 2, 8, 1, 9, 3};

    // 排序
    sort(data.begin(), data.end());
    cout << "排序後：";
    for (const auto& num : data) {
        cout << num << " ";
    }
    cout << endl;

    // 搜尋
    auto it = find(data.begin(), data.end(), 8);
    if (it != data.end()) {
        cout << "找到 8 在位置：" << distance(data.begin(), it) << endl;
    }

    // 反轉
    reverse(data.begin(), data.end());
    cout << "反轉後：";
    for (const auto& num : data) {
        cout << num << " ";
    }
    cout << endl;

    // 清空和檢查
    cout << "是否為空：" << (data.empty() ? "是" : "否") << endl;
    data.clear();
    cout << "清空後大小：" << data.size() << endl;

    return 0;
}

容器 - map 和 set：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

using namespace std;

int main() {
    cout << "=== map 關聯容器 ===" << endl;

    // map 建立和初始化
    map studentGrades;
    studentGrades["小明"] = 85;
    studentGrades["小華"] = 92;
    studentGrades["小美"] = 78;

    // 使用初始化列表
    map phoneBook = {
        {"小明", "0912-345-678"},
        {"小華", "0923-456-789"},
        {"小美", "0934-567-890"}
    };

    cout << "學生成績：" << endl;
    for (const auto& pair : studentGrades) {
        cout << pair.first << ": " << pair.second << "分" << endl;
    }

    // 查找元素
    auto it = studentGrades.find("小華");
    if (it != studentGrades.end()) {
        cout << "找到小華的成績：" << it->second << endl;
    }

    // 檢查是否存在
    if (studentGrades.count("小強") > 0) {
        cout << "小強的成績存在" << endl;
    } else {
        cout << "小強的成績不存在" << endl;
    }

    // 插入元素
    studentGrades.insert({"小強", 88});
    studentGrades.emplace("小麗", 95);  // C++11 更高效的插入

    cout << "\n新增後的成績：" << endl;
    for (const auto& [name, grade] : studentGrades) {  // C++17 結構化綁定
        cout << name << ": " << grade << "分" << endl;
    }

    cout << "\n=== unordered_map 雜湊表 ===" << endl;

    // unordered_map 更快的查找，但無序
    unordered_map wordCount;
    vector words = {"apple", "banana", "apple", "cherry", "banana", "apple"};

    // 統計單字出現次數
    for (const auto& word : words) {
        wordCount[word]++;
    }

    cout << "單字統計：" << endl;
    for (const auto& pair : wordCount) {
        cout << pair.first << ": " << pair.second << " 次" << endl;
    }

    cout << "\n=== set 集合 ===" << endl;

    // set 自動排序且不重複
    set uniqueNumbers = {5, 2, 8, 2, 1, 9, 5, 3};

    cout << "唯一且排序的數字：";
    for (const auto& num : uniqueNumbers) {
        cout << num << " ";
    }
    cout << endl;

    // 插入和查找
    uniqueNumbers.insert(7);
    uniqueNumbers.insert(2);  // 重複，不會插入

    if (uniqueNumbers.find(7) != uniqueNumbers.end()) {
        cout << "找到數字 7" << endl;
    }

    // 刪除元素
    uniqueNumbers.erase(8);
    cout << "刪除 8 後：";
    for (const auto& num : uniqueNumbers) {
        cout << num << " ";
    }
    cout << endl;

    cout << "\n=== unordered_set 雜湊集合 ===" << endl;

    unordered_set visitedPages = {
        "index.html", "about.html", "contact.html"
    };

    // 檢查頁面是否訪問過
    string page = "index.html";
    if (visitedPages.count(page) > 0) {
        cout << page << " 已經訪問過" << endl;
    }

    visitedPages.insert("products.html");
    cout << "訪問過的頁面數量：" << visitedPages.size() << endl;

    cout << "\n=== 集合操作 ===" << endl;

    set set1 = {1, 2, 3, 4, 5};
    set set2 = {4, 5, 6, 7, 8};
    set result;

    // 交集
    set_intersection(set1.begin(), set1.end(),
                    set2.begin(), set2.end(),
                    inserter(result, result.begin()));

    cout << "交集：";
    for (const auto& num : result) {
        cout << num << " ";
    }
    cout << endl;

    // 聯集
    result.clear();
    set_union(set1.begin(), set1.end(),
              set2.begin(), set2.end(),
              inserter(result, result.begin()));

    cout << "聯集：";
    for (const auto& num : result) {
        cout << num << " ";
    }
    cout << endl;

    // 差集
    result.clear();
    set_difference(set1.begin(), set1.end(),
                   set2.begin(), set2.end(),
                   inserter(result, result.begin()));

    cout << "差集 (set1 - set2)：";
    for (const auto& num : result) {
        cout << num << " ";
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

STL 算法：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

using namespace std;

int main() {
    cout << "=== 排序算法 ===" << endl;

    vector numbers = {5, 2, 8, 1, 9, 3, 7, 4, 6};

    // 升序排序
    sort(numbers.begin(), numbers.end());
    cout << "升序排序：";
    for (const auto& num : numbers) {
        cout << num << " ";
    }
    cout << endl;

    // 降序排序
    sort(numbers.begin(), numbers.end(), greater());
    cout << "降序排序：";
    for (const auto& num : numbers) {
        cout << num << " ";
    }
    cout << endl;

    // 自定義排序
    vector words = {"apple", "pie", "a", "longer"};
    sort(words.begin(), words.end(), [](const string& a, const string& b) {
        return a.length() < b.length();  // 按長度排序
    });

    cout << "按長度排序：";
    for (const auto& word : words) {
        cout << word << " ";
    }
    cout << endl;

    cout << "\n=== 搜尋算法 ===" << endl;

    vector data = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};

    // 線性搜尋
    auto it = find(data.begin(), data.end(), 5);
    if (it != data.end()) {
        cout << "找到 5 在位置：" << distance(data.begin(), it) << endl;
    }

    // 二分搜尋（需要已排序）
    bool found = binary_search(data.begin(), data.end(), 7);
    cout << "二分搜尋 7：" << (found ? "找到" : "未找到") << endl;

    // 條件搜尋
    auto evenIt = find_if(data.begin(), data.end(), [](int n) {
        return n % 2 == 0;
    });

    if (evenIt != data.end()) {
        cout << "第一個偶數：" << *evenIt << endl;
    }

    cout << "\n=== 計數和統計 ===" << endl;

    vector values = {1, 2, 3, 2, 4, 2, 5};

    // 計數
    int count2 = count(values.begin(), values.end(), 2);
    cout << "數字 2 出現 " << count2 << " 次" << endl;

    // 條件計數
    int evenCount = count_if(values.begin(), values.end(), [](int n) {
        return n % 2 == 0;
    });
    cout << "偶數有 " << evenCount << " 個" << endl;

    // 最大最小值
    auto minIt = min_element(values.begin(), values.end());
    auto maxIt = max_element(values.begin(), values.end());
    cout << "最小值：" << *minIt << "，最大值：" << *maxIt << endl;

    // 總和
    int sum = accumulate(values.begin(), values.end(), 0);
    cout << "總和：" << sum << endl;

    // 乘積
    int product = accumulate(values.begin(), values.end(), 1, multiplies());
    cout << "乘積：" << product << endl;

    cout << "\n=== 變換算法 ===" << endl;

    vector source = {1, 2, 3, 4, 5};
    vector squares(source.size());

    // 變換：計算平方
    transform(source.begin(), source.end(), squares.begin(), [](int n) {
        return n * n;
    });

    cout << "平方：";
    for (const auto& num : squares) {
        cout << num << " ";
    }
    cout << endl;

    // 填充
    vector filled(10);
    fill(filled.begin(), filled.end(), 42);
    cout << "填充 42：";
    for (const auto& num : filled) {
        cout << num << " ";
    }
    cout << endl;

    // 生成
    vector generated(5);
    int counter = 0;
    generate(generated.begin(), generated.end(), [&counter]() {
        return ++counter * 10;
    });

    cout << "生成數列：";
    for (const auto& num : generated) {
        cout << num << " ";
    }
    cout << endl;

    cout << "\n=== 分割和複製 ===" << endl;

    vector mixed = {1, 4, 2, 8, 5, 7, 3, 6, 9};

    // 分割：偶數在前，奇數在後
    partition(mixed.begin(), mixed.end(), [](int n) {
        return n % 2 == 0;
    });

    cout << "分割後（偶數在前）：";
    for (const auto& num : mixed) {
        cout << num << " ";
    }
    cout << endl;

    // 複製偶數
    vector evenNumbers;
    copy_if(mixed.begin(), mixed.end(), back_inserter(evenNumbers), [](int n) {
        return n % 2 == 0;
    });

    cout << "偶數：";
    for (const auto& num : evenNumbers) {
        cout << num << " ";
    }
    cout << endl;

    cout << "\n=== 隨機算法 ===" << endl;

    vector deck = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};

    // 隨機打亂
    random_device rd;
    mt19937 g(rd());
    shuffle(deck.begin(), deck.end(), g);

    cout << "隨機打亂：";
    for (const auto& card : deck) {
        cout << card << " ";
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

💡 實作練習

建立一個學生成績管理系統，使用 STL 容器儲存資料，並用算法進行排序、搜尋和統計分析！

第5課：模板與泛型程式設計

進階

學習 C++ 模板系統，掌握泛型程式設計的強大功能。

函數模板：

#include 
#include 
#include 

using namespace std;

// 基本函數模板
template
T getMax(T a, T b) {
    return (a > b) ? a : b;
}

// 多個模板參數
template
auto add(T a, U b) -> decltype(a + b) {  // C++11 尾隨回傳型別
    return a + b;
}

// C++14 簡化版本
template
auto multiply(T a, U b) {
    return a * b;
}

// 模板特化
template<>
string getMax(string a, string b) {
    cout << "使用字串特化版本" << endl;
    return (a.length() > b.length()) ? a : b;
}

// 函數模板重載
template
void print(T value) {
    cout << "單一值：" << value << endl;
}

template
void print(const vector& vec) {
    cout << "向量：";
    for (const auto& item : vec) {
        cout << item << " ";
    }
    cout << endl;
}

// 可變參數模板 (C++11)
template
void println(T&& t) {
    cout << t << endl;
}

template
void println(T&& t, Args&&... args) {
    cout << t << " ";
    println(args...);
}

// 模板參數推導
template
void processArray(T arr[], int size) {
    cout << "處理陣列，大小：" << size << endl;
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        cout << arr[i] << " ";
    }
    cout << endl;
}

int main() {
    cout << "=== 基本函數模板 ===" << endl;

    // 自動型別推導
    cout << "整數最大值：" << getMax(10, 20) << endl;
    cout << "浮點數最大值：" << getMax(3.14, 2.71) << endl;
    cout << "字元最大值：" << getMax('a', 'z') << endl;

    // 明確指定型別
    cout << "明確指定：" << getMax(10, 20.5) << endl;

    // 字串特化
    cout << "字串比較：" << getMax(string("hello"), string("world")) << endl;

    cout << "\n=== 多參數模板 ===" << endl;

    cout << "整數 + 浮點數：" << add(10, 3.14) << endl;
    cout << "字串 + 字元：" << add(string("Hello"), '!') << endl;
    cout << "乘法：" << multiply(5, 2.5) << endl;

    cout << "\n=== 函數重載 ===" << endl;

    print(42);
    print(string("Hello"));

    vector numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
    print(numbers);

    vector words = {"Hello", "World", "C++"};
    print(words);

    cout << "\n=== 可變參數模板 ===" << endl;

    println("Hello");
    println("數字：", 42, 3.14, "字串");
    println("多種型別：", 1, "two", 3.0, '4');

    cout << "\n=== 陣列處理 ===" << endl;

    int intArray[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    processArray(intArray, 5);

    double doubleArray[] = {1.1, 2.2, 3.3};
    processArray(doubleArray, 3);

    return 0;
}

類別模板：

#include 
#include 
#include 

using namespace std;

// 基本類別模板
template
class Stack {
private:
    vector elements;

public:
    // 推入元素
    void push(const T& element) {
        elements.push_back(element);
    }

    // 彈出元素
    T pop() {
        if (elements.empty()) {
            throw runtime_error("Stack is empty");
        }
        T top = elements.back();
        elements.pop_back();
        return top;
    }

    // 查看頂部元素
    const T& top() const {
        if (elements.empty()) {
            throw runtime_error("Stack is empty");
        }
        return elements.back();
    }

    // 檢查是否為空
    bool empty() const {
        return elements.empty();
    }

    // 取得大小
    size_t size() const {
        return elements.size();
    }

    // 顯示所有元素
    void display() const {
        cout << "Stack 內容：";
        for (const auto& element : elements) {
            cout << element << " ";
        }
        cout << endl;
    }
};

// 多個模板參數的類別
template
class Pair {
private:
    Key key;
    Value value;

public:
    Pair(const Key& k, const Value& v) : key(k), value(v) {}

    Key getKey() const { return key; }
    Value getValue() const { return value; }

    void setKey(const Key& k) { key = k; }
    void setValue(const Value& v) { value = v; }

    void display() const {
        cout << "(" << key << ", " << value << ")" << endl;
    }
};

// 非型別模板參數
template
class Array {
private:
    T data[Size];
    int currentSize;

public:
    Array() : currentSize(0) {}

    void add(const T& element) {
        if (currentSize < Size) {
            data[currentSize++] = element;
        } else {
            throw runtime_error("Array is full");
        }
    }

    T& operator[](int index) {
        if (index < 0 || index >= currentSize) {
            throw out_of_range("Index out of range");
        }
        return data[index];
    }

    int size() const { return currentSize; }
    int capacity() const { return Size; }

    void display() const {
        cout << "Array 內容：";
        for (int i = 0; i < currentSize; i++) {
            cout << data[i] << " ";
        }
        cout << endl;
    }
};

// 類別模板特化
template<>
class Stack {
private:
    vector elements;

public:
    void push(bool element) {
        elements.push_back(element);
        cout << "推入布林值：" << (element ? "true" : "false") << endl;
    }

    bool pop() {
        if (elements.empty()) {
            throw runtime_error("Stack is empty");
        }
        bool top = elements.back();
        elements.pop_back();
        cout << "彈出布林值：" << (top ? "true" : "false") << endl;
        return top;
    }

    bool empty() const {
        return elements.empty();
    }

    size_t size() const {
        return elements.size();
    }
};

// 模板類別的成員函數模板
template
class Container {
private:
    vector items;

public:
    void add(const T& item) {
        items.push_back(item);
    }

    // 成員函數模板
    template
    void addConverted(const U& item) {
        items.push_back(static_cast(item));
    }

    void display() const {
        cout << "Container 內容：";
        for (const auto& item : items) {
            cout << item << " ";
        }
        cout << endl;
    }
};

int main() {
    cout << "=== 基本類別模板 ===" << endl;

    // 整數堆疊
    Stack intStack;
    intStack.push(10);
    intStack.push(20);
    intStack.push(30);
    intStack.display();

    cout << "頂部元素：" << intStack.top() << endl;
    cout << "彈出：" << intStack.pop() << endl;
    intStack.display();

    // 字串堆疊
    Stack stringStack;
    stringStack.push("Hello");
    stringStack.push("World");
    stringStack.push("C++");
    stringStack.display();

    cout << "\n=== 多參數模板 ===" << endl;

    Pair nameAge("小明", 25);
    nameAge.display();

    Pair idScore(1001, 95.5);
    idScore.display();

    cout << "\n=== 非型別模板參數 ===" << endl;

    Array intArray;
    intArray.add(1);
    intArray.add(2);
    intArray.add(3);
    intArray.display();

    cout << "容量：" << intArray.capacity() << "，大小：" << intArray.size() << endl;
    cout << "第二個元素：" << intArray[1] << endl;

    Array stringArray;
    stringArray.add("Hello");
    stringArray.add("World");
    stringArray.display();

    cout << "\n=== 類別模板特化 ===" << endl;

    Stack boolStack;
    boolStack.push(true);
    boolStack.push(false);
    boolStack.push(true);

    while (!boolStack.empty()) {
        boolStack.pop();
    }

    cout << "\n=== 成員函數模板 ===" << endl;

    Container doubleContainer;
    doubleContainer.add(3.14);
    doubleContainer.addConverted(42);      // int 轉 double
    doubleContainer.addConverted(2.71f);   // float 轉 double
    doubleContainer.display();

    return 0;
}

進階模板技術：

#include 
#include 
#include 
#include 

using namespace std;

// SFINAE (Substitution Failure Is Not An Error)
template
typename enable_if::value, T>::type
safeAdd(T a, T b) {
    cout << "算術型別加法：";
    return a + b;
}

template
typename enable_if::value, T>::type
safeAdd(T a, T b) {
    cout << "非算術型別加法：";
    return a + b;
}

// 型別特徵 (Type Traits)
template
void analyzeType(T value) {
    cout << "分析型別：" << typeid(T).name() << endl;
    cout << "  是否為整數：" << is_integral::value << endl;
    cout << "  是否為浮點數：" << is_floating_point::value << endl;
    cout << "  是否為指標：" << is_pointer::value << endl;
    cout << "  是否為參考：" << is_reference::value << endl;
    cout << "  大小：" << sizeof(T) << " 位元組" << endl;
    cout << endl;
}

// 完美轉發 (Perfect Forwarding)
template
void process(T&& value) {
    cout << "處理值：" << value << endl;
}

template
void forwarder(T&& value) {
    cout << "轉發中..." << endl;
    process(forward(value));
}

// 模板元程式設計 - 編譯時期計算
template
struct Factorial {
    static const int value = N * Factorial::value;
};

template<>
struct Factorial<0> {
    static const int value = 1;
};

// 編譯時期判斷質數
template
struct IsPrime {
    static const bool value = (N % I != 0) && IsPrime::value;
};

template
struct IsPrime {
    static const bool value = true;
};

template<>
struct IsPrime<2, 2> {
    static const bool value = true;
};

template<>
struct IsPrime<1, 2> {
    static const bool value = false;
};

// 可變參數模板進階應用
template
void printTypes() {
    cout << "參數數量：" << sizeof...(Args) << endl;
}

template
void printTypes() {
    cout << "型別：" << typeid(T).name() << " ";
    printTypes();
}

// 摺疊表達式 (C++17)
#if __cplusplus >= 201703L
template
auto sum(Args... args) {
    return (args + ...);  // 摺疊表達式
}

template
void printAll(Args... args) {
    ((cout << args << " "), ...);  // 摺疊表達式
    cout << endl;
}
#endif

// 概念 (Concepts) - C++20 預覽
#if __cplusplus >= 202002L
template
concept Numeric = is_arithmetic_v;

template
T multiply(T a, T b) {
    return a * b;
}
#endif

// 通用工具函數模板
template
void printContainer(const Container& container) {
    cout << "容器內容：";
    for (const auto& item : container) {
        cout << item << " ";
    }
    cout << endl;
}

// 型別推導輔助 (C++17)
template
class MyClass {
public:
    T value;
    MyClass(T v) : value(v) {}
};

// 推導指引
template
MyClass(T) -> MyClass;

int main() {
    cout << "=== SFINAE 示範 ===" << endl;

    cout << safeAdd(5, 3) << endl;
    cout << safeAdd(3.14, 2.86) << endl;
    cout << safeAdd(string("Hello"), string(" World")) << endl;

    cout << "\n=== 型別特徵 ===" << endl;

    analyzeType(42);
    analyzeType(3.14);
    analyzeType("Hello");

    int x = 10;
    analyzeType(&x);

    cout << "\n=== 完美轉發 ===" << endl;

    int value = 42;
    forwarder(value);           // 左值
    forwarder(100);             // 右值
    forwarder(string("test"));  // 臨時物件

    cout << "\n=== 模板元程式設計 ===" << endl;

    cout << "5! = " << Factorial<5>::value << endl;
    cout << "10! = " << Factorial<10>::value << endl;

    cout << "17 是質數：" << IsPrime<17>::value << endl;
    cout << "18 是質數：" << IsPrime<18>::value << endl;

    cout << "\n=== 可變參數模板 ===" << endl;

    printTypes();

#if __cplusplus >= 201703L
    cout << "\n=== C++17 摺疊表達式 ===" << endl;

    cout << "總和：" << sum(1, 2, 3, 4, 5) << endl;
    cout << "字串連接：" << sum(string("Hello"), string(" "), string("World")) << endl;

    printAll("數字：", 1, 2, 3, "字串：", "test");
#endif

    cout << "\n=== 通用容器列印 ===" << endl;

    vector numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
    printContainer(numbers);

    vector words = {"Hello", "World", "C++"};
    printContainer(words);

    cout << "\n=== 型別推導 (C++17) ===" << endl;

    MyClass obj1(42);        // 推導為 MyClass
    MyClass obj2(3.14);      // 推導為 MyClass
    MyClass obj3("Hello");   // 推導為 MyClass

    cout << "obj1.value = " << obj1.value << endl;
    cout << "obj2.value = " << obj2.value << endl;
    cout << "obj3.value = " << obj3.value << endl;

    return 0;
}

💡 實作練習

設計一個泛型的資料結構庫，包含鏈結串列、二元樹等，使用模板讓它們支援任意型別！

第6課：智慧指標與記憶體管理

進階

學習現代 C++ 的智慧指標和 RAII 原則，掌握安全的記憶體管理技術。

unique_ptr 獨佔指標：

#include 
#include 
#include 
#include 

using namespace std;

// 示範類別
class Resource {
private:
    string name;
    int id;

public:
    Resource(const string& n, int i) : name(n), id(i) {
        cout << "建立資源：" << name << " (ID: " << id << ")" << endl;
    }

    ~Resource() {
        cout << "銷毀資源：" << name << " (ID: " << id << ")" << endl;
    }

    void use() {
        cout << "使用資源：" << name << " (ID: " << id << ")" << endl;
    }

    string getName() const { return name; }
    int getId() const { return id; }
};

// 工廠函數
unique_ptr createResource(const string& name, int id) {
    return make_unique(name, id);
}

// 處理資源的函數
void processResource(unique_ptr resource) {
    if (resource) {
        resource->use();
        cout << "處理完成：" << resource->getName() << endl;
    }
    // resource 在函數結束時自動銷毀
}

int main() {
    cout << "=== unique_ptr 基本使用 ===" << endl;

    // 建立 unique_ptr
    unique_ptr ptr1 = make_unique("資源1", 1);

    // 使用指標
    ptr1->use();
    cout << "資源名稱：" << (*ptr1).getName() << endl;

    // 檢查指標是否有效
    if (ptr1) {
        cout << "ptr1 指向有效資源" << endl;
    }

    cout << "\n=== unique_ptr 移動語意 ===" << endl;

    // 移動建構
    unique_ptr ptr2 = move(ptr1);

    // ptr1 現在是空的
    if (!ptr1) {
        cout << "ptr1 現在是空的" << endl;
    }

    if (ptr2) {
        cout << "ptr2 現在擁有資源" << endl;
        ptr2->use();
    }

    cout << "\n=== unique_ptr 重置和釋放 ===" << endl;

    unique_ptr ptr3 = make_unique("資源3", 3);

    // 重置為新資源
    ptr3.reset(new Resource("新資源3", 33));

    // 釋放所有權但不刪除
    Resource* rawPtr = ptr3.release();
    cout << "釋放後 ptr3 是否為空：" << (ptr3 == nullptr) << endl;

    // 手動刪除（不推薦，只是示範）
    delete rawPtr;

    cout << "\n=== unique_ptr 與函數 ===" << endl;

    // 傳遞給函數（移動）
    auto resource = createResource("工廠資源", 100);
    processResource(move(resource));

    // resource 現在是空的
    if (!resource) {
        cout << "resource 已被移動" << endl;
    }

    cout << "\n=== unique_ptr 陣列 ===" << endl;

    // 管理陣列
    unique_ptr arrayPtr = make_unique(5);

    // 初始化陣列
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        arrayPtr[i] = i * 10;
    }

    cout << "陣列內容：";
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        cout << arrayPtr[i] << " ";
    }
    cout << endl;

    cout << "\n=== unique_ptr 容器 ===" << endl;

    // 在容器中使用 unique_ptr
    vector> resources;

    resources.push_back(make_unique("容器資源1", 201));
    resources.push_back(make_unique("容器資源2", 202));
    resources.push_back(make_unique("容器資源3", 203));

    cout << "容器中的資源：" << endl;
    for (const auto& res : resources) {
        res->use();
    }

    // 移除第二個資源
    resources.erase(resources.begin() + 1);
    cout << "移除後剩餘資源：" << resources.size() << endl;

    cout << "\n=== 自定義刪除器 ===" << endl;

    // 自定義刪除器
    auto customDeleter = [](Resource* ptr) {
        cout << "使用自定義刪除器" << endl;
        delete ptr;
    };

    unique_ptr customPtr(
        new Resource("自定義刪除", 300), customDeleter);

    customPtr->use();

    cout << "\n程式結束，所有資源將自動清理" << endl;

    return 0;
}

shared_ptr 共享指標：

#include 
#include 
#include 
#include 

using namespace std;

class Document {
private:
    string title;
    string content;

public:
    Document(const string& t, const string& c) : title(t), content(c) {
        cout << "建立文件：" << title << endl;
    }

    ~Document() {
        cout << "銷毀文件：" << title << endl;
    }

    void display() const {
        cout << "文件：" << title << endl;
        cout << "內容：" << content << endl;
    }

    string getTitle() const { return title; }
    void setContent(const string& c) { content = c; }
};

class Editor {
private:
    shared_ptr document;
    string editorName;

public:
    Editor(const string& name) : editorName(name) {
        cout << "建立編輯器：" << editorName << endl;
    }

    ~Editor() {
        cout << "銷毀編輯器：" << editorName << endl;
    }

    void openDocument(shared_ptr doc) {
        document = doc;
        cout << editorName << " 開啟文件：" << doc->getTitle() << endl;
    }

    void editDocument(const string& newContent) {
        if (document) {
            document->setContent(newContent);
            cout << editorName << " 編輯了文件" << endl;
        }
    }

    void showDocument() const {
        if (document) {
            cout << editorName << " 顯示文件：" << endl;
            document->display();
        } else {
            cout << editorName << " 沒有開啟任何文件" << endl;
        }
    }

    shared_ptr getDocument() const {
        return document;
    }
};

// 循環參考示範
class Parent;
class Child;

class Parent {
public:
    string name;
    vector> children;

    Parent(const string& n) : name(n) {
        cout << "建立父節點：" << name << endl;
    }

    ~Parent() {
        cout << "銷毀父節點：" << name << endl;
    }

    void addChild(shared_ptr child);
};

class Child {
public:
    string name;
    weak_ptr parent;  // 使用 weak_ptr 避免循環參考

    Child(const string& n) : name(n) {
        cout << "建立子節點：" << name << endl;
    }

    ~Child() {
        cout << "銷毀子節點：" << name << endl;
    }

    void setParent(shared_ptr p) {
        parent = p;
    }

    void showParent() const {
        if (auto p = parent.lock()) {  // 安全地存取 weak_ptr
            cout << name << " 的父節點是：" << p->name << endl;
        } else {
            cout << name << " 沒有父節點" << endl;
        }
    }
};

void Parent::addChild(shared_ptr child) {
    children.push_back(child);
    child->setParent(shared_from_this());  // 需要繼承 enable_shared_from_this
}

int main() {
    cout << "=== shared_ptr 基本使用 ===" << endl;

    // 建立 shared_ptr
    shared_ptr doc1 = make_shared("報告.txt", "這是一份重要報告");

    cout << "引用計數：" << doc1.use_count() << endl;

    // 複製 shared_ptr
    shared_ptr doc2 = doc1;
    cout << "複製後引用計數：" << doc1.use_count() << endl;

    // 使用文件
    doc1->display();
    doc2->setContent("修改後的內容");
    doc1->display();  // 兩個指標指向同一個物件

    cout << "\n=== shared_ptr 與多個物件 ===" << endl;

    // 建立編輯器
    Editor editor1("編輯器A");
    Editor editor2("編輯器B");

    // 共享文件
    auto sharedDoc = make_shared("共享文件.txt", "多人協作內容");

    editor1.openDocument(sharedDoc);
    editor2.openDocument(sharedDoc);

    cout << "文件引用計數：" << sharedDoc.use_count() << endl;

    // 編輯文件
    editor1.editDocument("編輯器A的修改");
    editor2.showDocument();  // 顯示修改後的內容

    cout << "\n=== shared_ptr 重置和交換 ===" << endl;

    shared_ptr doc3 = make_shared("文件3", "內容3");
    shared_ptr doc4 = make_shared("文件4", "內容4");

    cout << "交換前：" << endl;
    cout << "doc3: " << doc3->getTitle() << endl;
    cout << "doc4: " << doc4->getTitle() << endl;

    // 交換
    doc3.swap(doc4);

    cout << "交換後：" << endl;
    cout << "doc3: " << doc3->getTitle() << endl;
    cout << "doc4: " << doc4->getTitle() << endl;

    // 重置
    doc3.reset();
    cout << "doc3 重置後是否為空：" << (doc3 == nullptr) << endl;

    cout << "\n=== weak_ptr 避免循環參考 ===" << endl;

    {
        auto parent = make_shared("父節點");
        auto child1 = make_shared("子節點1");
        auto child2 = make_shared("子節點2");

        // 建立父子關係
        parent->children.push_back(child1);
        parent->children.push_back(child2);
        child1->setParent(parent);
        child2->setParent(parent);

        cout << "父節點引用計數：" << parent.use_count() << endl;
        cout << "子節點1引用計數：" << child1.use_count() << endl;

        child1->showParent();
        child2->showParent();

        cout << "離開作用域..." << endl;
    }
    cout << "已離開作用域，物件應該被銷毀" << endl;

    cout << "\n=== shared_ptr 自定義刪除器 ===" << endl;

    auto customDeleter = [](Document* ptr) {
        cout << "使用自定義刪除器刪除：" << ptr->getTitle() << endl;
        delete ptr;
    };

    shared_ptr customDoc(
        new Document("自定義刪除", "內容"), customDeleter);

    cout << "自定義刪除器引用計數：" << customDoc.use_count() << endl;

    cout << "\n=== shared_ptr 陣列 (C++17) ===" << endl;

    // C++17 支援 shared_ptr 管理陣列
    shared_ptr arrayPtr(new int[5]);

    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        arrayPtr[i] = i * 100;
    }

    cout << "共享陣列內容：";
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        cout << arrayPtr[i] << " ";
    }
    cout << endl;

    cout << "\n程式結束，所有共享資源將自動清理" << endl;

    return 0;
}

RAII 與資源管理：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

using namespace std;

// RAII 檔案管理器
class FileManager {
private:
    string filename;
    fstream file;

public:
    FileManager(const string& fname) : filename(fname) {
        file.open(filename, ios::in | ios::out | ios::app);
        if (!file.is_open()) {
            throw runtime_error("無法開啟檔案：" + filename);
        }
        cout << "開啟檔案：" << filename << endl;
    }

    ~FileManager() {
        if (file.is_open()) {
            file.close();
            cout << "關閉檔案：" << filename << endl;
        }
    }

    // 禁止複製
    FileManager(const FileManager&) = delete;
    FileManager& operator=(const FileManager&) = delete;

    // 允許移動
    FileManager(FileManager&& other) noexcept
        : filename(move(other.filename)), file(move(other.file)) {
        cout << "移動檔案管理器" << endl;
    }

    void write(const string& content) {
        if (file.is_open()) {
            file << content << endl;
            file.flush();
            cout << "寫入內容：" << content << endl;
        }
    }

    void read() {
        if (file.is_open()) {
            file.seekg(0, ios::beg);
            string line;
            cout << "檔案內容：" << endl;
            while (getline(file, line)) {
                cout << "  " << line << endl;
            }
        }
    }
};

// RAII 鎖管理器
class LockManager {
private:
    mutex& mtx;
    bool locked;

public:
    LockManager(mutex& m) : mtx(m), locked(false) {
        mtx.lock();
        locked = true;
        cout << "取得鎖" << endl;
    }

    ~LockManager() {
        if (locked) {
            mtx.unlock();
            cout << "釋放鎖" << endl;
        }
    }

    // 禁止複製和移動
    LockManager(const LockManager&) = delete;
    LockManager& operator=(const LockManager&) = delete;
    LockManager(LockManager&&) = delete;
    LockManager& operator=(LockManager&&) = delete;

    void unlock() {
        if (locked) {
            mtx.unlock();
            locked = false;
            cout << "手動釋放鎖" << endl;
        }
    }
};

// RAII 計時器
class Timer {
private:
    chrono::high_resolution_clock::time_point start;
    string name;

public:
    Timer(const string& n) : name(n) {
        start = chrono::high_resolution_clock::now();
        cout << "開始計時：" << name << endl;
    }

    ~Timer() {
        auto end = chrono::high_resolution_clock::now();
        auto duration = chrono::duration_cast(end - start);
        cout << "計時結束：" << name << " 耗時 " << duration.count() << " 毫秒" << endl;
    }
};

// RAII 資源池
template
class ResourcePool {
private:
    vector> pool;
    mutex poolMutex;

public:
    template
    void addResource(Args&&... args) {
        lock_guard lock(poolMutex);
        pool.push_back(make_unique(forward(args)...));
        cout << "新增資源到池中，目前大小：" << pool.size() << endl;
    }

    unique_ptr getResource() {
        lock_guard lock(poolMutex);
        if (!pool.empty()) {
            auto resource = move(pool.back());
            pool.pop_back();
            cout << "從池中取得資源，剩餘：" << pool.size() << endl;
            return resource;
        }
        return nullptr;
    }

    size_t size() const {
        lock_guard lock(poolMutex);
        return pool.size();
    }

    ~ResourcePool() {
        cout << "銷毀資源池，清理 " << pool.size() << " 個資源" << endl;
    }
};

// 示範資源類別
class NetworkConnection {
private:
    string address;
    bool connected;

public:
    NetworkConnection(const string& addr) : address(addr), connected(false) {
        connect();
    }

    ~NetworkConnection() {
        disconnect();
    }

    void connect() {
        connected = true;
        cout << "連接到：" << address << endl;
    }

    void disconnect() {
        if (connected) {
            connected = false;
            cout << "斷開連接：" << address << endl;
        }
    }

    void sendData(const string& data) {
        if (connected) {
            cout << "發送資料到 " << address << "：" << data << endl;
        }
    }

    bool isConnected() const { return connected; }
};

// 異常安全的函數
void demonstrateExceptionSafety() {
    cout << "\n=== 異常安全示範 ===" << endl;

    try {
        Timer timer("異常安全測試");

        auto connection = make_unique("192.168.1.1");
        connection->sendData("測試資料");

        // 模擬可能拋出異常的操作
        if (true) {  // 改為 true 來觸發異常
            throw runtime_error("模擬網路錯誤");
        }

        connection->sendData("這行不會執行");

    } catch (const exception& e) {
        cout << "捕獲異常：" << e.what() << endl;
        cout << "資源已自動清理" << endl;
    }
}

int main() {
    cout << "=== RAII 檔案管理 ===" << endl;

    try {
        FileManager fm("test.txt");
        fm.write("第一行內容");
        fm.write("第二行內容");
        // 檔案會在 fm 銷毀時自動關閉
    } catch (const exception& e) {
        cout << "檔案操作錯誤：" << e.what() << endl;
    }

    cout << "\n=== RAII 鎖管理 ===" << endl;

    mutex mtx;
    {
        LockManager lock(mtx);
        cout << "在鎖保護下執行操作" << endl;
        this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(100));
        // 鎖會在作用域結束時自動釋放
    }

    cout << "\n=== RAII 計時器 ===" << endl;

    {
        Timer timer("耗時操作");
        this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(200));
        // 計時器會在作用域結束時自動顯示耗時
    }

    cout << "\n=== RAII 資源池 ===" << endl;

    {
        ResourcePool pool;

        // 新增資源到池中
        pool.addResource("server1.com");
        pool.addResource("server2.com");
        pool.addResource("server3.com");

        // 從池中取得資源
        auto conn1 = pool.getResource();
        if (conn1) {
            conn1->sendData("Hello Server");
        }

        auto conn2 = pool.getResource();
        if (conn2) {
            conn2->sendData("Hello Again");
        }

        cout << "池中剩餘資源：" << pool.size() << endl;

        // 資源池會在作用域結束時自動清理
    }

    // 異常安全示範
    demonstrateExceptionSafety();

    cout << "\n=== 智慧指標最佳實踐 ===" << endl;

    // 1. 優先使用 make_unique 和 make_shared
    auto ptr1 = make_unique("best-practice.com");
    auto ptr2 = make_shared("shared-resource.com");

    // 2. 使用 unique_ptr 作為預設選擇
    vector> connections;
    connections.push_back(make_unique("conn1.com"));
    connections.push_back(make_unique("conn2.com"));

    // 3. 只在需要共享時使用 shared_ptr
    shared_ptr sharedConn = make_shared("shared.com");
    weak_ptr weakRef = sharedConn;

    // 4. 使用 weak_ptr 打破循環參考
    if (auto locked = weakRef.lock()) {
        locked->sendData("透過 weak_ptr 存取");
    }

    cout << "\n程式結束，所有 RAII 資源將自動清理" << endl;

    return 0;
}

💡 實作練習

設計一個記憶體池管理器，使用智慧指標和 RAII 原則，實作高效的物件分配和回收機制！

學習目標

第1課：C++ 簡介與第一個程式

什麼是 C++？

你的第一個 C++ 程式：

程式碼解釋：

C++ vs C 語言的差異：

💡 實作練習

C++ 的應用領域：

第2課：類別與物件

程式碼範例：

第3課：控制流程與函數

條件判斷：

迴圈控制：

函數定義與使用：

Lambda 表達式 (C++11)：

💡 實作練習

第4課：STL 標準模板庫

容器 - vector 和 array：

容器 - map 和 set：

STL 算法：

💡 實作練習

第5課：模板與泛型程式設計

函數模板：

類別模板：

進階模板技術：

💡 實作練習

第6課：智慧指標與記憶體管理

unique_ptr 獨佔指標：

shared_ptr 共享指標：

RAII 與資源管理：

💡 實作練習