走向C++之路 WindyWinter WindyWinter感谢诸位前来捧场。

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1 走向C++之路 WindyWinter windy@ream.at WindyWinter感谢诸位前来捧场。
#include <stdio.h> main(t ,_,a) char*a;{return t<1?main(*a,a[-t],"=a-1kj3gnm:q\ ebh_cf*<r.d>i^+?,()[?qzyrjuvcdefg\ h,!kbpolwxs'.t main(")&&a[-t]&&main (t-1,_,a):t/2?_==*a?putchar(32[a]) :_%115<36||main(t,_,a+1):main( 0,t,"+b:s?#mw{ty}t(x1{|~?\ y<#q?(*#{k)}rsh?vts){\ ?w*#yk<y,}w}z!w)v\ ~>u:!zym^t|x|\ |xtutu!uz\ |#}t") ;}

2 课程适用性 迫于时间所限，本课程只能面向C语言程序设计基础较好的同学， 并且希望经过短期训练，让你能读懂、写出合格的C++程序，
至少不再认为今后将面对的RoboCup 2D球队底层是天书， 以及改善面对超过一个文件的工程即手足无措的状况。 注意：本课程不会建立面向对象和泛型编程的思维模式，因此不能替代《面向对象程序设计》。 建议比较勤快的同学脱离本课程，用《C++ Primer》自学C++语言。 合格的C++入门和参考书籍有《C++ Primer》《The C++ Programming Language》和《Thinking in C++》 C++是C的超集。C99标准有550页，C++03标准有786页。即使你完全记得550页的C99标准说了什么，也还有200多页需要钻研，何况你我都清楚，能记得250页的就已经非常了得了。所以，培训的目标仅仅限定于编写联赛用的球队可能会使用到的C++的特性，而其他的地方，则能省就省。 《C++ Primer》适合入门，《Thinking in C++》适合对C非常熟悉的同学，《The C++ Programming Language》则适合已经对另外一门语言（面向对象的）非常熟悉的同学。

3 为你的程序贴上C++的标签 从这里开始 C++是C的超集，也就是说，大部分C程序都可以不经改变的直接被C++编译器编译通过（除非C程序中用到了C++的保留标识符）。但贴上C++的标签看起来更好一些。

4 一个著名的C程序 #include <stdio.h> void main() { int i;
for (i=0; i<10; ++i) printf(“Hello World!\n”); } 为了给出一个直观的印象，我们先看一看C++程序跟C程序的相貌差别。 #include <stdio.h> main(t ,_,a) char*a;{return t<1?main(*a,a[-t],"=a-1kj3gnm:q\ ebh_cf*<r.d>i^+?,()[?qzyrjuvcdefg\ h,!kbpolwxs'.t main(")&&a[-t]&&main (t-1,_,a):t/2?_==*a?putchar(32[a]) :_%115<36||main(t,_,a+1):main( 0,t,"+b:s?#mw{ty}t(x1{|~?\ y<#q?(*#{k)}rsh?vts){\ ?w*#yk<y,}w}z!w)v\ ~>u:!zym^t|x|\ |xtutu!uz\ |#}t") ;}

5 贴上C++的标签 #include <iostream> using namespace std; int main() {
for (int i(0); i<10; ++i) cout<<“Hello World!”<<endl; } return 0; 可以看出，C++特有的标签还是不少的，首先是标准库头文件没有了.h后缀，后面又有一个using namespace std的写法，main函数被强制规定为int类型，for循环首部可以新定义变量，初始化也有了新的写法，至于printf，则干脆变成了cout。这些改变我们将在后面一一讲明。 namespace叫做“命名空间”，C++的设计者认为，在大规模程序的设计中，以及在程序员使用各种各样的C++库时，标识符重名的概率非常大，于是设计了 “命名空间” ，每个命名空间中的函数、变量等等互不干扰，重名也没关系。

6 C++与C的相貌差别 C的写法 C++写法 Glance #include<stdlib.h>
_Bool scanf(“%d%d”,&a,&b); printf(“%d%d”,c,d); int *p = malloc(sizeof(int)); free(p); char str[]=“WindyWinter is talented.”; int a[10]; char b[20]; double c[30]; #include<cstdlib> bool int a,b; cin>>a>>b; cout<<c<<d; int *p = new int; delete p; string str(“WindyWinter is talented.”); vector<int> a; vector<char> b; vector<double> c; 所有C的标准库头文件都可以如此改换名称，在C++中使用（需要using namespace std）；而且只有标准库头文件才可以如此改换名称，一般的头文件是不需要换的。其实“头文件”仅是一个约定的做法，#include是一个编译预处理指令，其意义仅在于指示编译器将被include的文件的内容粘贴到此处，所以即便你将头文件命名成xxx.ppt也能通过编译。 C语言原本没有逻辑类型，用0表示假，用非0表示真， C99标准新规定了一个逻辑类型_Bool，它在C++里面变成了bool。即便有了逻辑类型，在C++里面，仍然沿用“用0表示假，用非0表示真”的做法。 cin和cout是C++新定义的流输入输出方式，它们的用法是用“>>” 或“<<” （提取，插入）像串糖葫芦一样把变量串起来，被串起来的变量将按顺序被读入或输出，流输入输出方式将在最后做进一步的解释。 new和delete是C++引入的运算符，作用与C中的malloc和free相仿，不过到底是有区别的。 C中的字符串在C++中有了特性更完备的替代品string，C中的字符串在C++中被称作“C风格字符串”，仍然在发挥作用，不过很多时候是在与string配合使用。 vector是与C++中一个重要概念——容器的代表，vector可以看作长度可变的数组，很多时候代替了C数组。

7 即时声明和初始化方法 C语言要求所有变量的声明必须在实意语句之前，也就是在所有{}的外面，或者是每对{}的最前面。
This is the beginning. C语言要求所有变量的声明必须在实意语句之前，也就是在所有{}的外面，或者是每对{}的最前面。 C++没有了这样的限制，变量只要遵循先声明后使用的原则就可以了，不再要求必须放在什么地方。这就是为什么我们可以在for语句头部塞上一个int i(0)。 “int i(0)”里的(0)是指将i初始化为0，作用相当于int i=0。 但()的初始化方法不限于此： string a(“WindyWinter is talented.”); string b(a); string c = a; ()与=是否永远等价呢？对于内置类型是等价的，但对于类类型，一般是不等价的。 在所有{}外面的叫全局变量。 内置类型有bool, int, double等。 不等价性涉及到类的构造函数和拷贝构造函数，当讲完构造函数之后，我想大家就能完全明白()是什么意思了，但拷贝构造函数将被略过。

8 引用 引用(reference)是C++新定义的一种复合类型，其本意可以理解为变量的“别名(alternate name)”。
It’s something new. 引用(reference)是C++新定义的一种复合类型，其本意可以理解为变量的“别名(alternate name)”。 声明/定义一个引用： int a; int & r = a; r被定义为a的引用后，r和a可以被认为是同一个变量。 引用的主要用在函数形参中（作用与指针相仿）： 避免传递规模巨大的实参； 将形参的值返回。 在C语言中我们已经见过一种很常用的复合类型——数组，任何类型，包括某个数组类型，加上一对方括号都可以构成一个新的数组类型；还有一个复合类型，是——指针。 注意，这里虽然有一个“=”，但却不是赋值运算符，而是“定义”。除非是函数形参列表中，否则引用的声明和定义必须在一起。 什么是声明？什么是定义？ （作用与指针相仿）——形参与实参将共享同一个内存单元。 下面这个函数可以把a,b的值交换（注意这个函数写的不好，只是为了省地方才这么写）。 void swap(int & a, int & b) { a^=b^=a^=b; }

9 引用 指针 引用 The difference between reference and pointer
是一个变量（当然也可以加上const成为常量）； 存在“空指针”； 取地址运算符，解引用运算符。 应用应当被看作一个“符号”，与const指针类似； 不存在“空引用”； 用法与正常变量一样。

10 左值与右值 左值 右值 Left or right, that is the question. 赋值运算符左边必须是左值；
变量皆是左值； 变量的引用是左值； string str是左值； ++i是左值； int *a = new int[10]; a是左值； 函数、表达式可以返回左值——以引用的形式。 赋值运算符右边既可以是左值，又可以是右值； 常量皆是右值； 常量的引用是右值； “WindyWinter is talented.”是右值； i++是右值； int a[10]; a是右值； 函数、表达式可以返回右值——以值的形式。 既然谈到了const和引用，就不得不提一个在C++中被强化的概念——左值和右值。这两个定义的来源是以赋值运算符为标准的。 左值既可以出现在赋值运算符的左边，也可以出现在右边；而右值只可以出现在右边。 注意左右两个a并不是同一个类型，左边是“指向整型的指针”，值是new运算符开辟的那个数组的首地址；右边是一个数组，数组本身并没有“值”的概念，但是在C和C++中，数组名可以转化为“指向数组的指针”，其值为数组的首地址。

11 函数 inline函数。 形参允许有默认值，即函数可以声明为如下形式： void func(int a, int b=0, int c=1); 如果在调用时没有给出b,c的值，则b=0,c=1，即调用时可以不写有默认值的参数——func(1), func(1,2), func(1,2,3)均是合法的。 允许不同的函数有相同的函数名（被称为函数重载）。 “不同的函数”是指形参的类型、数目或返回值的类型不同的函数，比如： int min(int a, int b); double min(double a, double b); int min(int a, int b, int c); double min(double a, double b, double c); 两两不同。 inline函数在C99标准里已有详细规定，内联函数的意义在于提示编译器，在调用该函数的地方可以直接把函数体粘贴过去，省去函数调用的开销；C++的inline函数与此基本相同。 有默认值的形参必须是该函数的最后一个或几个形参。 类型不同或数目不同均可，但若只有返回值类型不同则不行。

12 类型转换 C++继承了原有的C语言的隐式类型转换；
We can change! – Change what? C++继承了原有的C语言的隐式类型转换； 所有的类型都可以隐式转换为该类型的引用： int => int &, int * => int * &, string => string &； 所有的类型都可以隐式转换为该类型的常量； C风格字符串可以隐式转换为const string； 强制类型转换在C++中有了另一类写法： (type) a  xxx_cast<type> a； static_cast<type>实现与C中类型转换相同的功能； const_cast<type>去掉表达式的常量性； 另外还有reinterpret_cast和dynamic_cast 隐式类型转换就是自动的类型转换，不需要显式的写出来的。C语言的隐式类型转换有哪些？哪种转换不是隐式的？ C语言中一个带括号的类型名称后面跟一个表达式，表示将表达式的结果强制转换为指定的类型。 C++中对应的写法为xxx_cast<类型名>表达式。 注意const_cast应该慎用，后两种cast将不再涉及。

13 Tags Cloud Keywords 课程适用性 cstdlib namespace int main() bool cin cout new delete string vector 即时声明 初始化方法() 引用 左值和右值 inline 函数重载 形参默认值 类型转换 强制类型转换 我们休息一下，这是第一段的tag。今天讲的内容是非常简略的，建议大家以此为关键词，搜索相关资料。下面的两个网站是搜索的常用地点——第一个相信大家都认得，第二个可以当作C++的reference。 Have a break.

14 面向对象的C++ C++为此而生 在软件工程学提出面向对象的程序设计方法后，C被迅速扩充为Objected-C，这些内容后来成为C++的一部分。 在这一节中，我们只关注现象。

15 类 类是C++的新特性，为适应面向对象的程序设计而提出； 在C中，已经有了结构体的概念；
Good morning class. 类是C++的新特性，为适应面向对象的程序设计而提出； 在C中，已经有了结构体的概念； 类与结构体的最大不同之处在于——不仅可以包含成员变量（常量），还可以包含成员函数。 当然，类还包括一些其他的特性： 成员变量、成员函数的访问权限； 构造函数； 析构函数； 拷贝构造函数； 隐式类型转换； …… 结构体在C中的实质是一堆变量的集合；在C++中，struct关键字仍然有效，但其意义已经改变——仅仅是另外一种声明一个类的方法。一个类应当被看作一种类型，这种类型声明的变量叫做对象，或者叫做这个类的实例。

16 一个著名的类 class person { private: string m_name; int m_age;
string m_ ; void update(); public: person(); ~person(); string get_namecard(); }; person Cindy; 我们给出一个类声明的例子。 声明一个类，用class关键字，样式和声明一个结构体是差不多的。不同的是多了private和public这两个关键字，他们被称作成员的访问权限。声明在public之下的成员用法与结构中的一样，在任何地方都可以直接访问这个成员；声明在private之下的成员，则只能被本类中的成员函数访问，在类外部是不可见的。不过，这一点我们很快就会做出修正。除了这两种访问权限之外，还有一种protected，后面也会讲到他的意义，protected成员的访问权限与private成员一致。 如果声明一个成员之前没有出现访问权限的标识，则默认为private。struct也可以声明一个类，与class的唯一区别是——struct中没有访问权限的成员默认为public。这么做的原因是令C代码可以无障碍的迁移到C++。 person类中，三个成员变量与update()函数均是private的，在类之外不能访问。get_namecard()是public的成员函数，可以在类外部被访问。 名称为person，没有返回值类型的那个东西，也是一个函数，叫做类的构造函数；名称为~person (tilde person)的函数叫做类的析构函数，马上就会讲到他们的作用。最后我们定义了一个person类型的对象，或者叫person类的实例。C中定义结构体类型的变量，要在结构名前面加struct关键字，C++中不再有结构体的概念，被统一为类，前面说过，类应当被视为一种类型，一个整体，故而声明类类型的变量直接用类的名字就可以了。

17 域运算符:: string person::get_namecard() { return m_name+m_email; }
Well, one is just not enough. string person::get_namecard() { return m_name+m_ ; } #include <iostream> int main() std::cout<<“Cindy is a smart girl.”<<std::endl; return 0; person类中声明了一个成员函数get_namecard()，那么，这个函数该怎么定义？一种方法是在声明的地方定义，另一种方法就是将定义写在类声明的外面，用域运算符，就是这两个冒号，指明get_namecard()是person的成员函数。 域运算符也可以用来指明某个标识符是定义在某个namespace中的。这样，可以不写using namespace xxx而引用该namespace下的标识符。 C++标准库的所有内容都统一声明在namespace std中。

18 this指针和成员函数的const属性 每个类都有一个特殊的“成员”——this，表示对象自身；
This is my … self. 每个类都有一个特殊的“成员”——this，表示对象自身； this只能在该类的内部使用，与不指明this没有区别： this->m_name  m_name; this->update()  update(); 如果修改get_namecard()的声明为： string get_namecard() const ; get_namecard()将不能更改任何成员变量的值，在函数内部： this指针变成指向常量的指针； 任何成员变量被附加const属性。 这种声明主要用于指明该函数不会更改成员变量的值。 通常情况下，指明this和不指明this完全等价，不过存在特殊的情况，想必大家都遇到过，C语言里一个局部变量可以屏蔽全局变量，使得在局部变量的生存周期内被屏蔽的全局变量无效，（提问，有没有人知道是什么特殊情况了？）——某成员函数的形参恰好与类的成员变量同名，在该函数中，成员变量被形参屏蔽，访问时需要用this指针指明。 成员变量被附加的const属性实际上来自于this指针的常量性，其道理很浅显——一个常量实例的任何成员都是右值。这也说明，this指针的存在，是成员函数可以访问成员变量的原因，所以，上面的“与不指明this没有区别”，应该改为“不指明this与指明this没有区别”。 这样的声明，意在向别人说明，调用这个函数之后，成员变量不会发生任何变化。

19 构造函数 没有返回值类型，与类同名的函数被认为是构造函数； 它的作用就是——构造一个对象。 如何构造？
constructor 没有返回值类型，与类同名的函数被认为是构造函数； 它的作用就是——构造一个对象。 如何构造？ person() : m_name(“Cindy”), m_age(0) { … } person(const person & t) : m_name(t.m_name), m_age(t.m_age), m_ (t.m_ ) { … } person(string name, int age) : m_name(name), m_age(age) { … } 冒号之后到括号之前，是构造函数特有的初始化列表，每一个成员变量用括号的形式初始化（只能用括号的形式），成员变量之间用逗号分隔。 这三个构造函数分别是不同类型的构造函数： 不带任何参数的叫默认构造函数，如果定义对象时，既没有使用括号的形式初始化，也没有使用=的形式初始化，那么默认构造函数将被调用； 带同类型引用或常量引用为参数的，叫拷贝构造函数，定义对象时，如果用=形式初始化，拷贝构造函数将被调用； 带其他类型参数的，是一般的构造函数，定义对象时，用括号的形式初始化，实际上就是调用对应的构造函数。 当前两种构造函数缺省时，编译器将自动合成缺省的构造函数： 对于内置类型的成员变量，缺省默认构造函数不做任何事情，缺省拷贝构造函数复制其值； 对于类类型的成员变量，缺省默认构造函数将调用该成员变量的默认构造函数，缺省拷贝构造函数调用该成员的拷贝构造函数， 若该成员变量的默认构造函数或拷贝构造函数不可用（下面将会说明为什么不可用），那么将无法通过编译。 不能显式调用构造函数——即构造函数只会在对象定义时被调用一次，今后再无它途。

20 构造函数 如果将某个构造函数声明为private，则这个构造函数将无法使用。一般来说，这样做的目的是阻止编译器生成缺省的构造函数。
It’s something not that new. 如果将某个构造函数声明为private，则这个构造函数将无法使用。一般来说，这样做的目的是阻止编译器生成缺省的构造函数。 只带有一个参数的构造函数表明了一种可能的隐式类型转换： string(const char * s); new与malloc的区别在于：前者创建对象，后者分配空间。 编译器合成的缺省构造函数有时在编程上带来很多麻烦。 这个构造函数提供了一个C风格字符串到string的隐式类型转换。 分配空间后，该空间的内部结构仍然是不明确的，只有在上面调用过构造函数，一个对象才被真正的创建出来。new运算符将在分配出来的空间上调用构造函数，malloc却无此功能，因此，C++中一般不再使用malloc。

21 析构函数 没有返回值，名字是～<class name>，没有参数的函数是析构函数。构造函数可以有多个，析构函数只能有一个。
destructor 没有返回值，名字是～<class name>，没有参数的函数是析构函数。构造函数可以有多个，析构函数只能有一个。 它的作用是销毁一个对象。 如果没有声明析构函数，编译器将合成默认析构函数： 对于内置类型，释放其空间； 对于类类型，调用其析构函数。 实际上，上面两步是编译器附加在任何析构函数最后的两步。因为没有办法显式“释放空间”和调用析构函数。 析构函数只能在delete时和离开该对象的生存域时被自动调用。 也存在将析构函数声明为private的情况。 tilde 这也是delete和free的区别，delete将调用析构函数，销毁对象；free只是释放空间。注意，不能用free释放new出来的对象占据的空间。 在析构函数被声明为private的情况下，只能通过友元和静态成员函数来控制对象的生成销毁。所以，将析构函数声明为private诣在阻止用户控制对象的生存周期，封堵在栈上创建对象的途径。其标准用途是对象池。（这段话有人听懂了吗？听懂的举手？）没听懂是正常的，听懂也没什么用，不过我不会阻拦硬要听懂的同学。

22 静态成员 Steady, steady… static关键字也可以修饰类的成员： class person { … static int population; static int get_population(); }; 被修饰的成员叫做类的静态成员，是这个类的属性，不是某个对象的属性。 访问用:: int person::population = 0; person::get_population(); C里面的static修饰符表示变量被创建在静态存储区，生存周期为整个程序运行时。 静态存储区是什么？（C/C++的三大存储区——静态存储区、栈、堆） 不能用成员运算符.访问。不在构造函数中初始化，不在析构函数中被撤销。 在静态成员函数中，不存在this指针，不能访问类的非静态成员。这里再次说明了this指针的存在是成员函数可以访问成员的原因。

23 运算符重载 C++不仅提供了对函数的重载，也提供了对运算符的重载。运算符可以视为特殊的函数。一个简单的运算符重载如下：
It’s fully operational. C++不仅提供了对函数的重载，也提供了对运算符的重载。运算符可以视为特殊的函数。一个简单的运算符重载如下： 单目运算符： T1 operator [] (T2 a); int & operator [] (int i); 双目运算符： T1 operator < (T2 a, T3 b); bool operator < (person & a, person & b); 特别的运算符重载：++、--。 虽然可以视为函数，但只能重载已经存在的运算符，不能自定义新的运算符。 不能重载内置类型之间的运算符。 自增、自减运算符特殊，是因为他们在表达式之前与表达式之后表示的意义并不完全相同。他们的重载方法请诸位自行查找相关资料，并不复杂，只是需要区分。 这里讲的运算符重载是非常简单的，最简单的情况。

24 运算符重载 还有一类特殊的运算符也可以被重载： opetator T() operator int(); operator xxx();
这样的运算符必须是某个类的成员函数，它为这个类提供向特定类型的隐式类型转换。比如： class person { … string operator string(); } 更多的很多情况下，运算符重载是一个复杂的工程。在你真正掌握重载之前，请慎用。 更多的运算符重载，请查找专业教材。

25 继承与派生 class tallent : public person { … int IQ; };
Kim Jong-il chooses his third son as successor. class tallent : public person { … int IQ; }; 上面定义了person类的一个派生类tallent类，它将获得person类的一切成员，还另外附加了一个IQ成员。 上面的“一切成员”，不包括基类的构造函数、析构函数、new运算符和=运算符。但派生类中可以访问他们。 派生类对象可以隐式转换为基类类型； 派生类类型的指针可以隐式转换为基类类型的指针； person * WindyWinter = new tallent; person类被称为基类。 与之相对的是，派生类与基类是不同的类，派生类获得基类的私有成员，但不能访问基类的私有成员。 public关键字表示继承的访问关系控制，类似还有private继承和protected继承。 在private继承中，基类的public成员和protected成员成为派生类的private成员； 在protected继承中，基类的public成员和protected成员成为派生类的protected成员； 在public继承中，基类的成员的访问权限不变。 说指针可以隐式转换是不太正确的，这里表现起来的确像是类型转换，但事实上WindyWinter指针仍然保持了tallent的特性。

26 虚函数与多态 在声明某个成员函数时加上virtual修饰符，表示允许派生类重载该函数；在声明析构函数时加上virtual修饰符，产生特殊效果。 class person { … virtual string get_namecard(); }; WindyWinter->get_namecard(); virtual string get_namecard() = 0; 虚析构函数与销毁派生类中的指针的机制有关。 WindyWinter虽然是person类型指针，但调用的get_namecard()函数却是tallent类的重载版本。这一特性叫做多态。 虚函数的“虚”是翻译的结果，他们是真实存在的函数，要想让它不存在，变成真正的“虚”函数，要在声明后面加“=0”，这样的虚函数叫纯虚函数，他只有一个声明，没有定义，不能被调用。带有纯虚函数的类不能用来定义对象，派生类如果不重载这个纯虚函数，一样不能定义对象。

27 多继承 一个类可以继承于多个类，派生类获得所有基类的成员。
Well, one is just not enough. 一个类可以继承于多个类，派生类获得所有基类的成员。 class tallent : public person, public another_person { … int IQ; }; 基类之间用逗号分隔。 如果两个基类有同名成员，将在派生类中产生二义性，需要用::做访问控制。

28 友元 A friend in need is a friend indeed. class tallent { … friend smart_girl; friend bool pay(); friend bool dreamland::login(); friend tallent operator +(…); }; 友元需要声明在类的public段之下。 友元是一个声明。友元不是类的成员。 有时我们需要在类外部访问类的private成员，这时需要声明一个类的友元。友元可以是另外一个类，可以是函数，可以是某个类的成员函数，也可以是运算符。被声明为友元的东西可以访问这个类的private成员。 这意味着：1. 友元的声明要按声明的完整格式写，还要附加friend修饰符； 2. 友元不在声明友元的地方定义，在另外的地方定义。

29 Tags Cloud 类 域运算符 构造函数 析构函数 this指针 静态成员 静态成员函数 友元
Keywords 类 域运算符 构造函数 析构函数 this指针 静态成员 静态成员函数 友元 继承 派生 多继承 虚函数 纯虚函数 多态 运算符重载 类型转换 OOP 虚继承 我们休息一下，这是第二段的tag。今天讲的内容是非常简略的，建议大家以此为关键词，搜索相关资料。最后的两个关键词今天没有讲到。OOP的概念非常重要，不过这是一个非常理论化的东西，平时写程序未必需要理解；虚继承是较为特殊的一种继承。

30 作业 在这里结束 留一点作业，然后大家就解放了。

31 作业 Soli Deo gloria. USTC OnlineJudge 1000 1001 1003 1004 Homework
以上题目是锻炼编程语言熟练度的题目。不要求全部做完，也不检查作业。 今天就到这里吧，感谢大家捧场。Soli Deo gloria. 最后我给大家演示一下如何在USTC OnlineJudge上做题。如果对今天的内容还有疑议，请立刻提出。 Soli Deo gloria.