C++/QT 開發技能樹詳解

一、編程語言 (C++)

1. C++基礎語法（數據類型、模板、命名空間）

是什么：這是構建C++程序的基石。數據類型定義了變量存儲的數據種類和大小；模板允許編寫與數據類型無關的通用代碼；命名空間用于避免大型項目中的名稱沖突。
如何理解：
- 數據類型：如?int,?double,?char?是基礎類型；std::string,?std::vector?是標準庫定義的復雜類型。理解它們的內存占用和操作代價對性能優化至關重要。
- 模板：可以把它理解為一個“代碼模具”。比如您項目中的?std::vector<int>?和?std::vector<std::string>，編譯器會根據這個“模具”生成兩份分別處理int和string的代碼。這是C++實現泛型編程的核心。
- 命名空間：類似于文件系統的目錄。std::cout?意味著在std這個“目錄”下找cout。您也可以創建自己的命名空間來組織代碼，防止和第三方庫的符號沖突。
如何使用：
- 在定義變量時選擇最合適的數據類型。
- 使用模板來編寫通用函數（如?template <typename T> T max(T a, T b)）和通用類。
- 在自己的庫或模塊中使用?namespace MyProject { ... }?來封裝代碼。使用?using namespace std;?需謹慎，尤其在頭文件中。

2. 指針

是什么：指針是一個變量，其值是另一個變量的內存地址。
如何理解：?指針就是地址。

它提供了直接操作內存的能力，非常強大但也容易出錯（如空指針、野指針）。在C++中，它常用于動態內存分配、數組遍歷、函數傳參（避免拷貝大對象）等。

如何使用：
- 動態分配內存：int *ptr = new int;，記得用?delete ptr;?釋放。
- 傳遞函數參數：void modifyValue(int *ptr) { *ptr = 10; }，允許函數修改外部變量的值。
- 訪問數組：數組名本質上就是一個指向數組首元素的指針。
- 現代C++建議：優先使用智能指針?(std::unique_ptr,?std::shared_ptr)，它們可以自動管理內存生命周期，極大減少內存泄漏的風險。

3. Lambda 表達式

是什么：一種匿名函數對象，可以在代碼中就地定義短小的函數，而無需正式聲明一個函數。
如何理解：它類似于JavaScript中的箭頭函數。它捕獲上下文變量、接受參數、并有一個函數體。它使得代碼更簡潔，尤其是在與STL算法配合時。
如何使用：
- 基本語法：[capture] (parameters) -> return_type { function_body }
- 捕獲列表?[capture]?是關鍵：
  - [=]：以值的方式捕獲所有外部變量。
  - [&]：以引用的方式捕獲所有外部變量。
  - [a, &b]：以值捕獲a，以引用捕獲b。
- 示例：與?std::sort?或?std::for_each?配合使用。
```
std::vector<int> vec = {4, 2, 5, 1};
std::sort(vec.begin(), vec.end(), [](int a, int b) { return a > b; }); // 降序排列
```

4. 面向對象：封裝、繼承、多態

是什么：面向對象編程的三大核心特性。
如何理解與使用：
- 封裝：將數據（屬性）和操作數據的方法（函數）綁定在一起，并隱藏內部實現細節，只暴露接口。通過?class?和訪問控制符?public,?private,?protected?實現。在您的項目中，每個模塊的類設計都體現了封裝思想。
- 繼承：允許一個新類（派生類）繼承另一個類（基類）的屬性和方法，實現代碼復用和層次化設計。如?class Dog : public Animal {}。
- 多態：允許不同類的對象對同一消息做出不同的響應。通常通過基類的虛函數和指針/引用來實現。
```
class Shape {
public:virtual void draw() = 0; // 純虛函數，抽象基類
};
class Circle : public Shape {
public:virtual void draw() override { /* 畫一個圓 */ }
};
// 多態的使用
Shape *shape = new Circle();
shape->draw(); // 調用的是 Circle::draw()
```
- 在您項目中的應用： QT的整個 widget 系統就是基于繼承和多態。QPushButton?繼承自?QWidget，您可以重寫?paintEvent?等虛函數來實現自定義UI。

二、內存管理

1. 堆棧機制

是什么：程序運行時內存管理的兩種基本方式。
如何理解：
- 棧：由編譯器自動分配和釋放。存放局部變量、函數參數等。分配速度快，但空間有限，生命周期與函數作用域綁定。
- 堆：由程序員手動分配和釋放（new/delete?或?malloc/free）。空間大，分配速度慢，生命周期由程序員控制，管理不當會導致內存泄漏或野指針。
如何使用：小型、生命周期短的變量用棧。大型對象、需要動態控制生命周期的對象用堆（并盡量用智能指針管理）。

2. 手動內存管理

是什么：使用?new?和?delete?成對操作來在堆上分配和釋放內存。
如何理解：?誰申請，誰釋放。忘記釋放會導致內存泄漏；釋放后再次使用會導致未定義行為。在復雜流程中，確保在每一個分支路徑上都正確釋放內存非常具有挑戰性。
如何使用：?強烈建議在現代C++項目中避免直接使用?new/delete。使用?std::vector,?std::string?等容器以及?std::unique_ptr?和?std::shared_ptr?等智能指針來自動化內存管理。您在“性能優化”中提到的“內存池”是更高級的手動內存管理技術，用于特定性能敏感場景。

三、 QT 框架

1. 信號和槽

是什么： QT的核心機制，用于對象之間的通信。它是一種類型安全的“觀察者模式”。
如何理解：當某個對象（發送者）的狀態發生變化時，它會發射一個信號。另一個對象（接收者）的槽函數可以對這種變化做出響應。它們通過?QObject::connect?函數連接。

如何使用：

// 聲明
class Sender : public QObject {Q_OBJECT
signals:void valueChanged(int newValue);
};
class Receiver : public QObject {Q_OBJECT
public slots:void handleValueChange(int value) { ... }
};
// 連接
Sender s; Receiver r;
QObject::connect(&s, &Sender::valueChanged, &r, &Receiver::handleValueChange);
// 觸發
emit s.valueChanged(10); // 此后，r.handleValueChange(10) 會被自動調用

在您項目中的應用：這是QT程序事件驅動的基石。按鈕點擊、定時器超時、網絡數據到達等，都是通過信號和槽來通知和處理的。

2. 事件過濾器

是什么：一種更高級的事件處理機制，允許一個對象監視并攔截發送給另一個對象的事件。
如何理解：比如主窗口可以安裝事件過濾器來監聽所有子控件的事件（如鼠標點擊、按鍵），并在事件到達目標控件之前先進行處理或過濾掉。
如何使用：
1. 在監視者對象中重寫?eventFilter(QObject *watched, QEvent *event)?方法。
2. 調用?watchedObject->installEventFilter(filterObject);?進行安裝。
- 在您項目中的應用：可用于實現全局快捷鍵、自定義鼠標行為、驗證輸入等。

3. 多線程編程

是什么：使用?QThread?等類來并發執行任務，防止耗時操作阻塞主線程（UI線程）。
如何理解： QT推薦使用工作線程模式，而非繼承QThread。即將一個的工作對象（繼承自QObject）移動到一個線程中，通過信號和槽與主線程通信。

QThread *thread = new QThread;
Worker *worker = new Worker; // Worker 是一個QObject
worker->moveToThread(thread); // 關鍵步驟
// 連接信號槽：啟動線程、開始工作、匯報進度、結束線程
connect(thread, &QThread::started, worker, &Worker::doWork);
connect(worker, &Worker::resultReady, this, &MainWindow::handleResult);
connect(worker, &Worker::finished, thread, &QThread::quit);
connect(thread, &QThread::finished, thread, &QThread::deleteLater);
thread->start();

在您項目中的應用：?您在“廣告機系統”中明確提到了“使用QThread開發專用工作線程，處理網絡IO和文件操作”，這正是該模式的典型應用。

四、圖像處理 (OpenCV)

1. 圖像濾波（如高斯濾波）

是什么：使用一個“核”在圖像上滑動，計算鄰域像素的加權平均值，用于去噪和平滑。
如何理解：高斯濾波的權重服從高斯分布（正態分布），中心點權重最大，越遠權重越小。能很好地消除高斯噪聲，并保留更多的圖像邊緣信息 compared to mean filter。
如何使用：?cv::GaussianBlur(src, dst, Size(5,5), 0);

2. 邊緣檢測（如Canny）

是什么：識別圖像中亮度變化劇烈的點，這些點通常對應物體的邊緣。
如何理解： Canny邊緣檢測是一個多階段的算法（噪聲去除->計算梯度->非極大值抑制->雙閾值篩選），結果是干凈、連續的邊緣。
如何使用：?cv::Canny(src, edges, threshold1, threshold2);

3. 特征提取與匹配

是什么：?特征是圖像中具有獨特性的局部結構（如角點、斑塊）。匹配是在不同圖像中尋找相同特征的過程。
如何理解：就像人的“痣”或“臉部輪廓”是特征。SIFT、SURF、ORB等算法可以提取這些特征并生成一個描述子向量。通過比較描述子向量的距離，可以判斷兩個特征是否匹配。
在您項目中的應用：?您在“紡織面料疵點檢測”項目中，提取疵點的“特征向量”就是為了后續能夠對疵點進行分類和識別。

五、開發工具 & 其他

1. 版本控制 (Git/SVN)

是什么：記錄代碼變更歷史、協同開發的工具。
核心概念：
- Git：分布式。每個開發者都有完整的倉庫克隆。常用命令：clone,?add,?commit,?push,?pull,?branch,?merge。
- SVN：集中式。只有一個中央倉庫。常用命令：checkout,?update,?commit。
如何理解：?代碼的“時光機”。允許回退到任何歷史版本，并行開發不同功能（分支），解決代碼沖突，追蹤誰在何時改了什麼。

2. 數據庫 (MySQL/SQLite)

是什么：結構化數據存儲和管理系統。
核心概念與使用：
- SQLite：輕量級，嵌入式的數據庫，整個庫就是一個文件。非常適合桌面應用、移動應用（如您的QT終端程序）作為本地存儲。
- MySQL：強大的客戶端-服務器型數據庫，支持高并發、大規模數據。適合作為Web應用或分布式系統（如您的廣告機管理系統）的后端數據庫。
- CRUD：增(INSERT)、刪(DELETE)、改(UPDATE)、查(SELECT)是基本操作。
- 索引：加速查詢的數據結構，理解它對于“優化數據庫查詢性能”至關重要。

3. 網絡協議 (TCP/UDP/HTTP/MQTT)

是什么：設備之間通信的規則。
如何理解與使用：
- TCP：面向連接、可靠、有序的字節流傳輸。像打電話，需要建立連接，保證對方能聽到。用于需要可靠性的場景（如文件傳輸、網頁瀏覽）。
- UDP：無連接、不可靠的數據報傳輸。像發廣播，不保證對方收到。用于實時性要求高、可容忍少量丟失的場景（如視頻通話、游戲）。
- HTTP：基于TCP的應用層協議，是Web通信的基礎（請求-響應模型）。
- MQTT：?輕量級的發布-訂閱消息協議，專為物聯網設計。您在廣告機項目中的核心貢獻就是基于此協議。
  - 理解發布-訂閱：設備（客戶端）連接到代理服務器（如EMQX）。設備訂閱它感興趣的主題（如?device/001/temperature）。另一個設備向這個主題發布消息。代理服務器負責將消息轉發給所有訂閱了該主題的設備。實現了發布者和訂閱者的解耦。