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教案大纲 —「Qt 方向」4 天实训

配套材料：docs/teaching/slides/day1.html … day4.html（reveal.js 交互幻灯片，已 vendor 进仓库，离线可用，见文末「材料与播放方式」）。

0. 受众假设（显式声明，供随时纠偏）

本教案假定学员已掌握 C++ 基础语法与面向对象概念（类、继承、多态等术语不陌生）， 但未接触过 Qt。 这是本次问答中用户明确选择的组合：

• 先修水平：「已熟悉 C++/OOP，只是不了解 Qt」
• 4 天主线：「3 天 C++ 强化（含 OOP）+ 1 天 Qt 桌面」

两者合起来的落地方式是：Part1（C++/OOP）3 天不讲入门语法，改为「强化 / 纠错 / 深挖」定位——重点讲仓库里已经踩过并记录在 docs/ERRATA.md 的真实坑、 docs/VERSION_NOTES.md 里的跨版本反直觉结论，以及对象模型、虚函数表这类「学过但 未必讲透」的机制；Part3（Qt）压缩进 1 天，定位是「快速建立骨架认知 + 挑一个 方向动手做出一个可跑的小工具」，不追求覆盖全部 29 个目标。

如果实际学员水平达不到「已熟悉 C++/OOP」，Day1–3 的讲授部分需要退回到语法讲解， 练习任务保持不变但预期完成度应下调——教师可据此现场调整，无需改讲义结构。

1. 总体目标

1. 学员能解释 C++ 相对 C 的关键扩展机制的原理（不是背语法），并能指出这些语法在 哪个标准版本才成立/失效。
2. 学员能独立分析并修正一段有缺陷的 C++/Qt 代码（本仓库的 ERRATA*.md 就是活教材）。
3. 学员能读懂并扩展一个 Qt 桌面小程序（信号槽、控件、事件、绘图、文件 IO 至少覆盖一类）。
4. 每天结束都有一个可运行、可验证的产出（不是抄书面练习）。

2. 课时结构（讲:练 ≈ 1:3 的落地方式）

每天 6 课时（45 分钟/课时 ×6 = 270 分钟），分两个模块，模块内部再拆讲/练/答疑：

模块	时长	讲授	练习	小结/答疑	讲:练
模块 A（上午，3 课时）	135min	35min	95min	5min	≈1:2.7
模块 B（下午，3 课时）	135min	35min	95min	5min	≈1:2.7

全天讲授 70min / 练习 190min，比例 ≈1:2.7，接近题目要求的 1:3；docs/teaching/slides/ 每天的 HTML 幻灯片按「模块 A 讲 → 模块 A 练习任务卡 → 模块 B 讲 → 模块 B 练习任务卡」 组织，练习任务卡本身就是幻灯片的一部分（放投影上，学员对着做），教师在 95min 内巡场答疑。

3. 四天总览

Day	主题	模块 A	模块 B
1	C++ 对 C 的扩展 + 类和对象基础	p01/ch02 p01/ch03 强化精讲	p01/ch04/s01–s03 封装/构造析构
2	OOP 进阶	p01/ch04/s04–s06 对象模型/友元/运算符重载	p01/ch04/s07–s08 继承/多态
3	泛型与标准库	p01/ch05 模板 + p01/ch06 类型转换	p01/ch07 异常 + p01/ch08 IO流 + p01/ch09 STL
4	Qt 桌面全景	p03/ch02–ch05 项目/信号槽/主窗口	p03/ch06 p03/ch08–ch11 对话框/控件/事件/绘图/文件（速览+分组选做）

标注约定：下文表格中 讲 = 课堂演示讲解，练 = 学员必须动手完成，参考 = 不 在课堂展开、留作课后自学（文件仍在仓库里，链接照给）。24 课时不可能覆盖全部 173 个 目标，所有清单都是精选而非全集，未点名文件默认按「参考」处理。

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Day 1 — C++ 对 C 的扩展 + 类和对象基础

模块 A：C++ 对 C 的扩展（强化，非入门）

讲（35min）——只挑「学过但容易讲不透」的点，每点配 ERRATA/VERSION_NOTES 出处：

知识点	文件	强化角度
namespace 在函数体内定义为什么非法	p01/ch03/namespace_syntax.cpp（对照 docs/ERRATA.md [58954439:3/6/7]）	wiki 原文的错误写法 + 编译器报错原文，讲“作用域”不是“文件顺序”
函数重载的决议机制	p01/ch03/function_overload_mechanism.cpp、function_overload_basics_2.cpp（ERRATA [58954439:42] ambiguous-overload）	名字改写(name mangling)与重载集合，为什么会出现二义性
const 的本质 vs #define	p01/ch03/const_diff_summary.cpp、const_vs_define.cpp	类型检查、作用域、编译期替换的本质差异
引用的本质	p01/ch03/reference_essence.cpp	“引用是自动解引用的 const 指针”这一实现视角
三目运算符可否作左值——纯版本差异	p01/ch03/ternary_operator.c vs ternary_operator.cpp	现场用 tools/std_probe.py 演示，对照 docs/VERSION_NOTES.md §2

练（95min）：

• 任务卡 1：在 p01/ch03 挑 8–10 个文件（namespace / reference / overload / const 系列）， 逐个 tools/run.sh <target> 跑通，对照 docs/ERRATA.md 里的对应条目，写一句话解释 “wiki 原文错在哪、为什么现在的写法是对的”。
• 任务卡 2（版本探针实操）：

  tools/std_probe.py --lang c --file p01/ch03/ternary_operator.c \
      --standards c89,c99,c11,c17 --pedantic-errors
  

  记录哪个标准报错、哪个不报错，对照 docs/VERSION_NOTES.md §2 的结论。
• 任务卡 3（拔高，选做）：阅读 ERRATA.md [58954439:42]，解释 dedupe 脚本为什么会把 重载函数改名导致二义性——这是一个「工具误伤正确代码」的真实案例，训练读 diff 的能力。

模块 B：类和对象基础

讲（35min）：

知识点	文件	强化角度
封装：C 结构体+函数 vs C++ 类	p01/ch04/s01/class_encapsulation.c 对比 class_encapsulation.cpp	同一问题两种语言写法并排看
构造/析构时机	p01/ch04/s03/ctor_and_dtor.cpp	强调 ERRATA 里一串 missing-include（[58954451:0..13]）——wiki 原文常见疏漏，编译器不报错但运行期用到 strcpy/strlen 会炸
深拷贝 vs 浅拷贝	p01/ch04/s03/deep_vs_shallow_copy.cpp	用析构函数里的打印现场演示悬垂指针/double free
静态成员与单例	p01/ch04/s03/static_singleton.cpp	静态成员的生命周期

练（95min）：

• 任务卡 1：以 p01/ch04/s02/point_and_circle.cpp 或 cube_class_design.cpp 为起点， 新增一个成员函数（如计算面积/体积），编译运行验证。
• 任务卡 2：修改 deep_vs_shallow_copy.cpp，故意触发浅拷贝析构两次释放同一块内存， 用 run.sh 观察崩溃或输出异常，再改回深拷贝对比。
• 任务卡 3：参照 static_singleton.cpp 独立写一个单例类（禁止拷贝构造）。

当日产出验证：cmake --build build --target all_p01_ch03 与 all_p01_ch04_s03 全绿；至少完成 1 个浅拷贝崩溃复现 + 修复对比。

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Day 2 — OOP 进阶

模块 A：对象模型 / 友元 / 运算符重载

讲（35min）：

知识点	文件
this 指针与常量成员函数	p01/ch04/s04/this_pointer.cpp、const_member_function.cpp
友元破坏封装的取舍	p01/ch04/s05/friend_syntax.cpp
运算符重载全景（=, ==, [], (), ++/--）	p01/ch04/s06/overload_assignment.cpp、overload_equality.cpp、overload_function_call.cpp、overload_increment_decrement.cpp

练（95min）：

• 任务卡 1：给一个自定义类实现 operator=（配合深拷贝）+ operator==，参照 overload_assignment.cpp / overload_equality.cpp。
• 任务卡 2：实现一个重载了 operator[] 的简单容器类（参照 overload_pointer_operator.cpp 的思路），做边界检查。
• 任务卡 3（选做）：overload_with_friend.cpp——用友元函数实现 operator<<， 讨论“为什么流输出运算符通常不能是成员函数”。

模块 B：继承与多态

讲（35min）：

知识点	文件	强化角度
继承中构造/析构的顺序	p01/ch04/s07/inheritance_ctor_dtor_order.cpp	先基类后派生类构造，析构相反
同名成员遮蔽	p01/ch04/s07/same_name_members.cpp	作用域遮蔽 vs 重写
虚继承解决菱形问题	p01/ch04/s07/diamond_virtual_inheritance.cpp	内存模型图示（vbptr）
纯虚函数/抽象类	p01/ch04/s08/pure_virtual_dtor.cpp	ERRATA [58954469:5] abstract-instantiation——wiki 原文误实例化了抽象类
虚析构的意义 + 裁切问题	p01/ch04/s08/virtual_dtor_purpose.cpp、upcast_problem.cpp	用基类指针 delete 派生类对象不加 virtual 析构的内存泄漏演示

练（95min）：

• 任务卡 1：跑 upcast_problem.cpp，观察未加 virtual 时的行为，然后手动加上 virtual 关键字重新编译对比输出差异。
• 任务卡 2：设计一个含虚析构的基类 + 2 个派生类，用基类指针数组管理对象，验证 析构顺序正确、无内存泄漏（可选 valgrind 或简单打印计数）。
• 任务卡 3（选做）：diamond_virtual_inheritance.cpp 与 diamond_virtual_inheritance_2.cpp 对比普通继承 vs 虚继承的成员地址/构造次数。

当日产出验证：一个「基类指针管理派生类对象、正确释放」的可运行小程序。

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Day 3 — 泛型与标准库

模块 A：模板 + 类型转换

讲（35min）：

知识点	文件
函数模板 vs 类模板	p01/ch05/function_template.cpp、class_template_basics.cpp
模板的局限性	p01/ch05/template_limitations.cpp、template_vs_function.cpp
四种显式类型转换	p01/ch06/static_cast_demo.cpp、dynamic_cast_demo.cpp、const_cast_demo.cpp

练（95min）：

• 任务卡 1：仿照 class_template_basics.cpp 写一个通用 Pair<T1, T2> 或简易 Stack<T> 类模板。
• 任务卡 2：用 dynamic_cast 对一个多态类层次做安全向下转型判断（失败返回 nullptr 的分支要写出来）， 参照 dynamic_cast_demo.cpp。
• 任务卡 3（选做）：class_template_derives_class.cpp / class_template_derives_template.cpp—— 类模板的派生关系。

模块 B：异常 + IO 流 + STL

讲（35min，三块内容合并速览，各分配约 12min）：

知识点	文件
异常语法与栈展开	p01/ch07/exception_syntax.cpp、stack_unwinding.cpp
自定义异常类 / std::exception 体系	p01/ch07/custom_exception_class.cpp、std_exception_library.cpp
文件 IO（文本/二进制）	p01/ch08/ascii_file_io.cpp、binary_file_io.cpp
STL 三大组件速览	p01/ch09/s02/stl_components_case.cpp
常用容器 + 迭代器	p01/ch09/s03/vector_iterator.cpp、list_data_structure.cpp
算法 + 函数对象	p01/ch09/s04/predicate.cpp、function_object.cpp、traversal_algorithms.cpp

练（95min，任选其二完成，第三个留参考）：

• 任务卡 1：给 Day2 写的类加异常处理——非法参数抛自定义异常，catch 后打印信息不崩溃。
• 任务卡 2：用 vector + <algorithm>（sort / find_if）完成一个小任务（如“找出成绩表中不及格的学生”）。
• 任务卡 3：参照 binary_file_io.cpp 把一个结构体数组写入二进制文件再读出校验。

当日产出验证：至少 1 个模板类 + 1 个使用 STL 容器/算法解决实际小问题的程序。

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Day 4 — Qt 桌面全景（1 天，快速建立骨架认知 + 动手做一个可跑小工具）

定位声明：Day1–3 是「强化已知」，Day4 是「Qt 零基础入门」——讲授压缩为骨架级 讲解，练习是「跟着例子改」而不是从零写。9 个章节、29 个目标不追求全覆盖， 模块 B 采用分组选做。所有 Qt 目标运行前需先执行 tools/install_qt_host.sh（一次性）与 cmake -S . -B build -G Ninja -DBUILD_QT_PART=ON -DCMAKE_PREFIX_PATH=$PWD/.qt514/5.14.2/gcc_64。

模块 A：项目结构 / 第一个程序 / 信号槽 / 主窗口

讲（35min）：

知识点	文件
最小 Qt 程序结构（QApplication + exec()）	p03/ch02/minimal_qt_app.cpp
控件创建与显示	p03/ch03/button_creation.cpp
内置信号槽 / 自定义信号槽 / lambda 槽	p03/ch04/builtin_signal_slot.cpp、custom_signal_slot.cpp、lambda_signal_slot.cpp
QMainWindow 中心部件与停靠窗口	p03/ch05/central_widget.cpp、dock_widget.cpp

练（95min）：

• 任务卡 1：编译运行 minimal_qt_app 与 button_creation（先用离屏模式验证再选做真实窗口）：

  QT_QPA_PLATFORM=offscreen tools/run_qt.sh minimal_qt_app
  

• 任务卡 2：仿 custom_signal_slot.cpp 给按钮连接一个自定义信号槽（点击后改变一个 QLabel 文本）。
• 任务卡 3：用 QMainWindow + dock_widget.cpp 搭一个「中心区+侧边栏」的窗口骨架。

模块 B：对话框 / 控件 / 事件 / 绘图 / 文件（速览 + 分组选做）

讲（35min，五个方向各约 7min 速览，只给「这个方向能做什么」的骨架认知）：

方向	文件
对话框（模态/非模态/文件/消息框）	p03/ch06/modal_dialog.cpp、file_dialog.cpp、message_box_question.cpp
常用控件（图片/文本标签、自定义控件）	p03/ch08/label_pixmap.cpp、label_text_html.cpp、custom_widget.cpp
事件机制（鼠标事件、事件过滤器）	p03/ch09/mouse_event.cpp、event_filter_mainwindow.cpp
绘图（QPainter、绘图设备）	p03/ch10/qpainter_basic.cpp、paint_device_qimage.cpp
文件系统（QFile/QTextStream/QDataStream）	p03/ch11/qfile_basic.cpp、qtextstream_io.cpp、qdatastream_io.cpp

练（95min，三选一，分组完成，组内可互相帮忙）：

• 方案 A：图片查看器雏形 —— label_pixmap.cpp + file_dialog.cpp：用文件对话框选图片， 加载到 QLabel 显示。
• 方案 B：简易绘图板 —— qpainter_basic.cpp + mouse_event.cpp：监听鼠标拖动事件， 用 QPainter 画出轨迹。
• 方案 C：文本文件小工具 —— qfile_basic.cpp + qtextstream_io.cpp：读一个文本文件、 统计行数/字符数，写回一个新文件。

当日产出验证：每组现场用 QT_QPA_PLATFORM=offscreen tools/run_qt.sh <target>（或有 X 环境时直接运行）演示自己选做的方案，教师验收「编译通过 + 交互符合预期」。

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4. 验证与考核方式

• 每天结束前 10 分钟（占用小结时间的延伸，或作为课后作业）：学员提交当天练习任务卡的 产出文件，用 cmake --build build 验证全绿。
• Day4 结束：三选一小工具的现场演示，作为本次实训的最终考核点。
• 教师侧参考答案：所有练习任务的「正确写法」在仓库对应文件里已经存在（生成器产出即 正确版本），可直接用作评分参照；docs/ERRATA*.md 记录了每一处修正，可用于讲解 “错在哪、对在哪”。

5. 材料与播放方式

• 大纲：本文件 docs/teaching/OUTLINE.md。
• 交互幻灯片：docs/teaching/slides/day1.html … day4.html，index.html 为入口页。
• 技术方案：reveal.js 5.2.1（仅 dist/ 核心 + plugin/highlight）已 vendor 进 docs/teaching/slides/reveal/，零 CDN 依赖，断网教室也能播放。
• 播放方式（代码链接用相对路径指向仓库源文件，需要 HTTP 而非 file:// 才能正常跳转）：

  cd /home/charles/workspaces/qt-course
  python3 -m http.server 8000
  # 浏览器打开 http://localhost:8000/docs/teaching/slides/index.html
  

• 幻灯片内所有「文件」链接均为相对本仓库路径的可点击链接，点开后由浏览器直接展示 源码（配合上面的 http.server）；教师也可直接在编辑器里打开同一路径带学员精读。