C++

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C++是一種使用非常廣泛的计算机程序設計語言。C++是一種靜態数据类型檢查的，支持多範型的通用程序設計語言。它支持程序化程序設計、数据抽象化、对象導向程序設計、泛型程序設計等多種程序設計風格。

貝爾實驗室的比雅尼·斯特勞斯特魯普博士在20世紀80年代發明並實現了C++（最初這種語言被稱作「C with Classes」）。一開始C++是作為C語言的增強版出現的，從給C語言增加类開始，不斷的增加新特性。虚函数（virtual function）、运算符重载（operator overloading）、多重繼承（multiple inheritance）、模板（template）、異常（exception）、RTTI、命名空間（name space）逐漸納入標準。1998年國際標準組織（ISO）頒布了C++程序設計語言的國際標準ISO/IEC 14882-1998。遺憾的是，由於C++語言過於複雜，以及他經歷了長年的演變，直到現在（2004年）只有少數幾個編譯器完全符合這個標準。

另外，就目前學習C++而言，可以認為它是一門獨立的語言；它並不依賴C語言，我們可以完全不學C語言，而直接學習C++。根據《C++編程思想》（Thinking in C++）一書所評述的，C++與C的效率往往相差在正負5%之間。所以有人認為在大多數場合中，C++完全可以取代C語言。

C++語言發展大概可以分為三個階段：第一階段從80年代到1995年。這一階段C++語言基本上是傳統类型上的面向对象語言，並且憑借著接近C語言的效率，在工業界使用的開發語言中佔據了相當大份額；第二階段從1995年到2000年，這一階段由於標準模板庫(STL)和後來的Boost等程序庫的出現，泛型程序設計在C++中佔據了越來越多的比重性。當然，同時由於Java、C#等語言的出現和硬件價格的大規模下降，C++受到了一定的衝擊；第三階段從2000年至今，由於以Loki、MPL等程序庫為代表的產生式編程和模板元編程的出現，C++出現了發展歷史上又一個新的高峰，這些新技術的出現以及和原有技術的融合，使C++已經成為當今主流程序設計語言中最複雜的一員。

目录

[编辑] 發展歷史

Stroustrup工作起於1979年的C with Classes。這個構思起源於 Stroustrup 做博士論文時的一些程序撰寫經驗。他發現Simula具備很利於大型软件開發的特點，但Simula的執行速度太慢，無法對現實需求發揮功效；BCPL雖快得多，但它過於低階的特性，使其不適於大型软件的開發。當Stroustrup開始在貝爾實驗室工作時，他有分析UNIX内核關於分布式計算的問題。回想起他的博士論文經驗，Stroustrup開始為C語言增強一些类似Simula的特點。之所以選擇C，是因為它適於各種用途、快速和可移植性。除了C和Simula之外，同時也從其它語言中取得靈感，如ALGOL 68、Ada、CLU以及ML。剛開始時，类、派生类、儲存类型檢查、內聯和默认參數特性，都是通过Cfront引入C語言之中。1985年10月出現了第一個商業化發佈。

1983年，C with Classes改命名為C++。加入了新的特性，其中包括虛疑函数、函数名和操作符重載、參考、常量、使用者可控制的自由空間儲存區控制、改良的类型檢查，以及新的雙斜線(//)單行註解風格。1985年，發佈第一版《C++程序設計語言》，提供一個重點的語言參考，至此還不是官方標準。1989年，發佈了Release 2.0。引入了多重繼承、抽象类、靜態成員函数、常量成員函数，以及成員保護。1990年，出版了The Annotated C++ Reference Manual。這本書後來成為標準化的基礎。稍後還引入了模板、異常處理、命名空間、新的強制轉型，以及布尔类型。

隨著C++語言的演變，也逐漸演化出相應的標準程序庫。最先加進C++標準函数库的是流I/O程序庫，其用以取代傳統的C函数，如printf和scanf。隨後所引入的程序庫中最重要的便是標準模板庫，簡稱STL。

多年後，一個聯合的ANSI-ISO委員會於1998年對C++標準化(ISO/IEC 14882:1998)。在官方釋出1998標準的若干年後，委員會處理缺陷報告，並於2003年發佈一個C++標準的修正版本。2005年，一份名為Library Technical Report 1（簡稱TR1）的技術報告釋出。雖然還不是官方標準的一部分，不過它所提供的幾個擴展可望成為下一版C++標準的一部分。幾乎所有目前仍在維護的C++編譯器皆已支持TR1。

雖然C++免專利，但標準文件本身並不是免費的。

[编辑] C++名字的由來

C++這個名字是Rick Mascitti於1983年中所建議的，並於1983年12月首次使用。更早以前，尚在研究階段的發展中語言曾被稱為「new C」，之後是「C with Classes」。在计算机科學中，C++仍被稱為C語言的上層結構。它最後得名於C語言中的「++」操作符（其對变量的值進行遞增）。而且在共同的命名約定中，使用「+」以表示增強的程序。Stroustrup說：「這個名字象徵著源自於C語言變化的自然演進」。C+是一個和C/C++無關的早期编程语言。

Rick Mascitti在1992年被非正式地問起名字的由來，他表示這是在半開玩笑中說出的。他從沒想過C++會成為這門語言的正式名字。

有一個關於C++名字的笑話是，當你使用後綴++時，附加只發生在運算之後（因此，它應該是++C，而不是C++）。

[编辑] 未來發展

[编辑] 設計原則

在《C++語言的設計和演化》(1994)中，Bjarne Stroustrup描述了他在設計C++時，所使用的一些原則。知道這些原則有助於理解C++為何會是現在這個樣子。以下總結了一些原則，詳盡的內容可參閱《C++語言的設計和演化》：

  • C++設計成靜態类型、和C同樣高效且可移植的多用途程序設計語言。
  • C++設計成直接的和廣泛的支持多種程序設計風格（程序化程序設計、数据抽象化、对象導向程序設計、泛型程序設計）。
  • C++設計成給程序設計者更多的選擇，即使可能導致程序設計者選擇錯誤。
  • C++設計成盡可能與C兼容，藉此提供一個從C到C++的平滑過渡。
  • C++避免平台限定或沒有普遍用途的特性。
  • C++不使用會帶來額外開銷的特性。
  • C++設計成無需複雜的程序設計環境。

[编辑] 標準程序庫

1998的C++標準分為兩個部分︰内核語言和C++標準程序庫；後者包含了大部分標準模板庫和C標準程序庫的稍加修改版本。存在許多不屬於標準部分的C++程序庫，且使用外部链接，程序庫甚至可以用C撰寫。

C++標準程序庫充分吸收了C標準程序庫，並佐以少許的修改，使其與C++良好的運作。另一個大型的程序庫部分，是以標準模板庫(STL)為基礎，STL於1994年2月正式成為ANSI/ISO C++。它提供了實用的工具，如容器（如︰向量和链表），迭代器（一般化指针）提供容器以类似数组的访問方式，以及算法進行查找和排序的運算。此外還提供了(multi)map（關聯数组）和(multi)set，它們都使用兼容的界面。因此，以下成為可能，使用模板撰寫泛型算法，它可以和任何容器或在任何以迭代器定義的序列上運作。如同C，使用#include指令包含標準表頭，即可访問程序庫裡的功能。C++提供69個標準表頭，其中19個不再贊成使用。

使用標準庫（例如︰使用std::vector或std::string來取代C風格的数组）有助於導向更安全和更靈活的软件。

STL在納入C++標準以前，是來自HP和後來的SGI的第三方程序庫，標準中並未稱之為「STL」，它只是標準庫中的一部分，但仍有許多人使用這個名稱，以別於其它的標準庫（輸入/輸出流、國際化、診斷、C程序庫子集，等等）。

[编辑] C++中的特色

和C語言相比，C++引入了更多的特性，包括︰陳述性声明，类似函数的強制轉型，new/delete操作符，布尔类型，參考类型，默认參數，函数重載，命名空間，类（包括所有和类相關的特性，如繼承、成員函数、虚函数、抽象类和建構子），操作符重載，模板，::操作符，異常處理和執行時期識別。

和普遍認為的相反，C++不是第一個引入const關鍵字的。Const是在正式引入C語言不久之後，才被C++採用。

C++在某些案例中（見下「與C不兼容之處」），進行比C還要多的类型檢查。

以「//」起始作為註解起源自C的前身BCPL，而後被重新引入到C++。

C++的一些特性，C不久之後也採用了，包括在for迴圈中声明，C++風格的註解（使用//符號，和inline，雖然C99定義的inline關鍵字與C++的定義不兼容。不過，C99也引入了不存在於C++的特性，如︰variadic macros，和以数组作為參數的較佳處理；某些C++編譯器可能實作若干特性，以作為擴展，但其餘部分並不符合現存的C++特性）

一個常見的混淆其實只是一個微妙的術語問題︰由於它的演化來自C，在C++中的術語对象和C語言一樣是意味著内存區域，而不是类实例，在其它絕大多數的对象導向語言也是如此。舉例來說，在C和C++中，語句int i;定義一個int类型的对象，這就是变量的值i將在賦值時，所存入的内存區域。

[编辑] 與C不兼容之處

C++一般被認為是C的超集合（superset），但這並不嚴謹。大部分的C代碼可以很輕易的在C++中正確編譯，但仍有少數差異，導致某些有效的C代碼在C++中失效，或者在C++中有不同的行為。

也許最常見的差異是，C允許從void*隱式轉換到其它的指针类型，但C++不允許。下列是有效的C代碼：

int *i = malloc(sizeof(int) * 5);     /* 從 void* 隱式轉換為 int* */

但要使其在C和C++兩者皆能運作，就需要使用強制轉換︰

int *i = (int *) malloc(sizeof(int) * 5);

另一個常見的可移植問題是，C++定義了很多的新關鍵字，如new和class，它們在C程序中，是可以作為标识符（例︰变量名）的。

在最新的C標準(C99)中去除了一些不兼容之處，目前也支持了C++的特性，如//註解，以及在代碼中混合声明。不過C99也納入幾個和C++衝突的新特性（如︰可變長度数组、本地複數类型和複合逐字常量），所以語言的分岐可能還是大過合並。

若要混用C和C++的代碼，則所有在C++中调用的C代碼，必須放在extern "C" { /* C代碼 */ }之內。

[编辑] C++的Hello World程序

在使用兼容C89标准（也称为ANSI C）的编译器时，下面这个程序显示“Hello, world!”然后结束运行：

#include <iostream>
 
int main()
{
     std::cout << "Hello, world!\n";
}

在使用兼容C99标准（ISO/IEC 14882-1998）的编译器时，下面的程序也是可以的：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
int main()
{
    cout << "Hello, world!" << endl;
    return 0;
}

根据ISO C++的规定，main函数的形式只能是

int main()
{
    ...
}

以及

int main(int argc, char * argv[])
{
    ...
}

尽管如此，但在大部份编译器上，

void main()
{
     ....
}

也被支持。

[编辑] 語言特性

[编辑] 操作符

主条目：C和C++操作符

[编辑] 預處理器

C++主要有三個編譯階段︰預處理、轉譯成对象碼和链接（最後的兩個階段一般才視為真正的「編譯」）。在第一階段，預處理，會將預處理器指令替換成源代码，然後送到下一個編譯階段。

[编辑] 預處理器指令和宏

預處理指令的運作方式是根據使用者定義的規則，簡單的把記號字符序列置換成其它的記號字符序列。它們進行宏置換、含入其它的文件（由底層至高階的特性，例如包含模块/包/單元/组件）、條件式編譯和條件式含入。例如：

#define PI 3.1415926535897932384626433832795028841971693993751

每次在源代码中出現的PI，將會替換為3.1415926535897932384626433832795028841971693993751。另一個普遍的例子是

#include <iostream>

它從標準庫表頭iostream含入（导入）所有的符號。除了以上提到的常用指令以外，還有幾個額外的預處理器指令，可以用來控制編譯流程、條件式含入或排除代碼區塊等等。

參閱預處理器和C預處理器

[编辑] 模板

[编辑] 对象

[编辑] 封裝

[编辑] 繼承

[编辑] 多態

[编辑] 分析和處理C++源代码

[编辑] 問題與爭論

[编辑] 中文術語問題

而作出「在這12年裡，C++使用者人數大約每七個月半增加一倍」的結論，並成為許多C++相關文件必引的一段話。然而，時至今日新語言層出不窮，使用者人數已不太可能以如此速度增長。

分析機構EvansData定期對開發人員展開調查，其調查結果與Stroustrup提出的C++正在擴張的說法相違背。EvansData的数据顯示，以C++為工具的開發人員在整個開發界所佔的比例由1998年春天的76%下降至2004年秋的46%。

Forrester最新的調查顯示，C++、微軟VisualBasic和Java是眾多公司產品體系的首選語言。對100家公司的調查顯示，C/C++、VisualBasic和Java在產品體系中的使用比例分別是59%、61%和66%。

[编辑] 參閱

[编辑] 外部链接

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