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C++
C++
编程范型多范型:
面向对象编程,程序编程,泛型编程
发行时间1983年
设计者BjarneStroustrup
型态系统静态类型,强类型,不安全
主要实现产品BorlandC++Builder、GCC、IntelC++Compiler、MicrosoftVisualC++、SunStudio、Clang
派生副语言ISO/IECC++1998,ISO/IECC++2003,ISO/IECC++2011
启发语言C,Simula,Ada83,ALGOL68,CLU,ML
影响语言Perl,Lua,Ada95,Java,PHP,D,C99,C#,Aikido,Falcon,Dao
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C++
编程范型多范型:
面向对象编程,程序编程,泛型编程
发行时间1983年
设计者BjarneStroustrup
型态系统静态类型,强类型,不安全
主要实现产品BorlandC++Builder、GCC、IntelC++Compiler、MicrosoftVisualC++、SunStudio、Clang
派生副语言ISO/IECC++1998,ISO/IECC++2003,ISO/IECC++2011
启发语言C,Simula,Ada83,ALGOL68,CLU,ML
影响语言Perl,Lua,Ada95,Java,PHP,D,C99,C#,Aikido,Falcon,Dao
C++是一种使用非常广泛的电脑程序设计语言。
它是一种静态数据类型检查的,支持多范型的通用程序设计语言。
C++支持过程化程序设计、数据抽象化、面向对象程序设计、泛型程序设计、基于原则设计等多种程序设计风格。
贝尔实验室的比雅尼·斯特劳斯特鲁普博士在20世纪80年代发明并实现了C++。
起初,这种语言被称作“CwithClasses”(“包含类的C语言”),作为C语言的增强版出现。
随后,C++不断增加新特性。
虚函数(virtualfunction)、操作符重载(operatoroverloading)、多重继承(multipleinheritance)、模板(template)、异常处理(exception)、RTTI(Runtimetypeinformation)、命名空间(namespace)逐渐纳入标准。
1998年国际标准组织(ISO)颁布了C++程序设计语言的国际标准ISO/IEC14882-1998。
另外,就目前学习C++而言,可以认为它是一门独立的语言;它并不依赖C语言,我们可以完全不学C语言,而直接学习C++。
根据《C++编程思想》(ThinkinginC++)一书所评述的,C++与C的效率往往相差在±5%之间。
所以有部分人认为在大多数场合中,C++完全可以取代C语言。
C++语言发展大概可以分为三个阶段:
第一阶段从80年代到1995年。
这一阶段C++语言基本上是传统类型上的面向对象语言,并且凭借著接近C语言的效率,在工业界使用的开发语言中占据了相当大份额;第二阶段从1995年到2000年,这一阶段由于标准模板库(STL)和后来的Boost等程序库的出现,泛型程序设计在C++中占据了越来越多的比重性。
当然,同时由于Java、C#等语言的出现和硬件价格的大规模下降,C++受到了一定的冲击;第三阶段从2000年至今,由于以Loki、MPL等程序库为代表的产生式编程和模板元编程的出现,C++出现了发展历史上又一个新的高峰,这些新技术的出现以及和原有技术的融合,使C++已经成为当今主流程序设计语言中最复杂的一员。
目录[隐藏]
1发展历史
1.1C++名字的由来
1.2未来发展
2设计原则
3标准程序库
4C++中的特色
4.1C++语言中,关于const的用法
5与C不兼容之处
6C++的HelloWorld程序
7语言特性
7.1操作符
7.2预处理器
7.2.1预处理器指令和宏
7.3模板
7.4类与对象
7.4.1封装
7.4.2继承
7.5多态
8分析和处理C++源代码
9争议
10脚注
11参考书目
12外部链接
13参阅
[编辑]发展历史
比雅尼·斯特劳斯特鲁普,C++之父Stroustrup工作起于1979年的CwithClasses。
这个构思起源于Stroustrup做博士论文时的一些程序撰写经验。
他发现Simula具备很利于大型软件开发的特点,但Simula的运行速度太慢,无法对现实需求发挥功效;BCPL虽快得多,但它过于低级的特性,使其不适于大型软件的开发。
当Stroustrup开始在贝尔实验室工作时,他有分析UNIX核心关于分散式计算的问题。
回想起他的博士论文经验,Stroustrup开始为C语言增强一些类似Simula的特点。
之所以选择C,是因为它适于各种用途、快速和可移植性。
除了C和Simula之外,同时也从其它语言中取得灵感,如ALGOL68、Ada、CLU以及ML。
刚开始时,类型、派生类、存储类型检查、内联和默认参数特性,都是通过Cfront引入C语言之中。
1985年10月出现了第一个商业化发布。
1983年,CwithClasses改命名为C++。
加入了新的特性,其中包括虚函数、函数名和运算符重载、参考、常数、用户可控制的自由空间存储区控制、改良的类型检查,以及新的双斜线(//)单行注解风格。
1985年,发布第一版《C++程序设计语言》,提供一个重点的语言参考,至此还不是官方标准。
1989年,发布了Release2.0。
引入了多重继承、抽象类型、静态成员函数、常数成员函数,以及成员保护。
1990年,出版了TheAnnotatedC++ReferenceManual。
这本书后来成为标准化的基础。
稍后还引入了模板、异常处理、命名空间、新的强制类型转换,以及布尔。
随着C++语言的演变,也逐渐演化出相应的标准程序库。
最先加进C++标准库的是流I/O程序库,其用以取代传统的C函数,如printf和scanf。
随后所引入的程序库中最重要的便是标准模板库,简称STL。
多年后,一个联合的ANSI-ISO委员会于1998年对C++标准化(ISO/IEC14882:
1998)。
在官方发布1998标准的若干年后,委员会处理缺陷报告,并于2003年发布一个C++标准的修正版本。
2005年,一份名为LibraryTechnicalReport1(简称TR1)的技术报告发布。
虽然还不是官方标准的一部分,不过它所提供的几个扩展可望成为下一版C++标准的一部分。
几乎所有目前仍在维护的C++编译器皆已支持TR1。
目前最新的C++标准是2011年9月发布的ISO/IEC14882:
2011[1],又称C++0x或C++11。
虽然C++免专利,但标准文件本身并不是免费的,尽管标准文档不是免费的,但是很容易从网络中取得,最简单的就是C++标准文档之前的最后一次草稿版本,它与标准的差别几乎只在于排版上。
[编辑]C++名字的由来
C++这个名字是RickMascitti于1983年中所建议的,并于1983年12月首次使用。
更早以前,尚在研究阶段的发展中语言曾被称为“newC”,之后是“CwithClasses”。
在计算机科学中,C++仍被称为C语言的上层结构。
它最后得名于C语言中的“++”操作符(其对变量的值进行递增)。
而且在共同的命名约定中,使用“+”以表示增强的程序。
Stroustrup说:
“这个名字象征著源自于C语言变化的自然演进”。
C+是一个和C/C++无关的早期编程语言。
RickMascitti在1992年被非正式地问起名字的由来,他表示这是在半开玩笑中说出的。
他从没想过C++会成为这门语言的正式名字。
有一个关于C++名字的笑话是,当你使用后缀++时,附加只发生在运算之后(因此,它应该是++C,而不是C++,这个笑话是说时下某些程序员还在以使用C的方式使用C++,这通常被一些权威著作认为是不正确的)。
[编辑]未来发展
[编辑]设计原则
在《C++语言的设计和演化》(1994)中,BjarneStroustrup描述了他在设计C++时,所使用的一些原则。
知道这些原则有助于理解C++为何会是现在这个样子。
以下总结了一些原则,详尽的内容可参阅《C++语言的设计和演化》:
C++设计成使用静态类型机制、和C同样高效且可移植的多用途程序设计语言。
C++设计成直接的和广泛的支持多种程序设计风格(过程化程序设计、数据抽象化、面向对象程序设计、泛型程序设计)。
C++设计成给程序设计者更多的选择,即使可能导致程序设计者选择错误。
C++设计成尽可能与C兼容,借此提供一个从C到C++的平滑过渡。
C++避免平台限定或没有普遍用途的特性。
C++不使用会带来额外开销的特性。
C++设计成无需复杂的程序设计环境。
[编辑]标准程序库
1998的C++标准分为两个部分:
核心语言和C++标准程序库;后者包含了大部分标准模板库和C标准程序库的稍加修改版本。
存在许多不属于标准部分的C++程序库,且使用外部链接,程序库甚至可以用C撰写。
C++标准程序库充分吸收了C标准程序库,并佐以少许的修改,使其与C++良好的运作。
另一个大型的程序库部分,是以标准模板库(STL)为基础,STL于1994年2月正式成为ANSI/ISOC++。
它提供了实用的工具,如容器(如:
矢量和链表),迭代器(一般化指针)提供容器以类似数组的访问方式,以及算法进行搜索和排序的运算。
此外还提供了(multi)map(关系数组)和(multi)set,它们都使用兼容的界面。
因此,以下成为可能,使用模板撰写泛型算法,它可以和任何容器或在任何以迭代器定义的串行上运作。
如同C,使用#include指令包含标准表头,即可访问程序库里的功能。
C++提供69个标准表头,其中19个不再赞成使用。
使用标准库(例如:
使用std:
:
vector或std:
:
string来取代C风格的数组)有助于导向更安全和更灵活的软件。
STL在纳入C++标准以前,是来自HP和后来的SGI的第三方程式库,标准中并未称之为“STL”,它只是标准库中的一部分,但仍有许多人使用这个名称,以别于其它的标准库(输入/输出流、国际化、诊断、C程序库子集,等等)。
[编辑]C++中的特色
和C语言相比,C++引入了更多的特性,包括:
陈述性声明,类似函数的强制转型,new/delete操作符,布林类型,参考类型,默认参数,函数重载,命名空间,类型(包括所有和类型相关的特性,如继承、成员函数、虚函数、抽象类型和建构子),操作符重载,模板,:
:
操作符,异常处理和运行时期识别。
和普遍认为的相反,C++不是第一个引入const关键字的。
Const是在正式引入C语言不久之后,才被C++采用。
C++在某些案例中(见下“与C不兼容之处”),进行比C还要多的类型检查。
以“//”起始作为注解起源自C的前身BCPL,而后被重新引入到C++。
C++的一些特性,C不久之后也采用了,包括在for循环的括号中声明,C++风格的注解(使用//符号,和inline,虽然C99定义的inline关键字与C++的定义不兼容。
不过,C99也引入了不存在于C++的特性,如:
可变参数宏(英语:
variadicmacro),和以数组作为参数的较佳处理;某些C++编译器可能实现若干特性,以作为扩展,但其余部分并不符合现存的C++特性)
一个常见的混淆其实只是一个微妙的术语问题:
由于它的演化来自C,在C++中的术语对象和C语言一样是意味着存储器区域,而不是类的实例,在其它绝大多数的面向对象语言也是如此。
举例来说,在C和C++中,语句inti;定义一个int类型的对象,这就是变量的值i将在赋值时,所存入的存储器区域。
[编辑]C++语言中,关于const的用法
const是一个C语言的关键字,它限定一个变量不允许被改变。
使用const在一定程度上可以提高程序的安全性和可靠性。
整型变量:
intm=1,n=2;
整型常量:
constinta=3;
intconstb=4;
指向整型常量的指针:
constint*p;
intconst*q;
指向整型数的常指针:
int*constx;
指向整型常量的常指针:
constint*constr;
intconst*constt;
[编辑]与C不兼容之处
C++一般被认为是C的超集合(superset),但这并不严谨。
大部分的C代码可以很轻易的在C++中正确编译,但仍有少数差异,导致某些有效的C代码在C++中失效,或者在C++中有不同的行为。
也许最常见的差异是,C允许从void*隐式转换到其它的指针类型,但C++不允许。
下列是有效的C代码:
int*i=malloc(sizeof(int)*5);/*從void*隱式轉換為int**/
但要使其在C和C++两者皆能运作,就需要使用强制转换:
int*i=(int*)malloc(sizeof(int)*5);
另一个常见的可移植问题是,C++定义了很多的新关键字,如new和class,它们在C程序中,是可以作为识别字(例:
变量名)的。
在最新的C标准(C99)中去除了一些不兼容之处,目前也支持了C++的特性,如//注解,以及在代码中混合声明。
不过C99也纳入几个和C++冲突的新特性(如:
可变长度数组、原生复数类型和复合逐字常数),所以语言的分岐可能还是大过合并。
若要混用C和C++的代码,则所有在C++中调用的C代码,必须放在extern"C"{/*C代碼*/}之内。
[编辑]C++的HelloWorld程序
在使用兼容C89标准(也称为ANSIC)的编译器时,下面这个程序显示“Hello,world!
”然后结束运行:
#include
intmain()
{
std:
:
cout<<"Hello,world!
\n";//显示出Hello,world!
文字
}
在使用兼容C99标准(ISO/IEC14882-1998)的编译器时,下面的程序也是可以的:
#include
usingnamespacestd;
intmain()
{
cout<<"Hello,world!
"< return0; } 根据ISOC++的规定,main函数的形式只能是 intmain() { ... } 以及 intmain(intargc,char*argv[]) { ... } 尽管如此,但在大部分编译器(例如VisualC++编译器)上, voidmain() { .... } 也被支持。 [编辑]语言特性 [编辑]操作符 主条目: C和C++操作符 [编辑]预处理器 C++主要有三个编译阶段: 预处理、转译成目标代码和连结(最后的两个阶段一般才视为真正的“编译”)。 在第一阶段,预处理,会将预处理器指令替换成源代码,然后送到下一个编译阶段。 [编辑]预处理器指令和宏 预处理指令的运作方式是根据用户定义的规则,简单的把记号字符串行置换成其它的记号字符串行。 它们进行宏置换、含入其它的文件(由底层至高级的特性,例如包含模块/包/单元/组件)、条件式编译和条件式含入。 例如: #definePI3.1415926535897932384626433832795028841971693993751 每次在源代码中出现的PI,将会替换为3.1415926535897932384626433832795028841971693993751。 另一个普遍的例子是 #include 它从标准库表头iostream含入(导入)所有的符号。 除了以上提到的常用指令以外,还有几个额外的预处理器指令,可以用来控制编译流程、条件式含入或排除代码区块等等。 参阅预处理器和C预处理器 [编辑]模板 主条目: 模板(C++) 模板(Template)指C++编程语言中的函数模板(functiontemplate)与类型模板(classtemplate),这种观念是取材自Simula的泛型程序设计。 C++之父Bjarne认为可以通过C++的重载(overloading)功能来表达泛型。 [编辑]类与对象 主条目: C++类 在面向对象对象程序设计术语中,对象(object)是数据(data)和处理数据的指令(instructions)的联合(association)。 模拟(simulate)实际世界(real-world),对象有三种特质(characteristics): 状态(State)、行为(Behavior)、同一性身分(Identity),并且使用消息(message)来引发彼此的交互。 类型(class)为对象的蓝图或工厂,定义了对象的抽象特质,包括对象的属性特质和对象的行为特质,属性的值即是对象的状态,行为即是对象能够做的事。 C++为类型构成式面向对象程序设计语言(class-basedobject-orientedprogramminglanguage),类型概念具现化(reification)地作为二等公民(second-classcitizen)出现在C++语言当中,在语法中明确地使用类型来做到数据抽象化、封装、模块化、继承、子类型多态、对象状态的自动初始化。 C++中,一个类型即为一个类型,加上封装,一个类型即为一个抽象数据类型(AbstractDataType,ADT),继承、多态、模板都加强了类型的可抽象性。 在C++可以使用class或struct这两个关键字声明类型(class),而使用new操作符实例化类型产生的实例(instance)即为对象,是一等公民(first-classcitizen)。 C/C++以数据成员(datamember)表达属性,以成员函数(memberfunction)表达行为。 我们可以说类型是程序人员产生的,而对象是编译器(compiler)产生的。 [来源请求] 申明一个Carclass: classCar { private: intIsRunning; public: Run(); }; [编辑]封装 封装(Encapsulation)是将数据和处理数据的程序(procedure)组合起来,仅对外公开接口(interface),达到信息隐藏(informationhiding)的功能。 封装的优点是能减少耦合(Coupling)。 C++、Java、C#等语言定义对象都是在语法中明确地使用类型(Class)来做到封装。 [编辑]继承 继承(Inheritance)是指子类(subclass)继承超类型(superclass),会自动取得超类型除私有特质外的全部特质,同一类型的所有实例都会自动有该类型的全部特质,做到代码再用(reuse)。 C++只支持类型构成式继承,虽然同一类型的所有实例都有该类型的全部特质,但是实例能够共享的实例成员只限成员函数,类型的任何实例数据成员乃每个实例独立一份,因此对象间并不能共享状态,除非特质为参考类型的属性,或使用指针来间接共享。 C++同时支持公有继承(publicinheritance)、使用保护继承(protectedinheritance)、私有继承(privateinheritance)。 其中最常用的是公有继承,“a...isa”关系代表了在完全使用公有继承的对象类型之间的层次结构体系(hierarchy)。 C++支持多重继承(multipleinheritance,MI)。 多重继承(multipleinheritance,MI)的优缺点一直广为用户所争议,许多语言并不支持多重继承,而改以单一继承和接口继承(interfaceinheritance),而另一些语言改以单一继承和混入()。 C++支持虚拟继承(VirtualInheritance)用以解决多重继承的菱形问题(diamondproblem)。 [编辑]多态 Polymorphism AdHocUniversal OverloadingCoercionInclusionParametric 除了封装与继承外,C++还提供了多态功能,面向对象的精神在于多态(Polymorphism),一般的多态,是指动态多态,系使用继承和动态绑定(DynamicBinding)实现,使用多态可创建起继承体系(Inheritancehierarchy)。 类型(class)与继承只是达成多态中的一种手段,所以称面向对象而非类型导向。 C++的多态又分成静态多态(StaticPolymorphism)与动态多态(DynamicPolymorphism)。 动态多态必须结合继承和动态绑定(DynamicBinding)方式实现。 静态多态是指以模板(template)实现多态的方法,也就是参数化的型态(ParameterizedTypes),属于编译前(pre-compile)的多态,是使用宏(大陆一般称之为“宏”)(marco)的“代码膨胀法”达到多态效果。 类型转换(typecast)也是一种区域(adhoc)多态的概念,C++提供dynamic_cast,static_cast等运算对象来实现类型转换(Coercion)。 运算对象重载(operatoroverloading)或函数重载(functionoverloading)也算是多态的概念。 [编辑]分析和处理C++源代码 众多的编程语言[哪些? ]都可以用某种LR剖析器(或其变形)分析文法,但C++是个著名的例外。 [编辑]争议 “在这12年里,C++用户人数大约每七个月半增加一倍”是许多C++相关文件必引的一段话;然而,时至今日新语言层出不穷,用户人数已不太
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