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C++

科普小知识2022-09-19 13:28:29
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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”(“包含类型的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++程序设计语言的第一个国际标准ISO/IEC14882:1998,目前最新标准为ISO/IEC14882:2011。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,并且凭借着接近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。

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

最新发行:ISO/IEC14882:2011/2011年8月12日

最新版本:C++14/2014年3月2日

型态系统:静态类型,强类型,不安全

主要产品:BorlandC++Builder、GCC、IntelC++Compiler、MicrosoftVisualC++、SunStudio、Clang

派生语言:ISO/IEC14882:1998,ISO/IEC14882:2003,ISO/IEC14882:2011

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

1、发展历史


C++

比雅尼·斯特劳斯特鲁普(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、使用者可控制的*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,以及布尔类型。

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,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。

2、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)。

3、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。

4、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(广义指针)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)。

5、独有特色

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、抽象类型和构造函数),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++不是第一个正式引入const关键字的语言。80年代早期,BjarneStroustrup和DennisRetchie讨论之后提供了在C语言中readonly/writeonly的实现机制,并在带类型的C中取得了一定经验。关键字const正式引入C语言是在ANSIC89。这早于第一个C++国际标准近十年,但此时const已被C++实现普遍采用。

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,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。

C++语言中的const关键字

const是一个C和C++语言的关键字,它限定一个变量不允许被改变,即只读。使用const在一定程度上可以提高程序的安全性和可靠性,也便于实现对此进行优化(如把只读对象放入ROM中)。const作为类型限定符,是类型的一部分。

以下是和C语言兼容的用法:

intm=1,n=2;//int类型的对象

constinta=3;//constint类型的对象

intconstb=4;//同上

constint*p//指向constint类型对象的指针

intconst*q;//同上

int*constx;//指向int类型对象的const指针;注意const的位置

constint*constr;//指向constint类型对象的const指针

intconst*constt;//同上

但是,const在C++中有更强大的特性。它允许在编译时确定作为真正的常量表达式。例如,constintmax_len=42;

inta;

此前C语言不支持这样的用法,直到C99允许用变量作为数组长度。此外,C++中,命名空间作用域的const对象的名称隐含内部链接。这意味着直接在头文件里定义const对象被多个源文件包含时,也不会重定义。

6、与C不兼容之处

C++一般被认为是C的超集(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。

最常见的差异之一是,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:

/*從void*隱式轉換為int**/

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

但要使其在C和C++两者皆能运作,就需要使用显式转换:

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。

C99去除了一些不兼容之处,也支持了一些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)。

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。

7、HelloWorld程序

下面这个程序显示“Hello,world!”然后结束运行:

#includeintmain()

{std::cout

这里也可以使用using指令减少重复的std:::

#includeusingnamespacestd;intmain()

{cout

你可以用“\n”代替以上代码里的“endl”,不过必须用在句子的后端。请不要把斜线(/)和反斜线(\)混淆。

std::cout

根据ISOC++的规定,全局main函数必须返回int。以下的形式是必须被实现支持的:

intmain()

{//...}

以及

intmain(intargc,char*argv)

{

//...

}

尽管如此,但在一些编译器(例如VisualC++)上,

//永远不要这么写,除非放弃兼容性

voidmain()

{

//...

}

也被支持。

8、争议

“在这12年里,C++使用者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,使用者人数已不太可能以如此速度增长。分析机构EvansData定期对开发人员展开调查,其数据显示,以C++为工具的开发人员在整个开发界所占的比例由1998年春天的76%下降至2004年秋的46%。

一部分Unix/C程序员对C++语言深恶痛绝,他们批评的理由如下:

STL以非常丑陋的方式封装了各种数据结构和算法,写出来的代码难以理解、不美观。C++编译器复杂和不可靠,不适合构建人命关天类型的程序。IanJoyner认为面向对象技术徒增学习成本,不如面向过程的C语言简单容易使用,尤其是在系统软件的构建上。概括说来UNIX程序员批评C++主要是由于UNIX社区与C++社区的文化差异。

一个值得注意的事情是Linux之父LinusTorvalds曾经炮轰C++;图灵奖得主尼克劳斯·维尔特也曾经批评C++语言太复杂、语法语义模糊,是“拙劣工程学”的成果。

事实上,对于C++语言的批评并不只来源于Unix/Unix-Like系统下的程序员。就像C++语言本身是一个跨平台的语言一样,对C++的批评并不局限于Unix/Unix-Like系统用户。

一个确定的观点是:C++是一门复杂的语言、这门语言拥有过多的特性从而难以彻底掌握;C++的某些库难以学习、掌握并应用于实际当中;很多程序员都认为C++是一个过度设计的程序语言。