C++ 波澜壮阔 50 年:从 C with Classes 到现代 C++ 的进化史诗



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引言

结束了C语言的学习,我们开始探索C++这门更强大的编程语言。C++在C语言的基础上发展而来,既保留了其高性能特性,又增加了面向对象和泛型编程等现代化功能。

经过数十年发展,C++通过命名空间解决了标识符冲突问题,提供了丰富的标准模板库,C++11及后续标准更带来了革命性改进。

本文将介绍C++的发展历程、推荐学习资源,并解析核心概念,帮助大家顺利开启C++学习之旅。


一、波澜壮阔的C++"发家"历史

纵观C++"发家"史,可谓波澜壮阔,总的可以从以下几个关键发展节点进行概括:

1. 1 C with Classes (1979-1983)-起源

  • "C++之父"本贾尼·斯特劳斯特卢普
  • 开创初衷: 在C语言的高效和底层控制能力基础上,通过增加面向对象和泛型编程等机制,来应对大规模软件工程的复杂性。
  • 关键特性: 主要引入了类、基本继承、内联函数和访问控制等核心概念。

1.2 早期发展:C++的"++"从何来(1983-1989)

  • 正式命名: 1983年,语言正式更名为C++。"++"是C语言的自增运算符,象征着对C语言的超越
  • 语言丰富特性: 增加了虚函数、函数和运算符重载、引用、常量等,奠定了其特色功能。
  • 走向世界: 1985年,本贾尼发布经典著作《The C++ Programming Language》,同年首个商业C++编译器 C Front 发布,推动了语言的普及。

1.3 标准化与成熟(1990-1998)

  • 标准启动: 为避免不同编译器可能导致的分裂,ANSI和ISO于1990年联合开始可C++的标准化进程。
  • STL的融合: 标准模板库(STL)被纳入标准草案。STL提供了泛型的容器、迭代器和算法,极大提升了代码的复用性和表现力。
  • 首个国际标准: C++98于1998年正式发布。它统一了语言规范,确立了模板、异常处理等现代特性,这标志着C++成为一个成熟、稳定的工业级语言。

1.4 现代化浪潮(2011-至今)

  • 里程碑: C++11,被视为现代C++的开端,是一次翻天覆地的更新。
  • 持续演化:
    • C++14: 对C++11的小幅度增强和缺陷修复,被叫做"完整版的C++11";
    • C++17: 引入更多的实用特性,如结构化绑定、std::filesystemstd::variant等;
    • C++20: C++的一次飞跃,引进了模板、概念、协程等改变编程范式的强1大特性;
    • C++23: 对C++20的进一步完善,增加了更多的标准库支持和语言特性。

二、推荐C++学习参考网站、好用书籍

首当其冲的就是几个的C++学习网站,在以后的学习中都会用到。

  1. https://legacy.cplusplus.com/reference/
      要注意,这个网站不是C++的官方网站,此网站已经停止更新,其中C++标准只更新到了C++11。但是网站内容的呈现是以头文件的形式,比较容易使用。
  2. https://zh.cppreference.com/w/cpp
  3. https://en.cppreference.com/w/
      第2、3两个网站是当前C++官方维护的网站。一个是中文版、一个是英文版,相较于第一个网站不容易看懂。(可惜的是,中文版网站失效了,就只剩下英文版网站了......)

C++学习书籍推荐:

--在这里推荐三本书籍。

  • 《C++ Primer》
      是一本系统讲解C++语法的权威著作,被人们誉为C++程序员的语法宝典。本书适合编程的各个阶段进行阅读:学习初期,可以作为入门的一个引导,虽然大部分内容都很抽象,难以理解,能看懂多少算多少,不强求;中后期则是作为语法字典,可以随时翻阅查找不懂得语法,提升编程能力。
  • 《STL源码剖析》
      这本是可是由侯捷老师编著的经典之作,深入剖析了C++的标准模板库和源码实现,从底层的角度揭示STL的设计精髓。阅读这本书让人体会到工程级别的代码封装与设计思想。当然,推荐在有了一定的C++基础后再阅读,来拓宽视野,避免闭门造车
  • 《Effective C++》
      由侯捷老师翻译的经典之作,在C++社区有这样一句话:"C++程序员分为读过这本书的和没有读过的"。书中提炼了55条高效使用C++的使用准则,建议在学习的中后期再翻阅。另外,再工作1~2年后重新阅读,届时结合着工作经验,相信会有额外的收获

三、梦开始的地方:C++的第一个程序

最开始学习C语言,我们是从"hello world"启程:

c 复制代码
#include<stdio.h>
int main()
{
	printf("Hello World\n");
	return 0;
}

那么也来试着使用C++输出"hello world"吧。

cpp 复制代码
#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
	cout << "Hello World" << endl'\n';
	cout << "Hello World" << endl'\n';
	return 0;
}

虽然C++兼容C语言的大部分语法,C语言形式的"hello world"仍然可以运行,但是C++作为C语言的升级版本,有着自己的一套输入输出。

在上面代码中,像std、cout、namespace现在肯定是不懂的,但别急,很快学到。

3.1 "我"作先锋:namespace的意义

要知道,C/C++中,存在着大量的变量、函数,当然还有后面要学习的类,这些都是需要进行命名的并且作用在全局作用域中,势必会有一些名称冲突。

关键字namespace就是来解决这个问题的:利用命名空间对标识符的名称进行本地化,很好的避免了命名冲突。

提一嘴:命名冲突在C语言的程序中非常普遍

c 复制代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

//命名冲突
int rand = 100;//全局变量
int main()
{
	printf("%d\n", rand);
	return 0;
}

报错: 错误 C2365 "rand" : 重定义;以前的定义是"函数"。

这是因为我们包含了头文件<stdlib.h> ,头文件有函数rand,全局变量rand命名就冲突了。

3.2 namespace的定义

  • 关键字namespace用来定义命名空间,后面跟名称,再加一对'{ }'。'{ }'中放置命名空间的成员,空间可以定义变量、函数、类型......
cpp 复制代码
//命名空间使用

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// bit是命名空间的名字,⼀般开发中是⽤项⽬名字做命名空间名。
namespace Tong
{
	// 命名空间中可以定义变量/函数/类型
	int rand = 10;
	
	int Add(int left, int right)
	{
		return left + right;
	}
	
	struct Node
	{
		struct Node* next;
		int val;
	};
}

int main()
{
	//默认访问的是全局的rand函数指针
	printf("%p\n", rand);

	//指定bit命名空间中的rand
	printf("%d\n", Tong::rand);
	return 0;
}

注意:

  1. 命名空间的'{ }'后面没有分号 ' ; '。
  2. 编译器默认查找规则是先局部再全局
  3. 访问命名空间成员用到了域作用限制符'::',用来指定作用域。
  • namespace实质上是定义出一个域 ,并且与全局作用域各自独立 。已经,不同的域可以定义相同的变量,那么命名空间的rand就不冲突了。
  • 在C++,有函数局部域、全局域、命名空间域、类域。作用域确定了编译器如何查找一个标识符(变量、函数、类型)的声明、出处。 经过域的隔离,命名冲突就解决了。局部域、全局域出了会影响编译查找逻辑,还会影响变量的生命周期,但是命名空间域、类域不会。
cpp 复制代码
namespace Tong
{
	int a = 1;
}

int a = 2;

int main()
{
	int a = 3;
	//访问局部域
	printf("%d\n", a);

	//访问全局域,域作用限制符左侧空白表示:全局域
	printf("%d\n", ::a);
	
	//访问命名空间域
	printf("%d\n", Tong::a);

	return 0;
}
  • namespace只能定义在全局,可以嵌套定义。
cpp 复制代码
// 命名空间可以嵌套
namespace Tong
{
    namespace Chen
    {
        int rand = 1;
        int Add(int left, int right)
        {
            return left + right;
        }
    }
    
    namespace jia
    {
        int rand = 2;
        int Add(int left, int right)
        {
            return (left + right) * 10;
        }
    }

    namespace tong
    {
        int rand = 3;
        int Add(int left, int right)
        {
            return (left + right) * 10;
        }
    }
}

int main()
{
    printf("%d\n", Tong::Chen::rand);
    printf("%d\n", Tong::jia::rand);
    printf("%d\n", Tong::tong::rand);
    return 0;
}
  • 工程中多个文件定义的同名namespace,会默认为一个(合并)。
  • C++标准库都放在std(stander)的命名空间中。

3.3 命名空间的使用

编译查找一个变量的声明/定义,默认在局部或者全局找,不会到命名空间域中查找。所以有 3 种使用命名空间中的成员的方法

  1. 指定命名空间访问,在大型项目中推荐,虽然有点麻烦。
  2. using将命名空间的某个成员暴露在全局中,在项目中经常要访问并且不冲突的成员推荐。
  3. 将空间中全部成员暴露在全局中,但是风险大,日常的练习可以,项目中不推荐。
  • 指定命名空间访问:
cpp 复制代码
#include<stdio.h>
namespace She
{
	int a = 0;
	int b = 1;
}

//指定命名空间
using She::a;
int main()
{
	int b = 2;
	printf("%d\n", She::b);
	return 0;
}
  • 命名空间中指定成员展开:
cpp 复制代码
#include<stdio.h>
namespace She
{
	int a = 0;
	int b = 1;
}
 
//命名空间中指定成员展开
using She::a;
int main()
{
	printf("%d\n", a);
	return 0;
}
  • 展开全部成员:
cpp 复制代码
#include<stdio.h>
namespace She
{
	int a = 0;
	int b = 1;
}

//展开全部
using namespace She;
int main()
{
	printf("%d\n", a);
	printf("%d\n", b);
	return 0;
}

总结

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结语:

C++并非要取代C语言,而是在其基础上进行全面升级和扩展。它完整保留了C语言的高效性和底层控制能力,同时引入了面向对象编程、泛型编程等现代化特性,让我们能够应对更复杂的软件开发需求。

C++的学习是一个循序渐进的过程。建议从基础语法开始,逐步深入理解面向对象思想,最后掌握模板和现代C++特性。多动手实践,结合实际项目,才能真正领略C++的强大威力。

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