C++ 发展简史与核心语法入门

🚀 C++ 发展简史与核心语法入门

✅ 零基础也能看懂

✅ 从"为什么要有 C++"讲起，到命名空间、输入输出、缺省参数、函数重载、引用、内联函数、nullptr

✅ 所有代码可运行，附详细注释和对比说明

✅ 帮你避开初学者常见"坑点"

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第一章：C++ 是怎么来的？

起源：为了解决 C 的"痛"

• 时间：1979 年
• 人物：Bjarne Stroustrup（本贾尼·斯特劳斯特卢普），贝尔实验室研究员
• 背景：他在开发操作系统和仿真软件时，发现C 语言虽然快，但缺乏抽象能力：
  • 代码冗长、难维护
  • 无法表达"对象"概念（比如一个"学生"包含姓名、成绩等）
  • 复用性差

💡 他想："能不能在 C 的基础上，加上面向对象的能力？"

诞生：C with Classes → C++

• 1983 年 ：Stroustrup 在 C 语言基础上加入 类（class）、封装、继承 等特性，命名为 "C with Classes"

• 同年正式更名为C++

  ++ 是 C 中的自增运算符，寓意 "C 的进化版"

标准化之路

时间	事件
1989 年	ANSI/ISO 成立联合委员会，启动 C++ 标准化
1994 年	提出第一个标准草案
1990s 中期	STL（标准模板库） 被提议纳入标准（由 Alexander Stepanov 等人在惠普开发） → 极大增强泛型编程能力，但也推迟了标准发布时间
1998 年	C++98 正式发布！第一个国际标准

📌 后续重要标准：

• C++03（小修）
• C++11（现代 C++ 起点，革命性更新）
• C++14 / C++17 / C++20 / C++23（持续进化）

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官方文档推荐

链接	特点	适用场景
https://legacy.cplusplus.comeference/	非官方，只更新到 C++11，但按头文件组织，简洁易读	初学者查基础用法
https://zh.cppreference.com/w/cpp	官方中文版，覆盖最新标准（C++26）	深度学习、查新特性
https://en.cppreference.com/w/	官方英文版，最权威、最全	英文好者首选

✅ 建议：初学用 cplusplus.com，进阶用 cppreference

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第二章：你的第一个 C++ 程序

兼容 C 的写法（不推荐长期使用）

// test.cpp
#include <stdio.h>
int main() {
    printf("Hello World\n");
    return 0;
}

🔧 编译方式：

• Windows (VS)：.cpp 后缀自动调用 C++ 编译器
• Linux：用 g++ test.cpp（不是 gcc！）

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真正的 C++ 写法

#include <iostream>      // C++ 输入输出流头文件
using namespace std;     // 使用 std 命名空间（后面详解）

int main() {
    cout << "Hello World" << endl;  // 输出 + 换行 + 刷新缓冲区
    return 0;
}

🌟 关键点：

• cout：标准输出对象（console output）
• <<：流插入运算符（不是位移！）
• endl：换行并刷新缓冲区（比 \n 更"彻底"）

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第三章：命名空间（namespace）------ 解决名字冲突

问题：C 语言中的"名字灾难"

#include <stdlib.h>
int rand = 10;  // ❌ 冲突！stdlib.h 中已有 rand() 函数
int main() {
    printf("%d\n", rand); // 编译报错：重定义
}

💥 C 语言所有标识符都在全局作用域，极易冲突！

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解决方案：命名空间

#include <iostream>
#include <cstdlib>

namespace mylib {
    int rand = 10;
    int add(int a, int b) { return a + b; }
    struct Node { int val; Node* next; };
}

int main() {
    std::cout << std::rand() << std::endl;   // C 库的 rand()
    std::cout << mylib::rand << std::endl;   // 我们的 rand
    return 0;
}

✅ mylib::rand 和 std::rand() 互不干扰！

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命名空间使用方式（三种）

方式	示例	适用场景
1. 显式指定	mylib::add(1,2)	✅ 项目推荐，清晰无歧义
2. 展开单个成员	using mylib::add; add(1,2);	常用函数，避免重复写前缀
3. 展开整个命名空间	using namespace mylib;	❌ 项目中禁用！易引发冲突 ✅ 小练习可用

⚠️ 重要规则：

• 命名空间可嵌套
• 多文件中同名 namespace 会自动合并
• C++ 标准库所有内容都在 std 命名空间中

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第四章：C++ 输入 & 输出（IO 流）

基本用法

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a; double b; char c;
    
    cin >> a >> b >> c;          // 自动识别类型！
    cout << a << " " << b << " " << c << endl;
    
    // 混用 C 风格（不推荐）
    scanf("%d", &a);
    printf("%d\n", a);
}

✅ 优势：

• 无需格式符 （告别 %d %lf）
• 支持自定义类型（后续讲运算符重载）

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提高 IO 效率（竞赛必备）

ios_base::sync_with_stdio(false);  // 解绑 C/C++ IO
cin.tie(nullptr);                  // 解除 cin 与 cout 绑定
cout.tie(nullptr);

⏱️ 可提速 3~5 倍！适用于大量输入输出场景

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第五章：缺省参数（Default Arguments）

什么是缺省参数？

函数调用时，未传实参则使用默认值。

void print(int a = 0, int b = 10) {
    cout << a << ", " << b << endl;
}

int main() {
    print();        // 输出: 0, 10
    print(5);       // 输出: 5, 10
    print(1, 2);    // 输出: 1, 2
}

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规则（必须遵守！）

规则	说明
半缺省必须靠右	f(int a, int b=1, int c=2) ✅ f(int a=1, int b, int c=2) ❌
声明给，定义不给	.h 文件中写默认值，.cpp 中不写
调用从左到右	不能跳过中间参数

📦 实战示例：栈初始化带默认容量

// Stack.h
void STInit(ST* ps, int n = 4);  // 默认容量为4

// test.cpp
ST s;
STInit(&s);        // 用默认值
STInit(&s, 1000);  // 自定义

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第六章：函数重载（Overloading）

什么是重载？

同一作用域内，函数名相同，但参数不同（类型/个数/顺序）。

int add(int a, int b) { return a + b; }
double add(double a, double b) { return a + b; }
void add(int a, char b) {}
void add(char b, int a) {}  // 参数顺序不同也算重载！

❌ 返回值不同不算重载！

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注意：缺省参数可能引发歧义

void f();
void f(int a = 10);

f(); // ❌ 二义性！编译器不知道调哪个

⚠️ 设计时要避免这种情况！

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第七章：引用（Reference）------ 别名机制

引用是什么？

引用 = 已存在变量的别名，不占额外内存！

int a = 10;
int& b = a;  // b 是 a 的别名
b = 20;      // 等价于 a = 20
cout << a;   // 输出 20

🔍 查看地址：

cout << &a << " " << &b; // 地址完全相同！

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引用三大特性

1. 必须初始化
   int& r; ❌ 编译错误

2. 一个变量可有多个引用
   int& r1 = a; int& r2 = a; ✅

3. 一经绑定，不可更改

   int a = 10, b = 20;
   int& r = a;
   r = b;  // ❌ 不是让 r 引用 b！而是 a = b;

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引用 vs 指针

特性	引用	指针
内存	不占空间	占 4/8 字节
初始化	必须	建议但非必须
可变性	绑定后不可变	可随时指向新对象
使用	直接用 r	需 *p 解引用
安全性	不会空引用	易出现空指针/野指针

✅ 引用更适合做函数参数和返回值

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引用实战：简化数据结构代码

// 传统 C 风格（需二级指针）
void ListPushBack(ListNode** phead, int x);

// C++ 引用风格（更简洁）
void ListPushBack(ListNode*& phead, int x) {
    // 直接修改 phead 指向
}

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const 引用（非常重要！）

const int a = 10;
// int& r = a;        ❌ 权限放大（非常量引用常量）
const int& r = a;     ✅

int b = 20;
const int& rb = b;    ✅ 权限缩小（安全）

// 临时对象必须用 const 引用
const int& tmp = 10 + 20;  ✅
// int& tmp = 10 + 20;     ❌

💡 临时对象具有常性，只能被 const 引用绑定

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第八章：内联函数（inline）------ 替代宏函数

为什么需要 inline？

C 语言用宏实现"函数"：

#define ADD(a, b) ((a) + (b))  // 写错一个括号就出 bug！

❌ 宏不进行类型检查，难以调试

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inline 函数

inline int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

✅ 优势：

• 类型安全

• 可调试

• 编译器自动展开（避免函数调用开销）
  ⚠️ 注意：

• 仅建议用于短小、频繁调用的函数

• 不要声明和定义分离（否则链接错误！）

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第九章：nullptr ------ 安全的空指针

NULL 的问题

void f(int x) { cout << "int\n"; }
void f(int* p) { cout << "pointer\n"; }

f(NULL);  // 输出 "int"！因为 NULL = 0

😱 本想调用指针版本，结果调用了整型版本！

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nullptr 的解决方案

f(nullptr);  // ✅ 明确调用指针版本

✅ nullptr 是指针专属字面量，不会被当作整数！

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🎯 总结：C++ 核心语法速查表

特性	关键点
命名空间	namespace 隔离名字，std 是标准库
IO 流	cin/cout 自动识别类型，endl 刷新缓冲区
缺省参数	靠右连续，声明给默认值
函数重载	参数不同即可，返回值不算
引用	别名，必须初始化，不可变，安全高效
inline	替代宏，短小函数用，勿分离声明定义
nullptr	安全空指针，告别 NULL 二义性

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💡 给初学者的建议：

1. 先掌握 namespace 和 cout/cin，写出规范 C++ 程序；
2. 用引用代替指针传参，代码更简洁安全；
3. 遇到函数参数多？考虑缺省参数；
4. 需要同名函数？用重载；
5. 永远用 nullptr，不用 NULL！

这份笔记助你从 C 到 C++ 平稳过渡，打好现代 C++ 编程基础！

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