C++概論C語言過度

1、歷史簡介C語言之所以要起名為“C”，是取的“BCPL”的第二個字母（第一個字母用來命名之前被發(fā)明的B語言） 。當(dāng)C語言發(fā)展到頂峰的時刻，出現(xiàn)了一個版本叫C with Class，那就是C+最早的版本，在C語言中增加class關(guān)鍵字和類，那個時候有很多版本的C都希望在C語言中增加類的概念；后來C標(biāo)準(zhǔn)委員會決定為這個版本的C起個新的名字，那個時候征集了很多種名字，最后采納了其中一個人的意見，以C語言中的+運(yùn)算符來體現(xiàn)它是C語言的進(jìn)步，故而叫C+，成立了C+標(biāo)準(zhǔn)委員會。美國AT&T貝爾實驗室的本賈尼斯特勞斯特盧普（Bjarne Stroustrup）博士在20世紀(jì)80年代初期發(fā)明并實現(xiàn)了C+（最初這

2、種語言被稱作“C with Classes”）。一開始C+是作為C語言的增強(qiáng)版出現(xiàn)的，從給C語言增加類開始，不斷的增加新特性。虛函數(shù)（virtual function）、運(yùn)算符重載（operator overloading）、多重繼承（multiple inheritance）、模板（template）、異常（exception）、RTTI、命名空間（name space）逐漸被加入標(biāo)準(zhǔn)。1998年國際標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO）頒布了C+程序設(shè)計語言的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC 1988-1998。C+是具有國際標(biāo)準(zhǔn)的編程語言，通常稱作ANSI/ISO C+。1998年是C+標(biāo)準(zhǔn)委員會成立的第一年，以后每

3、5年視實際需要更新一次標(biāo)準(zhǔn)，下一次標(biāo)準(zhǔn)更新原定是在2009年，目前我們一般稱該標(biāo)準(zhǔn)C+0 x，但是由于對于新特性的爭端激烈，除了在Technical Report 1（tr1）中的新增修改被基本確定外，完整的標(biāo)準(zhǔn)還遙遙無期。況且遺憾的是，由于C+語言過于復(fù)雜，以及經(jīng)歷了長年的演變，直到現(xiàn)在（2010年）都沒有有一個編譯器完全符合這個標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)Herb Sutter報告，C+0 x最終國際投票已于周三（2011年8月10號）結(jié)束，所有國家都投出了贊成票，C+0 x已經(jīng)毫無疑義地成為正式國際標(biāo)準(zhǔn)。雖然接下來還需要數(shù)月時間出版發(fā)布，但標(biāo)準(zhǔn)本身已經(jīng)完全正式成立了。組成部分根據(jù)Effective C+第三

4、版第一條款的描述，現(xiàn)在C+由以下四個“子語言”組成：1、C子語言。C+支持C語言的幾乎全部功能，主要是c89的部分，在語法上與C語言僅有極微妙的差別(如括號表達(dá)式的左右值性，具體請參考C+標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn))。2、面向?qū)ο蟮腃+語言。C+語言原本不具備面向?qū)ο蟮脑O(shè)計功能，然而隨著面向?qū)ο缶幊痰母拍畹奶岢鲆约叭鏙ava等語言的發(fā)展成熟，C+語言也開發(fā)出了支持面向?qū)ο蠊δ艿陌姹?3、泛型編程語言。C+強(qiáng)大（但容易失控的）模板功能使它能在編譯期完成許多工作，從而大大提高運(yùn)行期效率。4、STL（C+標(biāo)準(zhǔn)模板庫，Standard Template Library）。隨著STL的不斷發(fā)展，它已經(jīng)逐漸成為C+程序設(shè)計

5、中不可或缺的部分，其效率可能比一般的native代碼低些，但是其安全性與規(guī)范性使它大受歡迎。此外，包含在TR1等中的C+0 x將實現(xiàn)的新功能在開發(fā)和測試中。語言發(fā)展C+語言發(fā)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(tǒng)類型上的面向?qū)ο笳Z言，并且憑借著接近C語言的效率，在工業(yè)界使用的開發(fā)語言中占據(jù)了相當(dāng)大份額；第二階段從1995年到2000年，這一階段由于標(biāo)準(zhǔn)模板庫(STL)和后來的Boost等程序庫的出現(xiàn)，泛型程序設(shè)計在C+中占據(jù)了越來越多的比重性。當(dāng)然，同時由于Java、C#等語言的出現(xiàn)和硬件價格的大規(guī)模下降，C+受到了一定的沖擊；第三階段從2000年

6、至今，由于以Loki、MPL等程序庫為代表的產(chǎn)生式編程和模板元編程的出現(xiàn)，C+出現(xiàn)了發(fā)展歷史上又一個新的高峰，這些新技術(shù)的出現(xiàn)以及和原有技術(shù)的融合，使C+已經(jīng)成為當(dāng)今主流程序設(shè)計語言中最復(fù)雜的一員。入門書籍C+是一種語言，僅僅是它的語法、特性、標(biāo)準(zhǔn)類庫就已經(jīng)是一門非常高深的課程，所以在開始學(xué)習(xí)的時候，必須先要打好基礎(chǔ)。在市面上有很多Visual C+的書，雖然其中可能會花1-2章來介紹C+的基本特性，但是那絕對不會讓你入門。因此，初學(xué)者學(xué)習(xí)C+應(yīng)該選擇針對C+語言本身的書籍，而不能是針對Visual C+、MFC或者Windows API的。學(xué)習(xí)C+應(yīng)該由易至難，循序漸進(jìn)。以前經(jīng)常有人說學(xué)習(xí)C

7、+之前應(yīng)該學(xué)習(xí)C語言。事實上那不是必須的，C+和C語言雖然有關(guān)系，但仍然是兩種不同的語言。當(dāng)然，在學(xué)習(xí)C+之前學(xué)習(xí)過其他編程語言是很有好處的。那會使學(xué)習(xí)C+的速度更快，畢竟很多計算機(jī)語言的概念都是相通的。而對于零基礎(chǔ)的初學(xué)者來說，則是應(yīng)該靜下心來，不要急躁。要成為C+的高手，不是那么容易的，必須要花很大的努力。從入門教材的選擇上，主要看學(xué)習(xí)者的自身情況。如果已經(jīng)有過學(xué)習(xí)高級語言的經(jīng)歷，那么推薦使用譚浩強(qiáng)的C+程序設(shè)計。注意是04年版的，06年版的那本書是閹割版，上來就面向?qū)ο?。雖然說C和C+是相似的，但是前面已經(jīng)說了，C和C+應(yīng)該作為兩種語言來學(xué)習(xí)，所以06年的那本內(nèi)容就稍微欠缺一點了。譚浩強(qiáng)

8、04版的這本書內(nèi)容比較規(guī)整的，條理也很清晰。如果有過其他高級語言的基礎(chǔ)，那么估計半年就能對C+的概況有個了解了。譚浩強(qiáng)老師的書已經(jīng)成為了全國各大高等院校的教科書，是比較受到認(rèn)可的。如果是從零基礎(chǔ)開始學(xué)C+，那么推薦使用潘嘉杰的易學(xué)C+。這本書是2008年出的新書，聽說是個學(xué)生在讀書的時候?qū)懙?。這本書網(wǎng)上有下載免費(fèi)的電子版。這本書主要就是針對初學(xué)者的，講得也比較生動有趣，比較提得起學(xué)習(xí)的興趣。所以沒有基礎(chǔ)的初學(xué)者選這本書也是不錯的，就是想要很快成為高手，可能看這本書還不夠。至于看完入門的書之后，就應(yīng)該看一些高層次的書了。比如和，同時也可以向STL、MFC、API等各個方向發(fā)展。如果對別的語言感興

9、趣，還能去看看C#和Java，它們和C+從語法和很多概念上都是類似的。設(shè)計原則 C+設(shè)計成靜態(tài)類型、和C同樣高效且可移植的多用途程序設(shè)計語言。 C+設(shè)計成直接的和廣泛的支援多種程序設(shè)計風(fēng)格（程序化程序設(shè)計、資料抽象化、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計、泛型程序設(shè)計）。 C+設(shè)計成給程序設(shè)計者更多的選擇，即使可能導(dǎo)致程序設(shè)計者選擇錯誤。 C+設(shè)計成盡可能與C兼容，籍此提供一個從C到C+的平滑過渡。 C+避免平臺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(shè)計成無需復(fù)雜的程序設(shè)計環(huán)境。出于保證語言的簡潔和運(yùn)行高效等方面的考慮，C+的很多特性都是以庫（如STL）或其他的形式提供的，而沒有直接添

10、加到語言本身里。關(guān)于此類話題，C+之父的C+語言的設(shè)計和演化 里做了詳盡的陳述。Hello World程序在使用兼容C89標(biāo)準(zhǔn)（也稱為ANSI C）的編譯器時，下面這個程序顯示“Hello, world!”然后結(jié)束運(yùn)行：（事實上這并不是符合98標(biāo)準(zhǔn)ISO C+的C+程序，而且在多數(shù)編譯器上這個程序也不能運(yùn)行，若要在比較舊的編譯器上編譯該程序，應(yīng)將stdio.h改為iostream.h）#include int main()printf(Hello, world!n);return 0;(以上是c語言代碼，c+語言是c語言高一級的版本）在使用兼容C+98標(biāo)準(zhǔn)（ISO/IEC 14882-1998

11、）的編譯器時，下面的程序也是可以的：#include int main()cout Hello, world! endl;return 0;在使用兼容C+ STL的編譯器時，應(yīng)當(dāng)是：#include using namespace std;int main()coutHello,world!endl;return 0;根據(jù)ISO C+的規(guī)定，main函數(shù)的形式只能是int main(void).以及int main(int argc,char * argv).盡管如此，但在Visual C+ 2003以前的Microsoft Visual Studio編譯器上，void main().也被支持

12、，但這并不正確，也不標(biāo)準(zhǔn)。這樣的寫法會使程序代碼喪失跨平臺的特性。每年都有專業(yè)人士規(guī)定C+的語法，這也是C+優(yōu)于其他編程語言的原因之一，由它衍生的Java已成為通用編程語言中廣受歡迎的一種。代碼性能一般認(rèn)為，使用Java或C#的開發(fā)成本比C+低。但是，如果你能夠充分分析C+和這些語言的差別，會發(fā)現(xiàn)這句話的成立是有條件的。這個條件就是：軟件規(guī)模和復(fù)雜度都比較小。如果不超過3萬行有效代碼（不包括生成器產(chǎn)生的代碼），這句話基本上還能成立。否則，隨著代碼量和復(fù)雜度的增加，C+的優(yōu)勢將會越來越明顯。造成這種差別的就是C+的軟件工程性。在Java和C#大談軟件工程的時候，C+實際上已經(jīng)悄悄地將軟件工程性提

13、升到一個前所未有的高度。這一點被多數(shù)人忽視，并且被大公司竭力掩蓋。語言在軟件工程上的好壞，依賴于語言的抽象能力。從面向過程到面向?qū)ο?，語言的抽象能力有了一個質(zhì)的飛躍。但在實踐中，人們發(fā)現(xiàn)面向?qū)ο鬅o法解決所有軟件工程中的問題。于是，精英們逐步引入、并拓展泛型編程，解決更高層次的軟件工程問題。（實際上，面向?qū)ο蠛头盒途幊痰钠鹪炊伎梢宰匪莸?967年，但由于泛型編程更抽象，所以應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于面向?qū)ο螅?。?yīng)用實例哪些程序是用C+寫的：主流的3種操作系統(tǒng)Windows內(nèi)核都是用C語言和匯編寫的，上層高級特性是用C+寫的。魔獸世界等幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)游戲，百度搜索引擎，我們所用的大多數(shù)軟件都是用C+寫的（硬件

14、也有很多用到C+的）。以下是一些C+的應(yīng)用：Amazon：Software for large-scale e-commerceApple: OS X is written in a mix of language, but a few important parts are C+（當(dāng)然最核心的部分都是匯編與c語言）.AT&T:The largest US telecommunications provider.o provisioning systemso systems for rapid network recovery after failureAutodesk: A large nu

15、mber of major number of application in the CAD domainEricsson:o server platform.o TDMA-CDMA HLRo GSM-TDMA-CDMA mobility gatewayGoogle: web search engine, etc。HP: Here is a tiny fraction of HPs C+ apps:o C, C+, Fortran90 compilers, and linker for the new HP IA64 platform (these add to more than 1 mil

16、lion lines of C+ code).IBM:o OS/400.o K42: a high performance, open source, general-purpose operating system kernel for cache-coherent multiprocessors.Intel:o Vtune performace analysis softwareo compilers and optimizerso lots of chip design and manufacturing softwareJPL(Jet Propulsion Lab,NASA): Mar

17、s rover autonomous driving system (incl. scene analysis and route planning). C+ on Mars! Also lots of supporting software on the ground (i.e. Earth).Microsoft:o Windows XPo Windows NT (NT4 and 2000)o Windows 9x (95, 98, Me)o Microsoft Office (Word, Excel, Access, PowerPoint, Outlook)o Internet Explo

18、rer (including Outlook Express)o Visual Studioo SQLMozilla: Firefox browser and Thunderbird mail client (open source)MySQL: MySQL Server (about 250,000 lines of C+) and MySQL Cluster. Arguably the worlds most popular open source databaseNokia:o Mobile Communications radio-station/internet bridges: F

19、lexiGGSN (Gateway GPRS Support Node) and FlexiSGSN (Server GPRS Support Node).o MSC/HLRSun: o The HotSpot Java Virtual Machine is written in C+Symbian OS: rationale: . using C+ for all system code, from the kernel upwards. This is one of the most widespread OSs for cellular phonesKDEfrom linux is wr

20、itten in C+.telephone systems: I think it would be almost easier to list the systems which arent written in C+C+寫出的軟件，還包括VLC, 著名的開源視頻播放器；LAMMPS，著名分子動力學(xué)模擬軟件，其中包括一部分Fortran代碼；編程技巧使用new和delete進(jìn)行動態(tài)內(nèi)存分配和釋放運(yùn)算符new和delete是C+新增的運(yùn)算符，提供了存儲的動態(tài)分配和釋放功能。它的作用相當(dāng)于C語言的函數(shù)malloc（）和free（），但是性能更為優(yōu)越。使用new較之使用malloc（）有以下的幾個

21、優(yōu)點：（1）new自動計算要分配類型的大小，不使用sizeof運(yùn)算符，比較省事，可以避免錯誤。（2）自動地返回正確的指針類型，不用進(jìn)行強(qiáng)制指針類型轉(zhuǎn)換。（3）可以用new對分配的對象進(jìn)行初始化。使用例子：（1）int* p；p=new int10； /分配一個含有10個整數(shù)的整型數(shù)組delete p； /釋放這個指向數(shù)組的指針?biāo)純?nèi)存（2）int* p；p=new int (100)；/動態(tài)分配一個整數(shù)并初始化使用inline內(nèi)聯(lián)函數(shù)替代宏調(diào)用對于頻繁使用的函數(shù)，C語言建議使用宏調(diào)用代替函數(shù)調(diào)用以加快代碼執(zhí)行，減少調(diào)用開銷。但是宏調(diào)用有許多的弊端，可能引起不期望的副作用。例如宏：#define

22、 abs(a)(a)0?(-a):(a)，當(dāng)使用abs(i+)時，這個宏就會出錯。所以在C+中應(yīng)該使用inline內(nèi)聯(lián)函數(shù)替代宏調(diào)用，這樣既可達(dá)到宏調(diào)用的目的，又避免了宏調(diào)用的弊端。使用內(nèi)聯(lián)函數(shù)只須把inline關(guān)鍵字放在函數(shù)返回類型的前面。例如：inline int Add(int a，int b);/聲明Add()為內(nèi)聯(lián)函數(shù)這樣編譯器在遇到Add()函數(shù)時，就不再進(jìn)行函數(shù)調(diào)用，而是直接嵌入函數(shù)代碼以加快程序的執(zhí)行。使用函數(shù)重載在C語言中，兩個函數(shù)的名稱不能相同，否則會導(dǎo)致編譯錯誤。而在C+中，函數(shù)名相同而參數(shù)數(shù)據(jù)類型不同的兩個函數(shù)被解釋為重載。例如：void PutHz(char* str

23、);/在當(dāng)前位置輸出漢字void PutHz(int x,?int y,?char * str);/在x，y處輸入數(shù)字使用函數(shù)重載可以幫助程序員處理更多的復(fù)雜問題，避免了使用諸如intabs()、fabs()、dabs()等繁雜的函數(shù)名稱；同時在大型程序中，使函數(shù)名易于管理和使用，而不必絞盡腦汁地去處理函數(shù)名。同時必須注意，參數(shù)數(shù)據(jù)類型相同，但是函數(shù)返回類型不同的兩個函數(shù)不能重載。用引用(reference)代替指針進(jìn)行參數(shù)傳遞在C語言中，如果一個函數(shù)需要修改用作參數(shù)的變量值的時候 ，參數(shù)應(yīng)該聲明為指針類型。例如：void Add(int *a)(*a)+;調(diào)用時則使用Add(&x); /其中

24、x為int或可以轉(zhuǎn)化為int的類型，如unsigned int, 但這時候編譯器通常會給出warning對于復(fù)雜的程序，使用指針容易出錯，程序也難以讀懂。在C+中，對于上述情況 可以使用引用來代替指針，使程序更加清晰易懂。引用就是對變量取的一個別名，對引用進(jìn)行操作，這就相當(dāng)于對原有變量進(jìn)行操作。例如使用引用的函數(shù)定義為：void Add(int& a)a+;/a為一個整數(shù)的引用調(diào)用時使用Add(x);/其中x為int這個函數(shù)與使用指針的上一個函數(shù)的功能是一樣的，然而代碼卻更為簡潔和清晰易懂。使用缺省參數(shù)在C+中函數(shù)可以使用缺省參數(shù)，例如：void PutHzxy(char *str,int x

25、=-1, int y=-1)if(x=-1)x=wherex();if(y=-1)x=wherex();moveto(x,y);PutHx(str);可以有三種方式調(diào)用函數(shù)PutHzxy()，例如：PutHzxy(C+語言);/使用缺省參數(shù)，在當(dāng)前位置輸出PutHzxy(C+語言,10,10);/沒有使用缺省參數(shù)PutHzxy(C+語言,10);/對y使用缺省參數(shù)，指定x的位置通常的情況下，一個函數(shù)應(yīng)該具有盡可能大的靈活性。使用缺省參數(shù)為程序員處理更大的復(fù)雜性和靈活性問題提供了有效的方法，所以在C+的代碼中都大量地使用了缺省參數(shù)。需要說明的是，所有的缺省參數(shù)必須出現(xiàn)在不缺省參數(shù)的右邊。亦即，一

26、旦開始定義缺省參數(shù)，就不可再說明非缺省的參數(shù)。否則當(dāng)你省略其中一個參數(shù)的時候，編譯器無法知道你是自定義了這個參數(shù)還是利用了缺省參數(shù)而定義了非缺省的參數(shù)。例如：void PutHzxy(char*str,int x=-1,int y=-1)/正確void PutHzxy(int x=-1,int y=-1,char*str)/錯誤使用STLSTL（Standard Template Library，標(biāo)準(zhǔn)模板庫), STL的代碼從廣義上講分為三類：algorithm（算法）、container（容器）和iterator（迭代器），并包括一些工具類如auto_ptr。幾乎所有的代碼都采用了模板類和模

27、版函數(shù)的方式，這相比于傳統(tǒng)的由函數(shù)和類組成的庫來說提供了更好的代碼重用機(jī)會。#include/ 包含相關(guān)的頭文件/typedef std:vector intvector;/使用typedef 使代碼看起來更簡潔int main()intvector vi;for(int i=0;i10,i+)vi.push_back(i);/使用push_back添加元素for(int i=0;ivi.size();i+)std:coutvii -符號-的左邊必須是指針Possible use of xxx before definition -在定義之前就使用了xxx（警告）Possibly incorr

28、ect assignment -賦值可能不正確Redeclaration of xxx -重復(fù)定義了xxxRedefinition of xxx is not identical - xxx的兩次定義不一致Register allocation failure -寄存器定址失敗Repeat count needs an lvalue -重復(fù)計數(shù)需要邏輯值Size of structure or array not known -結(jié)構(gòu)體或數(shù)給大小不確定Statement missing ; -語句后缺少；Structure or union syntax error -結(jié)構(gòu)體或聯(lián)合體語法錯誤St

29、ructure size too large -結(jié)構(gòu)體尺寸太大Sub scripting missing -下標(biāo)缺少右方括號Superfluous & with function or array -函數(shù)或數(shù)組中有多余的&Suspicious pointer conversion -可疑的指針轉(zhuǎn)換Symbol limit exceeded -符號超限Too few parameters in call -函數(shù)調(diào)用時的實參少于函數(shù)的參數(shù)不Too many default cases - Default太多(switch語句中一個)Too many error or warning message

30、s -錯誤或警告信息太多Too many type in declaration -說明中類型太多Too much auto memory in function -函數(shù)用到的局部存儲太多Too much global data defined in file -文件中全局?jǐn)?shù)據(jù)太多Two consecutive dots -兩個連續(xù)的句點Type mismatch in parameter xxx -參數(shù)xxx類型不匹配Type mismatch in redeclaration of xxx - xxx重定義的類型不匹配Unable to create output file xxx -無法建立輸出文件xxxUnable to open include file xxx -無法打開被包含的文件xxxUnable to open input file xxx -無法打開輸入文件xxxUndefined label xxx -沒有定義的標(biāo)號xxxUndefined structure xxx -沒有定義的結(jié)構(gòu)xxxUndefined symbol xxx -沒有定義的符號xxxUnexpected end