|
C++ 「C++程序设计语言」重定向至此。关于相关译名书籍，请见「C++编程语言 (书)」。
C++是一种被广泛使用的计算机程序设计语言。它是一种通用程式設計語言，支援多重编程范式，例如過程化程序設計、面向对象程序設計、泛型程式設計和函数式程序設計等。 比雅尼·斯特勞斯特魯普博士在贝尔实验室工作期间在20世紀80年代發明並實現了C++。起初，這種語言被稱作“C with Classes”（“包含‘類’的C語言”），作為C語言的增強版出現。随后，C++不斷增加新特性。虚函数、运算符重载、多繼承、标准模板库、异常处理、运行时类型信息、命名空間等概念逐漸納入標準草案。1998年，國際標準組織頒布了C++程序設計語言的第一個國際標準ISO/IEC 14882:1998，目前最新标准为ISO/IEC 14882:2020。ISO/IEC 14882通称ISO C++。ISO C++主要包含了核心语言和标准库的规则。尽管从核心语言到标准库都有显著不同，ISO C++直接正式（normative）引用了ISO/IEC 9899（通称ISO C），且ISO C++标准库的一部分和ISO C的标准库的API完全相同，另有很小一部分和C标准库略有差异（例如， 作为广泛被使用的工业语言，C++存在多个流行的成熟实现：GCC、基于LLVM的Clang以及Visual C++等。这些实现同时也是成熟的C语言实现，但对C语言的支持程度不一（例如，VC++对ANSI C89之后的标准支持较不完善）。大多数流行的实现包含了编译器和C++部分标准库的实现。编译器直接提供核心语言规则的实现，而库提供ISO C++标准库的实现。这些实现中，库可能同时包含和ISO C标准库的共用实现（如VC++的msvcrt）；而另一些实现的ISO C标准库则是单独于编译器项目之外提供的，如glibc和musl。C++标准库的实现也可能支持多种编译器，如GCC的libstdc++库支持GCC的g++和LLVM Clang的clang++。这些不同的丰富组合使市面上的C++环境具有许多细节上的实现差异，因而遵循ISO C++这样的权威标准对维持可移植性显得更加重要。现今讨论的C++语言，除非另行指明，通常均指ISO C++规则定义的C++语言（虽然因为实现的差异，可能不一定是最新的正式版本）。 值得注意，和流行的误解不同，ISO C和ISO C++都从未明确要求源程序被编译（compile），而仅要求翻译（translate），因此C和C++并不是所谓的编译型语言[來源請求]。技术上，实现C和C++程序的单位是翻译单元（translation unit）。作为对比，Java语言规范中就明确要求Java程序被编译实现，明确存在编译单元（compilation unit）。实际上C和C++也存在REPL形式的解释器实现，如CINT和Cling。但因为传统上C和C++多以编译器实现，习惯上仍有一些混用，甚至至今仍出现在ISO C++某节标准库条款的标题 （页面存档备份，存于互联网档案馆）上。 传统上，C++语言被视为和C语言实现性能相近的语言，强调运行时的高效。根據《C++編程思想》（Thinking in C++）一書，C++與C的代码执行效率往往相差在±5%之間[2]。 发展历史 C++語言發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++語言基本上是傳統類型上的面向对象語言，並且憑藉着接近C語言的效率，在工業界使用的開發語言中佔據了相當大份額；第二階段從1995年到2000年，這一階段由於標準模板庫和後來的Boost等程式庫的出現，泛型程序設計在C++中佔據了越來越多的比重。當然，同時由於Java、C#等語言的出現和硬體價格的大規模下降，C++受到了一定的衝擊；第三階段從2000年至今，由於以Loki、MPL(Boost)等程式庫為代表的產生式編程和模板元編程的出現，C++出現了發展歷史上又一個新的高峰，這些新技術的出現以及和原有技術的融合，使C++已經成為當今主流程序設計語言中最複雜的一員。 比雅尼·史特勞斯特魯普工作起於1979年的C with Classes。這個構思起源於斯特劳斯特鲁普做博士論文時的一些程式撰寫經驗。他發現Simula具備很利於大型軟體開發的特點，但Simula的執行速度太慢，無法對現實需求發揮功效；BCPL雖快得多，但它過於低階的特性，使其不適於大型軟體的開發。當斯特劳斯特鲁普開始在貝爾實驗室工作時，他有分析UNIX核心關於分散式計算的問題。回想起他的博士論文經驗，斯特劳斯特鲁普開始為C語言增強一些類似Simula的特點[3]。之所以選擇C，是因為它適於各種用途、快速和可移植性。除了C语言和Simula之外，同時也從其它語言中取得靈感，如ALGOL 68、Ada、CLU以及ML。 剛開始時，類別、衍生類別、儲存類型檢查、內聯和缺省参数特性，都是透過Cfront引入C語言之中[4]。 1983年，C with Classes改命名為C++（ 1985年，發佈第一版《C++程式設計語言》，提供一個重點的語言參考，至此還不是官方標準[5]。1985年10月出現了第一個商業化發佈。 1989年，發佈了Release 2.0。引入了多重繼承、抽象類別、靜態成員函式、常數成員函式，以及成員保護。1990年，出版了The Annotated C++ Reference Manual。這本書後來成為標準化的基礎。稍後還引入了模板、例外處理、命名空間、新的強制类型转换，以及布林类型。 隨著C++語言的演變，也逐漸演化出相應的標準程式庫。最先加進C++標準函式庫的是串流I/O程式庫，其用以取代傳統的C函式，如printf和scanf。隨後所引入的程式庫中最重要的便是標準模板庫，簡稱STL。 多年後，一個聯合的ANSI-ISO委員會於1998年對C++標準化（ISO/IEC 14882：1998）。在官方釋出1998標準的若干年後，委員會處理缺陷報告，並於2003年發佈一個C++標準的修正版本。2005年，一份名為Library Technical Report 1（簡稱TR1）的技術報告釋出。雖然還不是官方標準的一部分，不過它所提供的幾個擴展可望成為下一版C++標準的一部分。幾乎所有目前仍在維護的C++編譯器皆已支援TR1。 目前最新的C++标准是2020年12月发布的ISO/IEC 14882:2020[6]，又称C++20。 雖然C++本身無專利，但標準文件本身並不是免費的，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。 C++名字的由來C++這個名字是Rick Mascitti於1983年中所建議的，並於1983年12月首次使用。更早以前，尚在研究階段的發展中語言曾被稱為「new C」，之後是「C with Classes」。在電腦科學中，C++仍被稱為C語言的上層結構。它最後得名於C語言中的「++」運算子（其對變數的值進行遞增）。而且在共同的命名約定中，使用「+」以表示增強的程式。斯特劳斯特鲁普說：「這個名字象徵著源自於C語言變化的自然演進」。C+是一個和C/C++無關的早期程式語言。 Rick Mascitti在1992年被非正式地問起名字的由來，他表示這是在半開玩笑中說出的。他從沒想過C++會成為這門語言的正式名字。 有一個關於C++名字的笑話是，當你使用後綴++時，附加只發生在運算之後（因此，它應該是++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）。 C++标准由ISO/IEC JTC1/SC22/WG21进行。已经出版的标准文档如下：
設計原則在《C++語言的設計和演化》（1994）中，Bjarne Stroustrup描述了他在設計C++時，所使用的一些原則。知道這些原則有助於理解C++為何會是現在這個樣子。以下總結了一些原則，詳盡的內容可參閱《C++語言的設計和演化》：
標準程序庫1998的C++標準分為兩個部分：核心語言和C++標準程式庫；後者包含了大部分標準模板庫和C標準程式庫的稍加修改版本。存在許多不屬於標準部分的C++程式庫，且使用外部連結，程式庫甚至可以用C撰寫。 C++標準程式庫充分吸收了C標準程式庫，並佐以少許的修改，使其與C++良好的運作。另一個大型的程式庫部分，是以標準模板庫（STL）為基礎，STL於1994年2月正式成為ANSI/ISO C++。它提供了實用的工具，如容器类（如：Array和Vector），迭代器（廣義指针）提供容器以類似陣列的存取方式，以及泛型算法進行搜尋和排序的運算。此外還提供了(multi)map和(multi)set，它們都共享相似的成员函数。因此，以下成為可能，使用模板撰寫泛型算法，它可以和任何容器或在任何以迭代器定義的序列上運作。如同C，使用 使用標準模板庫（例如：使用 在STL在納入C++標準以前，是來自HP和後來的SGI的第三方程式庫，標準中並未稱之為「STL」，它只是標準庫中的一部分，但仍有許多人使用這個名稱，以別於其它的標準庫（輸入／輸出串流、國際化、診斷、C程式庫子集，等等）。
另外，如 C++中的特色和C語言相比，C++引入了更多的特性，包括：复合类型（引用類型等）、const限定符和constexpr常量表达式、类型处理运算符（类型别名及auto和decltype等多种类型指示符）、C++标准库（IO库与多种容器类）与迭代器、动态内存与智能指针、函数重載、面向对象程序设计（如数据抽象、成員函数、类作用域、构造函数与析构函数、静态成员、访问控制与繼承、虚函数、抽象类与接口等）、拷贝控制、运算符重载、造型与函数风格的強制类型转换、模板与泛型编程，以及異常處理、命名空間、多继承与虚继承、运行时类型识别及嵌套类等。 C++在某些案例中（見下「與C不相容之處」），進行比C還要多的類型檢查。 以「 C++的一些特性，C不久之後也採用了，包括在for循环的括号中声明，C++風格的註解（使用 一個常見的混淆其實只是一個微妙的術語問題：由於它的演化來自C，在C++中的術語对象和C語言一樣是意味著記憶體區域，而不是類別的實體，在其它絕大多數的物件導向語言也是如此。舉例來說，在C和C++中，語句 C++语言中的const关键字
C++不是第一個正式引入 以下是和C语言相容的用法： int m = 1, n = 2; // int 类型的对象
const int a = 3; // const int 类型的对象
int const b = 4; //同上
const int *p //指向 const int 类型对象的指针
int const *q; //同上
int *const x; //指向 int 类型对象的 const 指针；注意 const 的位置
const int *const r; //指向 const int 类型对象的 const 指针
int const *const t; //同上
但是， const int max_len = 42;
int a[max_len];
此前C语言并不支持这样的用法，直到C99允许用变量作为数组长度（需要注意的是C99中的VLA支持运行期确定数组长度，但C++从未支持）。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。 在C++11及之后的C++标准中，推荐使用拥有更严格语义的 实际上，在语义表达方面， 一些参照C和C++设计的语言中，也存在类似的差异。例如，C#同时具有 与C不兼容之处C++有时被认为是C的超集（superset），但这並不严谨。 各个版本的ISO/IEC 14882的附录C中都指出了C++和ISO C的一些不兼容之处。 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 // 从void *隐式转换为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問題是，C++定义了很多的新关键字，如 C99去除了一些不兼容之处，也新增了一些C++的特性，如 由于C++函数和C函数通常具有不同的名字修饰和调用约定，所有在C++中呼叫的C函数，须放在 C++的Hello World程序下面这个程序显示“Hello, world!”然后结束运行： // #include <iostream> // C++20 前
// import <iostream>; // C++23 前
import std; // C++23 起
int main() {
// std::cout << "Hello, world!" << std::endl; // C++23 前
std::println("Hello, world!"); // C++23 起
return 0;
}
这里也可以使用using指令以避免多次声明std::—— #include <iostream>
using namespace std;
int main() {
cout << "Hello, world!" << endl;
return 0;
}
如果使用“\n”代替以上代碼裡的“endl”，输出结果相等。 std::cout << "Hello, world!\n";
std::endl 不仅仅会在某个输出流中插入换行字符，还将执行输出流的 flush() 函数（即刷新缓冲区），而'\n'则不会。
int main() {
// ...
}
int main(int argc, char *argv[]) {
// ...
}
不过，在一些编译器（例如Visual C++）上， void main() {
// ...
}
也是合法的。但是这样的写法兼容性较差。 語言特性运算符分為
預處理器C++主要有三個編譯階段：預處理、轉譯成目的碼和連結（最後的兩個階段一般才視為真正的「編譯」）。在第一階段，預處理，會將預處理器指令替換成原始碼，然後送到下一個編譯階段。 預處理器指令和巨集預處理指令的運作方式是根據使用者定義的規則，簡單的把記號字元序列置換成其它的記號字元序列。它們進行巨集置換、含入其它的檔案（由底層至高階的特性，例如包含模組／包／單元／元件）、條件式編譯和條件式含入。例如： #define PI 3.1415926535897932384626433832795028841971693993751
原始代码中出現的 #include <iostream>
它將使用標準庫头文件 模板模板（Template）指C++程式語言中的函式模板（function template）與類別模板（class template），這種觀念是取材自Simula的泛型程式設計。它采用typename和class两个关键字，来标识模板類別的型別参数。C++11和C++14分别引入了类型别名模板和变量模板。 類別与对象在物件導向物件程式設計術語中，物件（object）是資料（data）和處理資料的指令（instructions）的聯合（association）。模擬（simulate）實際世界（real-world），物件有三種特質（characteristics）：狀態（State）、行為（Behavior）、同一性身分，並且使用訊息（message）來引發彼此的互動。類別（class）為物件的藍圖或工廠，定義了物件的抽象特質，包括物件的屬性特質和物件的行為特質，屬性的值即是物件的狀態，行為即是物件能夠做的事。 C++為類別構成式物件導向程式設計語言（class-based object-oriented programming language），類別概念具現化（reification）地作為二等公民（second-class citizen）出現在C++語言當中，在語法中明確地使用類別來做到資料抽象化、封裝、模組化、繼承、子型別多型、物件狀態的自動初始化。C++中，一個類別即為一個型別，加上封裝，一個類別即為一個抽象資料型別（Abstract Data Type，ADT），繼承、多型、模板都加強了類別的可抽象性。在C++可以使用class或struct這兩個關鍵字宣告類別（class），而使用new運算子實體化類別產生的實體（instance）即為物件，是一等公民。C/C++以資料成員（data member）表達屬性，以成員函式（member function）表達行為。 声明一个Car class： class Car {
private:
int isRunning;
public:
Run();
};
但是仍然需要注意，严格来说，C++中对象的概念和C的对应概念接近，表示的是具有特定类型的存储，而非面向对象意义上的“对象”：一个对象不一定是类类型的。此外，C++意义上的“实例”仅指模板实例化的结果，而并不指对象。作为对比，Java的“对象”和“实例”的概念和这里的使用一致。 封裝封裝（Encapsulation）是將資料和處理資料的程序（procedure）組合起來，僅對外公開接口（interface），达到信息隐藏（information hiding）的功能。封裝的優點是能減少耦合（Coupling）。C++、Java、C# 等語言定義对象都是在語法中明確地使用類別（Class）來做到封裝。 C++的類別对其成员（包括数据成员、函数成员）分为三种封装状态：
一般可以将C++類的对外接口设定为公有成员；類内部使用的数据、函数设定为私有成员；供派生自该類別的子類別使用的数据、函数设定为保护成员。 繼承繼承（Inheritance）是指派生类（subclass）繼承基类（superclass），會自動取得超類別除私有特質外的全部特質，同一類別的所有實體都會自動有該類別的全部特質，做到程式碼再用（reuse）。C++只支援類別構成式繼承，雖然同一類別的所有實體都有該類別的全部特質，但是實體能夠共享的實體成員只限成員函式，類別的任何實體資料成員乃每個實體獨立一份，因此物件間並不能共享狀態，除非特質為參考型別的屬性，或使用指標來間接共享。C++支持的继承关系为：
C++支持多繼承（multiple inheritance，MI）。多繼承（multiple inheritance，MI）的優缺點一直廣為使用者所爭議，許多語言（如Java）並不支援多重繼承，而改以單一繼承和介面繼承（interface inheritance），而另一些語言则采用用單一繼承和混入（mixin）。C++通过虛繼承（Virtual Inheritance）来解決多繼承带来的一系列问题。 多态
除了封裝與繼承外，C++還提供了多型功能，物件導向的精神在於多态（Polymorphism），一般的多态，是指動態多态，係使用繼承和動態绑定（Dynamic Binding）實現，使用多型可建立起繼承體系（Inheritance hierarchy）。類（class）與繼承只是達成多态中的一種手段，所以稱物件導向而非類別導向。 多态又分成靜態多态（Static Polymorphism）與動態多态（Dynamic Polymorphism）。C++语言支持的動態多态必須結合繼承和动态绑定（Dynamic Binding）方式實現。靜態多态是指编译时决定的多态，包括重载和以模板（template）實現多型的方法即參數化型態（Parameterized Types），是使用巨集（macro）的“程序代码膨脹法”達到多型效果。 类型轉換（type cast）也是一種非参数化（ad hoc）多态的概念，C++提供dynamic_cast, static_cast等运算符來實作强制类型轉換（Coercion）。 運算元重載（operator overloading）或函式重載（function overloading）也算是多型的概念。 分析和處理C++原始代碼C/Java/C#都可以用某種 LR剖析器（或其變形）分析文法[來源請求]，但C++是個著名的例外：请看下面的代码。 #include <vector>
#include <string>
std::vector< std::vector<std::string> >table1;
std::vector<std::vector<std::string>>table2;
上面的table1显然是一个字符串的二维数组，而table2则未必能通过编译：如果严格遵循LR分析过程，串 >> 会被解释为右移运算符而非两个代表模板参数表结束的右尖括号，因此出现编译错误，必须以table1的方式用空格区分。(在C++11发布之后，特别规定了当处理模板时，>>被优先视为两个>[28]，所以table1和table2均可通过编译.) 争议「在這12年裡，C++使用者人數大約每七個月半增加一倍」是許多C++相關文件必引的一段話；然而，時至今日新語言層出不窮，使用者人數已不太可能以如此速度增長。分析機構EvansData定期對開發人員展開調查，其資料顯示，以C++為工具的開發人員在整個開發界所佔的比例由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：
概括說來UNIX程式設計師批評C++主要是由於UNIX社群與C++社群的文化差異[30]。 Linux之父林纳斯·托瓦兹曾经多次炮轰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。 參閱
参考文献
延伸阅读
外部連結
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
.gif){kind=small}
