第1章 预备知识

本章内容

• C语言和C++的发展历史和基本原理
• 过程性编程和面向对象编程
• C++是如何在C语言的基础上添加面向对象概念的
• C++是如何在C语言的基础上添加泛型编程概念的
• 编程语言标准
• 创建程序的技巧

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1.1 C++简介

C++融合了3种不同的编程方式：

• C语言代表的过程性语言
• **C++**在C语言基础上添加的类代表的面向对象语言
• **C++**模板支持的泛型编程

C++语言合并了底层和高层特性，既适合底层系统编程，也适合高级应用编程。

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1.2 C++简史

1.2.1 C语言

20世纪70年代早期，贝尔实验室的Dennis Ritchie致力于开发UNIX操作系统。为完成这项工作，Ritchie需要一种语言，它必须简洁，能够生成简洁、快速的程序，并能有效地控制硬件。

Ritchie希望有一种语言能将低级语言的效率、硬件访问能力和高级语言的通用性、可移植性融合在一起，于是他在旧语言的基础上开发了C语言。

1.2.2 C语言编程原理

C语言最初是过程性（procedural）语言，强调的是编程的算法方面。程序命令计算机按一系列流程生成特定的结果。

结构化编程：

• 将分支限制为一小组行为良好的结构
• C语言包含：for循环、while循环、do-while循环和if-else语句

自顶向下设计：

• 将大型程序分解成小型、便于管理的任务
• 如果其中的一项任务仍然过大，则将它分解为更小的任务
• 鼓励程序员开发程序单元（函数）来表示各个任务模块

1.2.3 面向对象编程（OOP）

OOP与强调算法的过程性编程不同，OOP强调的是数据。其理念是设计与问题的本质特性相对应的数据格式。

在C++中：

• 类：一种规范，描述了数据格式
• 对象：根据这种规范构造的特定数据结构

OOP的核心概念：

• 抽象：提取事物的本质特征
• 封装：隐藏实现细节
• 继承：从已有类派生新类
• 多态：同一接口支持不同实现

OOP编程方法：

• 首先设计类，准确地表示程序要处理的东西
• 从低级组织（如类）到高级组织（如程序）的处理过程叫做自下向上的编程

1.2.4 C++和泛型编程

泛型编程（generic programming）是C++支持的另一种编程模式。它与OOP的目标相同，即使重用代码和抽象通用概念的技术更简单。

• OOP强调的是编程的数据方面
• 泛型编程强调的是独立于特定数据类型
• C++模板提供了泛型编程的机制

1.2.5 C++的起源

C++在贝尔实验室诞生，Bjarne Stroustrup于20世纪80年代开发了这种语言。

关键点：

• C++主要是为了更方便地编写出好程序
• C++的OOP方面受到了计算机模拟语言Simula 67的启发
• C++是C语言的超集，任何有效的C程序都是有效的C++程序
• 名称C++来自C语言中的递增运算符++

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1.3 可移植性和标准

1.3.1 C++的发展

时间	里程碑
1983	C++正式命名
1985	第一本C++参考手册《The C++ Programming Language》
1990	ANSI/ISO C++标准委员会成立
1994	C++98标准草案发布
1998	C++98/ISO标准发布（ISO/IEC 14882:1998）
2003	C++03标准发布（技术性修订）
2011	C++11标准发布（ISO/IEC 14882:2011）

1.3.2 本书遵循的C++标准

本书基于 ISO/IEC 14882:2011（即C++11）标准编写。

C++11新增特性：

• auto 类型推断
• 范围for循环
• Lambda表达式
• 智能指针
• 移动语义
• nullptr

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1.4 程序创建的技巧

1.4.1 创建源代码文件

C++源代码文件扩展名：

C++实现	源代码文件的扩展名
UNIX	C、CC、CXX、c
GNU C++	C、cC、cxx、cpp、c++
Digital Mars	cpp、cxx
Borland C++	cpp
Watcom	cpp
Microsoft Visual C++	cpp、cxx、cc
Freestyle CodeWarrior	cp、cpp、cC、cxx、c++

1.4.2 编译和链接

程序创建过程：

源代码 → 预处理 → 编译 → 汇编 → 链接 → 可执行文件

阶段	说明	输入 → 输出
预处理	处理#开头的指令	.cpp → .i
编译	翻译为汇编语言	.i → .s
汇编	翻译为机器语言	.s → .o
链接	合并库和目标文件	.o + 库 → 可执行文件

编译指令示例：

# UNIX/Linux
g++ -o hello hello.cpp

# Windows (MinGW/Cygwin)
g++ great.cpp

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1.5 总结

• C++融合了C语言的过程性特性和OOP特性
• C++遵循ISO标准，C++11是本书重点
• 源代码需要经过编译和链接才能生成可执行程序
• 可移植性是C++的重要特性之一