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C++起源,作者,发展

时间:2019-03-08 19:42:47      阅读:175      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:UNC   ansi c   用户   外部   之一   running   建议   后缀   ons   

C++起源:
与C语言一样,C++也是在贝尔实验室诞生的,Bjarne Stroustrup于20世纪80年代在这里开发出了这种语言。Stroustrup比较关系的是让C++更有用,而不是实施特定的编程原理和风格。名称C++来自C语言的递增运算符++,名称C++表示它是C的扩充版本。

C++ 作者

C++是80年代由贝尔实验室的Bjarne Stroustrup博士及其同事在C语言的基础上开发成功的面向对象(oop)的语言。

C++发展:
C++是一门以C为基础发展而来的一门面向对象的高级程序设计语言,从1983年在贝尔实验室创立开始至今,已有30多个年头。C++从最初的C with class,经历了从C++98、C++ 03、C++ 11、C++ 14再到C++17多次标准化改造,功能得到了极大的丰富,已经演变为一门集面向过程、面向对象、函数式、泛型和元编程等多种编程范式的复杂编程语言。由于C++过于复杂,并且经历了长时间的发展演变,目前对于C++标准支持的较好主要有GNU C++和Visual C++,严格来说,目前还没有一个完全支持ISO C++的版本。

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
Microsof t Visual C++    cpp、cxx、cc
Freestyle Code Warrior   cp、cpp、cc、cxx、c++

什么是C++
C++是一种使用广泛的计算机程序设计语言。它是一种通用程序设计语言,支持多重编程模式,例如过程化程序设计、数据抽象、面向对象程序设计、泛型程序设计和设计模式等。

比雅尼·斯特劳斯特鲁普博士在贝尔实验室工作期间在20世纪80年代发明并实现了C++。起初,这种语言被称作“C with Classes”(“包含‘类’的C语言”),作为C语言的增强版出现。随后,C++不断增加新特性。虚函数(virtual function)、运算符重载(operator overloading)、多继承(multiple inheritance)、标准模板库(standard template library, STL)、异常处理(exception)、运行时类型信息(Runtime type information)、名字空间(namespace)等概念逐渐纳入标准。1998年,国际标准组织(ISO)颁布了C++程序设计语言的第一个国际标准ISO/IEC 14882:1998,当前最新标准为ISO/IEC 14882:2017。根据《C++编程思想》(Thinking in C++)一书,C++与C的代码执行效率往往相差在±5%之间。

C++语言发展大概可以分为三个阶段:第一阶段从80年代到1995年。这一阶段C++语言基本上是传统类型上的面向对象语言,并且凭借着接近C语言的效率,在工业界使用的开发语言中占据了相当大份额;第二阶段从1995年到2000年,这一阶段由于标准模板库(STL)和后来的Boost等程序库的出现,泛型程序设计在C++中占据了越来越多的比重。当然,同时由于Java、C#等语言的出现和硬件价格的大规模下降,C++受到了一定的冲击;第三阶段从2000年至今,由于以Loki、MPL(Boost)等程序库为代表的产生式编程和模板元编程的出现,C++出现了发展历史上又一个新的高峰,这些新技术的出现以及和原有技术的融合,使C++已经成为当今主流程序设计语言中最复杂的一员。

发展历史

比雅尼·斯特劳斯特鲁普,C++之父
比雅尼·斯特劳斯特鲁普(Stroustrup)工作起于1979年的C with Classes。[1]这个构思起源于斯特劳斯特鲁普做博士论文时的一些程序撰写经验。他发现Simula具备很利于大型软件开发的特点,但Simula的运行速度太慢,无法对现实需求发挥功效;BCPL虽快得多,但它过于低级的特性,使其不适于大型软件的开发。当斯特劳斯特鲁普开始在贝尔实验室工作时,他有分析UNIX核心关于分布式计算的问题。回想起他的博士论文经验,斯特劳斯特鲁普开始为C语言增强一些类似Simula的特点。[2]之所以选择C,是因为它适于各种用途、快速和可移植性。除了C和Simula之外,同时也从其它语言中获取灵感,如ALGOL 68、Ada、CLU以及ML。

刚开始时,类别、派生类、存储类型检查、内联和缺省参数特性,都是透过Cfront引入C语言之中。[3]

1983年,C with Classes改命名为C++(++是C语言中的增值操作符)。加入了新的特性,其中包括虚函数、函数名和运算符重载、参考、常量、用户可控制的自由空间存储区控制、改良的类型检查,以及新的双斜线(//)单行注解风格。

1985年,发布第一版《C++程序设计语言》,提供一个重点的语言参考,至此还不是官方标准。[4]1985年10月出现了第一个商业化发布。

1989年,发布了Release 2.0。引入了多重继承、抽象类别、静态成员函数、常量成员函数,以及成员保护。1990年,出版了The Annotated C++ Reference Manual。这本书后来成为标准化的基础。稍后还引入了模板、异常处理、名字空间、新的强制类型转换,以及布尔类型。

随着C++语言的演变,也逐渐演化出相应的标准程序库。最先加进C++标准库的是流I/O程序库,其用以取代传统的C函数,如printf和scanf。随后所引入的程序库中最重要的便是标准模板库,简称STL。

多年后,一个联合的ANSI-ISO委员会于1998年对C++标准化(ISO/IEC 14882:1998)。在官方发布1998标准的若干年后,委员会处理缺陷报告,并于2003年发布一个C++标准的修正版本。2005年,一份名为Library Technical Report 1(简称TR1)的技术报告发布。虽然还不是官方标准的一部分,不过它所提供的几个扩展可望成为下一版C++标准的一部分。几乎所有当前仍在维护的C++编译器皆已支持TR1。

当前最新的C++标准是2017年12月发布的ISO/IEC 14882:2017[5],又称C++17或C++1z。

虽然C++免专利,但标准文件本身并不是免费的,尽管标准文档不是免费的,但是很容易从网络中获取,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++名字的由来
C++这个名字是Rick Mascitti于1983年中所建议的,并于1983年12月首次使用。更早以前,尚在研究阶段的发展中语言曾被称为“new C”,之后是“C with Classes”。在计算机科学中,C++仍被称为C语言的上层结构。它最后得名于C语言中的“++”运算符(其对变量的值进行递增)。而且在共同的命名约定中,使用“+”以表示增强的程序。斯特劳斯特鲁普说:“这个名字象征着源自于C语言变化的自然演进”。C+是一个和C/C++无关的早期编程语言。

Rick Mascitti在1992年被非正式地问起名字的由来,他表示这是在半开玩笑中说出的。他从没想过C++会成为这门语言的正式名字。

有一个关于C++名字的笑话是,当你使用后缀++时,附加只发生在运算之后(因此,它应该是++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)。

标准程序库
1998的C++标准分为两个部分:核心语言和C++标准程序库;后者包含了大部分标准模板库和C标准程序库的稍加修改版本。存在许多不属于标准部分的C++程序库,且使用外部链接,程序库甚至可以用C撰写。

C++标准程序库充分吸收了C标准程序库,并佐以少许的修改,使其与C++良好的运作。另一个大型的程序库部分,是以标准模板库(STL)为基础,STL于1994年2月正式成为ANSI/ISO C++。它提供了实用的工具,如容器类(如:Array和Vector),迭代器(广义指针)提供容器以类似数组的访问方式,以及泛型算法进行搜索和排序的运算。此外还提供了(multi)map和(multi)set,它们都共享相似的成员函数。因此,以下成为可能,使用模板撰写泛型算法,它可以和任何容器或在任何以迭代器定义的序列上运作。如同C,使用#include指令包含标准表头,即可访问程序库里的功能。C++提供69个标准表头,其中19个不再赞成使用。

使用标准模板库(例如:使用std::vector或std::string来取代C风格的数组或字符数组)有助于导向更安全和更灵活的软件。

在STL在纳入C++标准以前,是来自HP和后来的SGI的第三方程式库,标准中并未称之为“STL”,它只是标准库中的一部分,但仍有许多人使用这个名称,以别于其它的标准库(输入/输出流、国际化、诊断、C程序库子集,等等)。 另外,如std::basic_string此类标准委员会添加的接口,有时也被误认为STL;实际上它们并不存在于原始的SGI STL中,在标准化后SGI STL才从标准库吸收加入其中。

C++中的特色
和C语言相比,C++引入了更多的特性,包括:复合类型(引用类型等)、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、函数重载、面向对象程序设计(如数据抽象、成员函数、类作用域、构造函数与析构函数、静态成员、访问控制与继承、虚函数、抽象类与接口等)、拷贝控制、运算符重载、造型与函数风格的强制类型转换、模板与泛型编程,以及异常处理、名字空间、多继承与虚继承、运行时类型识别及嵌套类等。

和普遍认为的相反,C++不是第一个正式引入const关键字的语言。80年代早期,Bjarne Stroustrup和Dennis Retchie讨论之后提供了在C语言中readonly/writeonly的实现机制,并在带类别的C中获取了一定经验。关键字const正式引入C语言是在ANSI C89。这早于第一个C++国际标准近十年,但此时const已被C++实现普遍采用。

以“//”起始作为注解起源自C的前身BCPL,而后被重新引入到C++。

C++的一些特性,C不久之后也采用了,包括在for循环的括号中声明,C++风格的注解(使用//符号,和inline,虽然C99定义的inline关键字与C++的定义不兼容。不过,C99也引入了不存在于C++的特性,如:可变参数宏,和以数组作为参数的较佳处理;某些C++编译器可能实现若干特性,以作为扩展,但其余部分并不匹配现存的C++特性)

一个常见的混淆其实只是一个微妙的术语问题:由于它的演化来自C,在C++中的术语对象和C语言一样是意味着存储器区域,而不是类的实体,在其它绝大多数的面向对象语言也是如此。举例来说,在C和C++中,语句int i;定义一个int类型的对象,这就是变量的值i将在指派时,所存入的存储器区域。

与C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void*隐式转换到其它的指标类型,但C++不允许。下列是有效的C代码:

C++有时被认为是C的超集(superset),但这并不严谨。
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void*隐式转换到其它的指标类型,但C++不允许。下列是有效的C代码:

// 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);

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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++中调用的C函数,须放在extern “C” { /* C函数声明 */ }之内。
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);
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另一个常见的可移植问题是,C++定义了很多的新关键字,如new和class,它们在C程序中,是可以作为识别字(例:变量名)的。

C99去除了一些不兼容之处,也新增了一些C++的特性,如//注释,以及在代码中混合使用。不过C99也纳入几个和C++冲突的新特性(如:可变长数组、原生复数类型和复合逐字常数),而C++11已经加入了兼容C99预处理器的特性。

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++中调用的C函数,须放在extern “C” { /* C函数声明 */ }之内。

预处理器
C++主要有三个编译阶段:预处理、转译成目标代码和链接(最后的两个阶段一般才视为真正的“编译”)。在第一阶段,预处理,会将预处理器指令替换成源代码,然后送到下一个编译阶段。

预处理器指令和
预处理指令的运作方式是根据用户定义的规则,简单的把记号字符序列置换成其它的记号字符序列。它们进行宏置换、含入其它的文件(由底层至高端的特性,例如包含模块/包/单元/组件)、条件式编译和条件式含入。例如:

#define PI 3.1415926535897932384626433832795028841971693993751
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原始代码中出现的PI,都将会替换为3.1415926535897932384626433832795028841971693993751。另一个普遍的例子是

#include <iostream>
1
它将标准库头文件iostream中所有的声明语句都纳入调用者所在的程序块。除了以上提到的常用指令以外,还有几个额外的预处理器指令,可以用来控制编译流程、条件式含入或排除代码区块等等。

模板
模板(Template)指C++编程语言中的函数模板(function template)与类别模板(class template),这种观念是取材自Simula的泛型程序设计。它采用typename和class两个关键字,来标识模板类别的类型参数。C++11和C++14分别引入了类型别名模板和变量模板。

类别与对象
在面向对象对象程序设计术语中,对象(object)是数据(data)和处理数据的指令(instructions)的联合(association)。模拟(simulate)实际世界(real-world),对象有三种特质(characteristics):状态(State)、行为(Behavior)、同一性身份,并且使用消息(message)来引发彼此的交互。类别(class)为对象的蓝图或工厂,定义了对象的抽象特质,包括对象的属性特质和对象的行为特质,属性的值即是对象的状态,行为即是对象能够做的事。

C++为类别构成式面向对象编程语言(class-based object-oriented programming language),类别概念具现化(reification)地作为二等公民(second-class citizen)出现在C++语言当中,在语法中明确地使用类别来做到数据抽象、封装、模块化、继承、子类型多态、对象状态的自动初始化。C++中,一个类别即为一个类型,加上封装,一个类别即为一个抽象数据类型(Abstract Data Type,ADT),继承、多态、模板都加强了类别的可抽象性。在C++可以使用class或struct这两个关键字宣告类别(class),而使用new运算符实体化类别产生的实体(instance)即为对象,是一等公民。C/C++以数据成员(data member)表达属性,以成员函数(member function)表达行为。

声明一个Car class:

1 class Car {
2 private:
3 int isRunning;
4 public:
5 Run();
6 };
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6
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。

封装
封装(Encapsulation)是将数据和处理数据的程序(procedure)组合起来,仅对外公开接口(interface),达到信息隐藏(information hiding)的功能。封装的优点是能减少耦合(Coupling)。C++、Java、C# 等语言定义对象都是在语法中明确地使用类别(Class)来做到封装。

C++的类对其成员(包括数据成员、函数成员)分为三种封装状态:

公有(public):类别的用户可以访问、使用该类别的此种成员。
保护(protected):该类别的派生类可以访问、使用该类别的此成员。外部程序代码不可以访问、使用这种成员。
私有(private):只有类别自身的成员函数可以访问、使用该类别的此成员。
一般可以将C++类的对外接口设定为公有成员;类内部使用的数据、函数设定为私有成员;供派生自该类别的子类使用的数据、函数设定为保护成员。

继承
继承(Inheritance)是指派生类(subclass)继承基类(superclass),会自动获取超类别除私有特质外的全部特质,同一类别的所有实体都会自动有该类别的全部特质,做到代码再用(reuse)。C++只支持类别构成式继承,虽然同一类别的所有实体都有该类别的全部特质,但是实体能够共享的实体成员只限成员函数,类别的任何实体数据成员乃每个实体独立一份,因此对象间并不能共享状态,除非特质为参考类型的属性,或使用指针来间接共享。C++支持的继承关系为:

公有继承(public inheritance):最常用继承关系,含义是“is-a”关系,代表了在完全使用公有继承的对象类别之间的层次关系(hierarchy)。
受保护继承(protected inheritance):基类的公有或保护内容可以被派生类,以及由此派生的其他类别使用。但是基类对外界用户是不可见的。派生类的用户不能访问基类的成员、不能把派生类别转换(造型)为基类的指针或引用。
私有继承(private inheritance):基类的公有或保护内容仅可以被派生类访问。但基类对派生类的子类或派生类的用户都是不可见的。派生类的子类或派生类的用户都不能访问基类的内容、不能把派生类转换为基类的指针或引用。
C++支持多继承(multiple inheritance,MI)。多继承(multiple inheritance,MI)的优缺点一直广为用户所争议,许多语言(如Java)并不支持多重继承,而改以单一继承和接口继承(interface inheritance),而另一些语言则采用用单一继承和混入(mixin)。C++通过虚继承(Virtual Inheritance)来解决多继承带来的一系列问题。

多态
除了封装与继承外,C++还提供了多态功能,面向对象的精神在于多态(Polymorphism),一般的多态,是指动态多态,系使用继承和动态绑定(Dynamic Binding)实现,使用多态可创建起继承体系(Inheritance hierarchy)。类(class)与继承只是达成多态中的一种手段,所以称面向对象而非面向类。

多态又分成静态多态(Static Polymorphism)与动态多态(Dynamic Polymorphism)。C++语言支持的动态多态必须结合继承和动态绑定(Dynamic Binding)方式实现。静态多态是指编译时决定的多态,包括重载和以模板(template)实现多态的方法即参数化类型(Parameterized Types),是使用宏(macro)的“程序代码膨胀法”达到多态效果。

类型转换(type cast)也是一种非参数化(ad hoc)多态的概念,C++提供dynamic_cast, static_cast等运算符来实现强制类型转换(Coercion)。

操作数重载(operator overloading)或函数重载(function overloading)也算是多态的概念。

C++起源,作者,发展

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