C++初阶之初识C++

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1.什么是C++

C语言是结构化和模块化的语言,适合处理较小规模的程序。对于复杂的问题,规模较大的
程序,需要高度的抽象和建模时,C语言则不合适。为了解决软件危机, 20世纪80年代, 计算机
界提出了OOP(object oriented programming:面向对象)思想,支持面向对象的程序设计语言
应运而生。
1982年,Bjarne Stroustrup博士在C语言的基础上引入并扩充了面向对象的概念,发明了一
种新的程序语言。为了表达该语言与C语言的渊源关系,命名为C++。因此:C++是基于C语言而
产生的,它既可以进行C语言的过程化程序设计,又可以进行以抽象数据类型为特点的基于对象的
程序设计,还可以进行面向对象的程序设计

2.C++的发展史

2.1 历史渊源

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。

本贾尼工作起于1979年的C with Classes。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的执行速度太慢,无法对现实需求发挥功效;BCPL虽快得多,但它过于低端的特性,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。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语言和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。

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,并恢复了BCPL风格的双斜线(//)单行注释(之后C99也支持了这种注释)。

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。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、命名空间、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。几乎所有目前仍在维护的C++编译器皆已支持TR1。

目前最新的C++标准是2020年12月发布的ISO/IEC 14882:2020,又称C++20。

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。

2.2 名称由来

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)。

2.3 C++标准

由ISO/IEC JTC1/SC22/WG21进行。已经出版的标准文档如下:
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3.C++的重要性

3.1 语言的使用广泛度

下图数据来自TIOBE编程语言社区2023年现在最新的排行榜,在30多年的发展中,C/C++几乎一
致稳居前5
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TIOBE 编程语言社区排行榜是编程语言流行趋势的一个指标,每月更新,这份排行榜排名基于互
联网上有经验的程序员、 课程和第三方厂商的数量。排名使用著名的搜索引擎(诸如 Google、
MSN、Yahoo!、Wikipedia、YouTube 以及 Baidu 等)进行计算。
注意:排名不能说明那个语言好,那个不好,每门编程语言都有适应自己的应用场景。

TIOBE编程语言社区网址:TIOBE

3.2 工作领域

  1. 操作系统以及大型系统软件开发
    所有操作系统几乎都是C/C++写的,许多大型软件背后几乎都是C++写的,比如:
    Photoshop、Office、JVM(Java虚拟机)等,究其原因还是性能高,可以直接操控硬件。
  2. 服务器端开发
    后台开发:主要侧重于业务逻辑的处理,即对于前端请求后端给出对应的响应,现在主流采
    用java,但内卷化比较严重,大厂可能会有C++后台开发,主要做一些基础组件,中间件、
    缓存、分布式存储等。服务器端开发比后台开发跟广泛,包含后台开发,一般对实时性要求
    比较高的,比如游戏服务器、流媒体服务器、网络通讯等都采用C++开发的。
  3. 游戏开发
    PC平台几乎所有的游戏都是C++写的,比如:魔兽世界、传奇、CS、跑跑卡丁车等,市面上
    相当多的游戏引擎都是基于C++开发的,比如:Cocos2d、虚幻4、DirectX等。三维游戏领
    域计算量非常庞大,底层的数学全都是矩阵变换,想要画面精美、内容丰富、游戏实时性
    搞,这些高难度需求无疑只能选C++语言。比较知名厂商:腾讯、网易、完美世界、巨人网
    络等。
  4. 嵌入式和物联网领域
    嵌入式:就是把具有计算能力的主控板嵌入到机器装置或者电子装置的内部,能够控制这些
    装置。比如:智能手环、摄像头、扫地机器人、智能音响等。
    谈到嵌入式开发,大家最能想到的就是单片机开发(即在8位、16位或者32位单片机产品或者
    裸机上进行的开发),嵌入式开发除了单片机开发以外,还包含在soc片上、系统层面、驱动
    层面以及应用、中间件层面的开发。
    常见的岗位有:嵌入式开发工程师、驱动开发工程师、系统开发工程师、Linux开发工程
    师、固件开发工程师等。
    知名的一些厂商,比如:以华为、vivo、oppo、小米为代表的手机厂;以紫光展锐、乐鑫为
    代表的芯片厂;以大疆、海康威视、大华、CVTE等具有自己终端业务厂商;以及海尔、海
    信、格力等传统家电行业。
    随着5G的普及,物联网(即万物互联,)也成为了一种新兴势力,比如:阿里lot、腾讯lot、京
    东、百度、美团等都有硬件相关的事业部。
  5. 数字图像处理
    数字图像处理中涉及到大量数学矩阵方面的运算,对CPU算力要求比较高,主要的图像处理
    算法库和开源库等都是C/C++写的,比如:OpenCV、OpenGL等,大名鼎鼎的Photoshop
    就是C++写的。
  6. 人工智能
    一提到人工智能,大家首先想到的就是python,认为学习人工智能就要学习python,这个
    是误区,python中库比较丰富,使用python可以快速搭建神经网络、填入参数导入数据就
    可以开始训练模型了。但人工智能背后深度学习算法等核心还是用C++写的。
  7. 分布式应用
    近年来移动互联网的兴起,各应用数据量业务量不断攀升;后端架构要不断提高性能和并发
    能力才能应对大信息时代的来临。在分布式领域,好些分布式框架、文件系统、中间组件等
    都是C++开发的。对分布式计算影响极大的Hadoop生态的几个重量级组件:HDFS、zookeeper、HBase等,也都是基于Google用C++实现的GFS、Chubby、BigTable。包括分布式计算框架MapReduce也是Google先用C++实现了一套,之后才有开源的java版本。

除了上述领域外,在:科学计算、浏览器、流媒体开发、网络软件等都是C++比较适合的场景,作为一名老牌语言的常青树,C++一直霸占编程语言前5名,肯定有其存在的价值。

4.如何学习C++

以下引用自2010年8月号《程序员》刊登的拙文《C++强大背后》最后一段:
C++缺点之一,是相对许多语言复杂,而且难学难精。许多人说学习C语言只需一本K&R《C程序
设计语言》即可,但C++书籍却是多不胜数。我是从C进入C++,皆是靠阅读自学。在此分享一点
学习心得。个人认为,学习C++可分为4个层次:

第一个层次,C++基础 (平平常常)挑选一本入门书籍,如《C++ Primer》、《C++大学教程》或Stroustrup撰写的经典《C++程序设计语言》或他一年半前的新作《C++程序设计原理与实践》,而一般C++课程也止于此,另外《C++ 标准程序库》及《The C++ Standard Library Extensions》可供参考;

第二个层次,正确高效的使用C++ (驾轻就熟)此层次开始必须自修,阅读过《(More)Effective C++》、《(More)Exceptional C++》、《Effective STL》及《C++编程规范》等,才适宜踏入专业C++开发之路;

第三个层次,深入解读C++ (出神入化)
关于全局问题可读《深入探索C++对象模型》、《Imperfect C++》、《C++沉思录》、
《STL源码剖析》,要挑战智商,可看关于模版及模版元编程的书籍如《C++ Templates》、《C++设计新思维》、《C++模版元编程》;

第四个层次,研究C++ (返璞归真)
阅读《C++语言的设计和演化》、《编程的本质》(含STL设计背后的数学根基)、C++标准文
件《ISO/IEC 14882:2003》、C++标准委员会的提案书和报告书、关于C++的学术文献。

5.结语

这篇文章关于概念理论及C++历史的介绍部分摘录自维基百科C++篇章
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