简介
C++编程范型多范型:面向对象编程,过程化编程,泛型编程设计者比雅尼·斯特劳斯特鲁普发行时间1983年,40年前(1983)当前版本C++20 (2020年12月;稳定版本) 类型系统静态类型,强类型,不安全实现语言C++、C 等文件扩展名.c .cc .cpp .cxx .c++(源文件) .h .hh .hpp .hxx .h++(头文件)网站isocpp.org主要实现产品Embarcadero C++Builder, GCC, Intel C++ Compiler, Microsoft Visual C++, LLVM Clang派生副语言ISO/IEC 14882:1998, ISO/IEC 14882:2003, ISO/IEC 14882:2011, ISO/IEC 14882:2014, ISO/IEC 14882:2017启发语言Ada 83, ALGOL 68, C, CLU, ML, Simula影响语言Ada 95, Aikido, C99, C#, Clojure, D, Dao, Falcon, Java, Lua, Perl, PHPC++是一种被广泛使用的计算机程序设计语言。它是一种通用程序设计语言,支持多重编程范式,例如过程化程序设计、面向对象程序设计、泛型程序设计和函数式程序设计等。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、运算符重载、多继承、标准模板库、异常处理、运行时类型信息、名字空间等概念逐渐纳入标准草案。1998年,国际标准组织颁布了C++程序设计语言的第一个国际标准ISO/IEC 14882:1998,目前最新标准为ISO/IEC 14882:2020。ISO/IEC 14882通称ISO C++。ISO C++包含了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着不同,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,strcat等函数提供对const类型的重载)。这使得C和C++的标准库实现常常被一并提供,在核心语言规则很大一部分兼容的情况下,进一步确保用户通常较容易把符合ISO C的源程序不经修改或经极少修改直接作为C++源程序使用,也是C++语言继C语言之后流行的一个重要原因。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标准库的共享实现(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。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。
发展历史
比雅尼·斯特劳斯特鲁普,C++之父
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。
比雅尼·斯特劳斯特鲁普工作起于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、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。
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++,这通常被一些权威着作认为是不正确的)。
C++标准
由ISO/IEC JTC1/SC22/WG21进行。已经出版的标准文档如下:
ISO/IEC 14882:2020C++20
ISO/IEC TS 21544:2018modules TS模块
ISO/IEC TS 19570:2018parallelism TS并行扩展
ISO/IEC TS 19216:2018networking TS网络库
ISO/IEC 14882:2017C++17第五个C++标准
ISO/IEC TS 22277:2017coroutines TS协程库扩展
ISO/IEC TS 21425:2017ranges TS提供范围机制
ISO/IEC TS 19568:2017library fundamentals TS标准库扩展
ISO/IEC TS 19571:2016concurrency TS用于并发计算的扩展
ISO/IEC TS 19217:2015concepts TS概念库,用于优化编译期信息
ISO/IEC TS 19841:2015TM TS事务性内存操作
ISO/IEC TS 19570:2015parallelism TS用于并行计算的扩展
ISO/IEC TS 18822:2015filesystem TS文件系统
ISO/IEC 14882:2014C++14第四个C++标准
ISO/IEC TR 24733:2011-十进制浮点数扩展
ISO/IEC 14882:2011C++11第三个C++标准
ISO/IEC TR 29124:2010-数学函数扩展
ISO/IEC TR 19768:2007C++TR1C++技术报告:库扩展
ISO/IEC TR 18015:2006-C++性能技术报告
ISO/IEC 14882:2003C++03第二个C++标准
ISO/IEC 14882:1998C++98第一个C++标准
设计原则
在《C++语言的设计和演化》(1994)中,Bjarne Stroustrup描述了他在设计C++时,所使用的一些原则。知道这些原则有助于理解C++为何会是现在这个样子。以下总结了一些原则,详尽的内容可参阅《C++语言的设计和演化》:
C++设计成直接的和广泛的支持多种程序设计风格(过程化程序设计、数据抽象、面向对象编程、泛型程序设计)。
C++设计成给程序设计者更多的选择,即使可能导致程序设计者选择错误。
C++设计成尽可能与C兼容,借此提供一个从C到C++的平滑过渡。
C++避免平台限定或没有普遍用途的特性。
C++不使用会带来额外开销的特性。
C++设计成无需复杂的程序设计环境。
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