C++

C++是一种使用非常广泛的计算机程式设计语言。C++是一种静态资料类型检查的，支援多范型的通用程式设计语言。它支援程序化程式设计、资料抽象化、物件导向程式设计、泛型程式设计等多种程式设计风格。

贝尔实验室的比雅尼·斯特劳斯特鲁普博士在20世纪80年代发明并实现了C++（最初这种语言被称作「C with Classes」）。一开始C++是作为C语言的增强版出现的，从给C语言增加类别开始，不断的增加新特性。虚函数（virtual function）、运算符重载（operator overloading）、多重继承（multiple inheritance）、模板 (C++)（template）、异常（exception）、RTTI、命名空间（name space）逐渐纳入标准。1998年国际标准化组织（ISO）颁布了C++程式设计语言的国际标准ISO/IEC 14882-1998。遗憾的是，由于C++语言过于复杂，以及他经历了常年的变更，直到现在（2004年）只有少数几个编译器完全符合这个标准。

另外，就目前学习C++而言，可以认为它是一门独立的语言；它并不依赖C语言，我们可以完全不学C语言，而直接学习C++。根据《C++编程思想》（Thinking in C++）一书所评述的，C++与C的效率往往相差在正负5%之间。所以有人认为在大多数场合中，C++完全可以取代C语言。

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物件导向语言，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等程式库的出现，泛型程式设计在C++中占据了越来越多的比重性。当然，同时由於Java、C#等语言的出现和硬体价格的大规模下降，C++受到了一定的冲击；第三阶段从2000年至今，由於以Loki、MPL等程式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式设计语言中最复杂的一员。

发展历史

Stroustrup工作起于1979年的C with Classes。这个构思起源于 Stroustrup 做博士论文时的一些程式撰写经验。他发现Simula具备很利於大型软体开发的特点，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，但它过於低阶的特性，使其不适於大型软体的开发。当Stroustrup开始在贝尔实验室工作时，他有分析UNIX核心关於分散式计算的问题。回想起他的博士论文经验，Stroustrup开始为C语言增强一些类似Simula的特点。之所以选择C，是因为它适於各种用途、快速和可移植性。除了C和Simula之外，同时也从其它语言中取得灵感，如ALGOL 68、Ada、CLU以及ML。刚开始时，类别、衍生类别、储存类型检查、内联和预设参数特性，都是透过Cfront引入C语言之中。1985年10月出现了第一个商业化发布。

1983年，C with Classes改命名为C++。加入了新的特性，其中包括虚疑函式、函式名和运算子重载、参考、常数、使用者可控制的自由空间储存区控制、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++程式设计语言》，提供一个重点的语言参考，至此还不是官方标准。1989年，发布了Release 2.0。引入了多重继承、抽象类别、静态成员函式、常数成员函式，以及成员保护。1990年，出版了The Annotated C++ Reference Manual。这本书後来成为标准化的基础。稍後还引入了模板、异常处理、命名空间、新的强制转型，以及布林类型。

随着C++语言的演变，也逐渐演化出相应的标准程式库。最先加进C++标准函式库的是串流I/O程式库，其用以取代传统的C函式，如printf和scanf。随後所引入的程式库中最重要的便是标准模板库，简称STL。

多年後，一个联合的ANSI-ISO委员会於1998年对C++标准化(ISO/IEC 14882:1998)。在官方释出1998标准的若干年後，委员会处理缺陷报告，并於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）的技术报告释出。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++编译器皆已支援TR1。

虽然C++免专利，但标准文件本身并不是免费的。

C++名字的由来

C++这个名字是Rick Mascitti於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」，之後是「C with Classes」。在电脑科学中，C++仍被称为C语言的上层结构。它最後得名於C语言中的「++」运算子（其对变数的值进行递增）。而且在共同的命名约定中，使用「+」以表示增强的程式。Stroustrup说：「这个名字象徵着源自於C语言变化的自然演进」。C+是一个和C/C++无关的早期程式语言。

Stroustrup addressed the origin of the name in the preface of later editions of his book, The C++ Programming Language, adding that "C++" might be inferred from the appendix of George Orwell's Nineteen Eighty-Four. Of the three segments of the fictional language Newspeak, the "C vocabulary" is the one dedicated to technical terms and jargon. "Doubleplus" is the superlative modifier for Newspeak adjectives. Thus, "C++" might hold the meaning "most extremely technical or jargonous" in Newspeak.

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後（因此，它应该是++C，而不是C++）。

未来发展

C++ continues to evolve to meet future requirements. One group in particular, Boost.org, works to make the most of C++ in its current form and advises the C++ standards committee as to which features work well and which need improving. Current work indicates that C++ will capitalize on its multi-paradigm nature more and more. The work at Boost, for example, is greatly expanding C++'s functional and metaprogramming capabilities. A new version of the C++ standard is currently being worked on, entitled C++0x (denoting the fact it is expected to be released before 2010) which will include a number of new features.

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++设计成静态类型、和C同样高效且可移植的多用途程式设计语言。
• C++设计成直接的和广泛的支援多种程式设计风格（程序化程式设计、资料抽象化、物件导向程式设计、泛型程式设计）。
• C++设计成给程式设计者更多的选择，即使可能导致程式设计者选择错误。
• C++设计成尽可能与C相容，籍此提供一个从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式设计环境。

Stanley B. Lippman describes various models in his in-depth book "Inside the C++ Object Model" (1996) for how compilers may convert C++ program statements into an in-memory layout. Compiler vendors are free to implement the standard in their own manner. Lippman worked on implementing and maintaining Cfront, the original C++ implementation at Bell Labs.

标准程式库

1998的C++标准分为两个部分︰核心语言和C++标准程式库；後者包含了大部分标准模板库和C标准程式库的稍加修改版本。存在许多不属於标准部分的C++程式库，且使用外部连结，程式库甚至可以用C撰写。

C++标准程式库充分吸收了C标准程式库，并佐以少许的修改，使其与C++良好的运作。另一个大型的程式库部分，是以标准模板库(STL)为基础。它提供了实用的工具，如容器（如︰向量和链表），迭代器（一般化指标）提供容器以类似阵列的存取方式，以及演算法进行搜寻和排序的运算。此外还提供了(multi)map（关联阵列）和(multi)set，它们都使用相容的界面。因此，以下成为可能，使用模板撰写泛型演算法，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，即可存取程式库里的功能。C++提供69个标准表头，其中19个不再赞成使用。

使用标准库（例如︰使用std::vector或std::string来取代C风格的阵列）有助於导向更安全和更灵活的软体。

STL在纳入C++标准以前，是来自HP和後来的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，以别於其它的标准库（输入/输出串流、国际化、诊断、C程式库子集，等等）。

Most C++ compilers provide an implementation of the C++ standard library, including the STL. Compiler-independent implementations of the STL, such as STLPort, also exist. Other projects also produce various custom implementations of the C++ standard library and the STL with various design goals.

C++中的特色

和C语言相比，C++引入了更多的特性，包括︰陈述性宣告，类似函式的强制转型，new/delete运算子，布林类型，参考类型，预设参数，函式重载，命名空间，类别（包括所有和类别相关的特性，如继承、成员函式、虚拟函式、抽象类别和建构子），运算子重载，模板，::运算子，异常处理和执行时期识别。

和普遍认为的相反，C++不是第一个引入const关键字的。Const是在正式引入C语言不久之後，才被C++采用。

C++在某些案例中（见下「与C不相容之处」），进行比C还要多的类型检查。

以「//」起始作为注解起源自C的前身BCPL，而後被重新引入到C++。

C++的一些特性，C不久之後也采用了，包括在for回圈中宣告，C++风格的注解（使用//符号，和inline，虽然C99定义的inline关键字与C++的定义不相容。不过，C99也引入了不存在於C++的特性，如︰variadic macros，和以阵列作为参数的较佳处理；某些C++编译器可能实作若干特性，以作为扩展，但其余部分并不符合现存的C++特性）

一个常见的混淆其实只是一个微妙的术语问题︰由於它的演化来自C，在C++中的术语物件和C语言一样是意味着记忆体区域，而不是类别实体，在其它绝大多数的物件导向语言也是如此。举例来说，在C和C++中，语句int i;定义一个int类型的物件，这就是变数的值i将在赋值时，所存入的记忆体区域。

与C不相容之处

C++一般被认为是C的超集，但这并不严谨。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。

也许最常见的差异是，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︰

int *i = malloc(sizeof(int) * 5);     /* 从 void* 隐式转换为 int* */

但要使其在C和C++两者皆能运作，就需要使用显示转换︰

int *i = (int *) malloc(sizeof(int) * 5);

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程式中，是可以作为识别字（例︰变数名）的。

在最新的C标准(C99)中去除了一些不相容之处，目前也支援了C++的特性，如//注解，以及在代码中混合宣告。不过C99也纳入几个和C++冲突的新特性（如︰可变长度阵列、原生复数类型和复合逐字常数），所以语言的分岐可能还是大过合并。

若要混用C和C++的代码，则所有在C++中呼叫的C代码，必须放在extern "C" { /* C代码 */ }之内。

C++的Hello World程序

在使用兼容C89标准（也称为ANSI C）的编译器时，下面这个程序显示“Hello, world!”然后结束运行：

#include <iostream>
 
int main()
{
    std::cout << "Hello, world!\n";
}

在使用兼容C99标准（ISO/IEC 14882-1998）的编译器时，下面的程序也是可以的：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
int main()
{
    cout << "Hello, world!" << endl;
    return 0;
}

根据ISO C++的规定，main函数的形式只能是

int main()
{
    ...
}

以及

int main(int argc,char * argv[])
{
    ...
}

尽管如此，但在大部份编译器上，

void main()
{
     ....
}

也被支持。

#include<iostream.h>
void main()
{
	cout<<"Hello, world!" << endl;
}

语言特性

预处理器

C++主要有三个编译阶段︰预处理、转译成物件码和连结（最後的两个阶段一般才视之为真正的「编译」）。在第一阶段，预处理，会将预处理器指令替换成原始码，然後送到下一个编译阶段。

预处理器指令和巨集

预处理指令的运作方式是根据使用者定义的规则，简单的把记号字元序列置换成其它的记号字元序列。它们进行巨集置换、含入其它的档案（由底层至高阶的特性，例如包含模组/包/单元/元件）、条件式编译和条件式含入。例如：

#define PI 3.1415926535897932384626433832795028841971693993751

每次在原始码中出现的PI，将会替换为3.1415926535897932384626433832795028841971693993751。另一个普遍的例子是

#include <iostream>

它从标准库表头iostream含入（汇入）所有的符号。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。

参阅预处理器和C预处理器

使用者人数

Stroustrup最初在《C++语言的设计和演化》一书中所提及的使用者爆炸性增长的资料为︰

年份	估计使用者人数
1979	1
1980	16
1981	38
1982	85
1983	?? + 2
1984	?? + 50
1985	500
1986	2000
1987	4000
1988	15000
1989	50000
1990	150000
1991	400000

而作出「在这12年里，C++使用者人数大约每七个月半增加一倍」的结论，并成为许多C++相关文件必引的一段话。然而，时至今日新语言层出不穷，使用者人数已不太可能以如此速度增长。

分析机构EvansData定期对开发人员展开调查，其调查结果与Stroustrup提出的C++正在扩张的说法相违背。EvansData的资料显示，以C++为工具的开发人员在整个开发界所占的比例由1998年春天的76%下降至2004年秋的46%。

Forrester最新的调查显示，C++、微软VisualBasic和Java是众多公司产品体系的首选语言。对100家公司的调查显示，C/C++、VisualBasic和Java在产品体系中的使用比例分别是59%、61%和66%。

参阅

• C++托管扩展
• C++/CLI
• 计算机科学课程列表

外部连结

• 蚂蚁的C/C++标准编程
• Bjarne Stroustrup's homepage
• Thinking in C++ 2nd Edition by Bruce Eckel