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【C++篇】迈入新世界的大门——初识C++（上篇）

news 来源：原创 2024/9/21 14:43:51

文章目录

  • C++发展历史
    • C++起源
    • C++版本更新
    • C++23小故事
  • C++在工作领域的应用
  • C++参考网站及文档书籍
    • 编程语言排行榜
    • C++难度
    • 参考文档书籍
      • 参考文档
      • 参考书籍
  • C++第一个程序
  • 命名空间
    • 为什么要使用namespace
    • namespace定义及规则
    • 命名空间使用
  • C++输入&输出
    • 名字含义
  • 缺省参数
  • 函数重载

C++发展历史

C++起源

C++的起源可以追溯到1979年，当时**Bjarne Stroustrup(本贾尼·斯特劳斯特卢普)**在⻉尔实验室从事计算机科学和软件⼯程的研究⼯作。⾯对项⽬中复杂的软件开发任务，特别是模拟和操作系统的开发⼯作，他感受到了现有语⾔（如C语⾔）在表达能⼒、可维护性和可扩展性⽅⾯的不⾜。

1983年，Bjarne Stroustrup在C语⾔的基础上添加了⾯向对象编程的特性，设计出了C++语⾔的雏形，此时的C++已经有了类、封装、继承等核⼼概念，为后来的⾯向对象编程奠定了基础。这⼀年该语⾔被正式命名为C++。

在随后的⼏年中，C++在学术界和⼯业界的应⽤逐渐增多。⼀些⼤学和研究所开始将C++作为教学和研究的⾸选语⾔，⽽⼀些公司也开始在产品开发中尝试使⽤C++。这⼀时期，C++的标准库和模板等特性也得到了进⼀步的完善和发展。

C++的标准化⼯作于1989年开始，并成⽴了⼀个ANSI和ISO（International Standards Organization）国际标准化组织的联合标准化委员会。1994年标准化委员会提出了第⼀个标准化草案。在该草案中，委员会在保持斯特劳斯特卢普最初定义的所有特征的同时，还增加了部分新特征。

在完成C++标准化的第⼀个草案后不久，STL（Standard Template Library）是惠普实验室开发的⼀系列软件的统称。它是由Alexander Stepanov、Meng Lee和David R Musser在惠普实验室⼯作时所开发出来的。在通过了标准化第⼀个草案之后，联合标准化委员会投票并通过了将STL包含到C++标准中的提议。STL对C++的扩展超出C++的最初定义范围。虽然在标准中增加STL是个很重要的决定，但也因此延缓了C++标准化的进程。

1997年11⽉14⽇，联合标准化委员会通过了该标准的最终草案。1998年，C++的ANSI/IS0标准被投⼊使⽤。

祖师爷

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C++版本更新

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C++23小故事

C++⼀直被诟病的⼀个地⽅就是⼀直没出⽹络库(networking)，networking之前是在C++23的计划中的，现在C++23已经发布了，但是没有networking，⽹上引发了⼀系列的吃⽠和吐槽。中间过程就像发⽣了宫⽃剧⼀样。

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P2452R0: 2021 October Library Evolution and Concurrency Networking and Executors Poll Outcomes (open-std.org)

C++23的目标

C++在工作领域的应用

C++的应⽤领域服务器端、游戏（引擎）、机器学习引擎、⾳视频处理、嵌⼊式软件、电信设备、⾦融 应⽤、基础库、操作系统、编译器、基础架构、基础⼯具、硬件交互等很多⽅⾯都有。

  1. ⼤型系统软件开发。如编译器、数据库、操作系统、浏览器等等
  2. ⾳视频处理。常⻅的⾳视频开源库和⽅案有FFmpeg、WebRTC、Mediasoup、ijkplayer，⾳视频开发最主要的技术栈就是C++。
  3. PC客⼾端开发。⼀般是开发Windows上的桌⾯软件，⽐如WPS之类的，技术栈的话⼀般是C++和 QT，QT是⼀个跨平台的C++图形⽤⼾界⾯（Graphical User Interface，GUI）程序。
  4. 服务端开发。各种⼤型应⽤⽹络连接的⾼并发后台服务。这块Java也⽐较多，C++主要⽤于⼀些对 性能要求⽐较⾼的地⽅。如：游戏服务、流媒体服务、量化⾼频交易服务等
  5. 游戏引擎开发。很多游戏引擎就都是使⽤C++开发的，游戏开发要掌握C++基础和数据结构，学习 图形学知识，掌握游戏引擎和框架，了解引擎实现，引擎源代码可以学习UE4、Cocos2d-x等开源 引擎实现
  6. 嵌⼊式开发。嵌⼊式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，通过软件能够 控制这些装置。⽐如：智能⼿环、摄像头、扫地机器⼈、智能⾳响、⻔禁系统、⻋载系统等等，粗略⼀点，嵌⼊式开发主要分为嵌⼊式应⽤和嵌⼊式驱动开发。
  7. 机器学习引擎。机器学习底层的很多算法都是⽤C++实现的，上层⽤python封装起来。如果你只想准备数据训练模型，那么学会Python基本上就够了，如果你想做机器学习系统的开发，那么需要学会C++。
  8. 测试开发/测试。每个公司研发团队，有研发就有测试，**测试主要分为测试开发和功能测试，**测试开发⼀般是使⽤⼀些测试⼯具(selenium、Jmeter等)，设计测试⽤例，然后写⼀些脚本进⾏⾃动化测试，性能测试等，有些还需要⾃⾏开发⼀些测试⽤具。功能测试主要是根据产品的功能，设计测试⽤例，然后⼿动的⽅式进⾏测试。

C++参考网站及文档书籍

编程语言排行榜

TIOBE排⾏榜是根据互联⽹上有经验的程序员、课程和第三⽅⼚商的数量，并使⽤搜索引擎（如 Google、Bing、Yahoo!）以及Wikipedia、Amazon、YouTube和Baidu（百度）统计出排名数据，只是反映某个编程语⾔的热⻔程度，并不能说明⼀⻔编程语⾔好不好，或者⼀⻔语⾔所编写的代码数多少。

TIOBE

2024年8月排行榜

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可以发现C/C++占比很高👍

趋势

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C++难度

C++是⼀个相对难学难精的语⾔，相⽐其他⼀些语⾔，学习难度要⾼⼀些要陡峭⼀些，这⾥有历史包袱的问题，也有语⾔本⾝设计和发展历史的问题。 ⽹上⼀直流传下⾯这个21天内⾃学精通C++的梗，不得不承认⾃学难度很⼤🥲

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参考文档书籍

参考文档

cplusplus.com - The C++ Resources Network
https://zh.cppreference.com/w/cpp
https://en.cppreference.com/w/

说明：第⼀个链接不是C++官⽅⽂档，标准也只更新到C++11，但是以头⽂件形式呈现，内容⽐较易看好懂。后两个链接分别是C++官⽅⽂档的中⽂版和英⽂版，信息很全，更新到了最新的C++标准，但是相⽐第⼀个不那么易看；⼏个⽂档各有优势，建议结合着使⽤。

参考书籍

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  • C++Primer：主要讲解语法，经典的语法书籍，前后中期都可以看，前期如果⾃学看可能会有点晦涩难懂，能看懂多少看懂多少，就当预习，中后期作为语法字典，⾮常好⽤。

  • STL源码剖析：主要从底层实现的⻆度结合STL源码，庖丁解⽜式剖析STL的实现，是侯捷⽼师的经典之作。可以很好的帮助我们学习别⼈⽤语法是如何实现出⾼效简洁的数据结构和算法代码，如何使⽤泛型封装等。让我们不再坐井观天，闭⻔造⻋，本书中后期可以看。

  • Effctive C++：本书也是侯捷⽼师翻译的，本书有的⼀句评价，把C++程序员分为看过此书的和没看过此书的。本书主要讲了55个如何正确⾼效使⽤C++的条款，建议中后期可以看⼀遍，⼯作1-2年后再看 ⼀遍，会有不⼀样的收获。

C++第一个程序

C语言经典之作，C++兼容C语⾔绝⼤多数的语法，所以C语⾔实现的hello world依旧可以运⾏，C++中需要把定义⽂件 代码后缀改为.cpp，vs编译器看到是.cpp就会调⽤C++编译器编译，linux下要⽤g++编译，不再是gcc

// test.cpp
#include<stdio.h>
int main()
{printf("hello world\n");return 0;
}

当然C++有⼀套⾃⼰的输⼊输出，严格说C++版本的hello world应该是这样写的。

// test.cpp
// 这⾥的std cout等我们都看不懂，没关系，下⾯会依次讲解 
#include<iostream>
using namespace std;int main()
{cout << "hello world\n" << endl;return 0;
}

命名空间

为什么要使用namespace

在C中，变量、函数都是⼤量存在的，这些变量、函数的名称将都存在于全局作⽤域中，可能会导致很多冲突。于是祖师爷在设计C++时引入了namespace的概念

使⽤命名空间的⽬的是对标识符的名称进⾏本地化，以避免命名冲突或名字污染，namespace关键字的出现就是针对这种问题的。 c语⾔项⽬类似下⾯程序这样的命名冲突是普遍存在的问题，C++引⼊namespace就是为了更好的解决这样的问题

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int rand = 10;
int main()
{// 编译报错：: “rand”: 重定义；以前的定义是“函数” printf("%d\n", rand);return 0;
}
  • 因为在标准库里有rand这个函数，在预处理阶段把头文件拷贝过来，在全局域就有两个rand了，所以编译器认为rand“重定义”

namespace定义及规则

  1. 定义命名空间，需要使⽤到namespace关键字，后⾯跟命名空间的名字，然后接⼀对{}即可，{}中 即为命名空间的成员。命名空间中可以定义变量/函数/类型等。

注意最后没有分号，C语言结构体后有分号

namespace mytest
{int a = 1;int add(..){//....}
}
  1. namespace本质是定义出⼀个域，这个域跟全局域各⾃独⽴，不同的域可以定义同名变量，所以下⾯的rand不在冲突了。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>namespace mytest
{// 命名空间中可以定义变量/函数/类型 int rand = 10;int Add(int left, int right){return left + right;}struct Node{struct Node* next;int val;};
}
int main()
{// 这⾥默认是访问的是全局的rand函数指针 printf("%p\n", rand);// 这⾥指定mytest命名空间中的rand printf("%d\n", mytest::rand);return 0;
}

::域作用限定符

  1. C++中域有函数局部域，全局域，命名空间域，类域；域影响的是编译时语法查找⼀个变量/函数/ 类型出处(声明或定义)的逻辑，所以有了域隔离，名字冲突就解决了。局部域和全局域除了会影响编译查找逻辑，还会影响变量的⽣命周期，命名空间域和类域不影响变量⽣命周期。

这二者的生命周期都是整个工程

  1. namespace只能定义在全局，当然还可以嵌套定义。

因为命名空间解决的就是全局域里名字冲突的情况，而局部域本来自带就有隔离，所以没有必要使用

//命名空间可以嵌套 
namespace all
{// xiaomingnamespace xm{int rand = 1;int Add(int left, int right){return left + right;}}//zhangsan  namespace zs{int rand = 2;int Add(int left, int right){return (left + right)*10;}}
}int main()
{printf("%d\n", all::xm::rand);printf("%d\n", all::zs::rand);printf("%d\n", all::xm::Add(1, 2));printf("%d\n", all::zs::Add(1, 2));return 0;
}
  1. 项⽬⼯程中多⽂件中定义的同名namespace会认为是⼀个namespace，不会冲突。

多⽂件中可以定义同名namespace，他们会默认合并到⼀起，就像同⼀个namespace⼀样

  1. C++标准库都放在⼀个叫std(standard)的命名空间中。

如下：后面会讲到

// test.cpp
// 这⾥的std cout等我们都看不懂，没关系，下⾯会依次讲解 
#include<iostream>
//using namespace std;int main()
{cout << "hello world\n" << endl;//std::cout << "hello world\n" << std::endl;//注释掉上面那一行就要这么写return 0;
}

命名空间使用

编译查找⼀个变量的声明/定义时，默认只会在局部或者全局查找，不会到命名空间⾥⾯去查找。所以我们要使⽤命名空间中定义的变量/函数，有三种⽅式：

不指定就会报错

#include<stdio.h>
namespace nytest
{int a = 0;int b = 1;
}
int main()
{// 编译报错： “a”: 未声明的标识符 printf("%d\n", a);return 0;
}
  • 指定命名空间访问，项⽬中推荐这种⽅式。
  • using将命名空间中某个成员展开，项⽬中经常访问的不存在冲突的成员推荐这种⽅式。
  • 展开命名空间中全部成员，项⽬不推荐，冲突⻛险很⼤，⽇常⼩练习程序为了⽅便推荐使⽤。

指定命名空间访问

// 指定命名空间访问 
int main()
{printf("%d\n", N::a);return 0; 
}

using将命名空间中某个成员展开

// using将命名空间中某个成员展开 
using N::b;
int main()
{printf("%d\n", N::a);printf("%d\n", b);return 0; 
}

展开命名空间中全部成员

// 展开命名空间中全部成员 
using namespce N;
int main()
{printf("%d\n", a);printf("%d\n", b);return 0; 
}

C++输入&输出

名字含义

  • iostream是Input Output Stream的缩写，是标准的输⼊、输出流库，定义了标准的输⼊、输出对象。
  • 输入输出都是按字符来的，c就是->char的意思（characters(of type char)）
    • std::cin是istream类的对象，它主要⾯向窄字符的标准输⼊流。
    • std::cout是ostream类的对象，它主要⾯向窄字符的标准输出流。
    • std::endl是⼀个函数，流插⼊输出时，相当于插⼊⼀个换⾏字符加刷新缓冲区。

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  • <<是流插⼊运算符，>>是流提取运算符。（C语⾔还⽤这两个运算符做位运算左移/右移）

  • 使⽤C++输⼊输出更⽅便，不需要像printf/scanf输⼊输出时那样，需要⼿动指定格式，C++的输⼊输出可以⾃动识别变量类型(本质是通过函数重载实现的，这个以后博客会讲到)，其实最重要的是 C++的流能更好的⽀持⾃定义类型对象的输⼊输出。

    #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{int a = 0;double b = 0.1;char c = 'x';cout << a << " " << b << " " << c << endl;std::cout << a << " " << b << " " << c << std::endl;scanf("%d%lf", &a, &b);printf("%d %lf\n", a, b);// 可以⾃动识别变量的类型 cin >> a;cin >> b >> c;cout << a << endl;cout << b << " " << c << endl;return 0;
}

  • cout/cin/endl等都属于C++标准库，C++标准库都放在⼀个叫std(standard)的命名空间中，所以要通过命名空间的使⽤⽅式去⽤他们。

  • ⼀般⽇常练习中我们可以using namespace std，实际项⽬开发中不建议

  • 这⾥没有包含也可以使⽤printf和scanf，是因为在包含iostream间接包含了。vs系列编译器是这样的，其他编译器可能会报错。

补充：

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{// 在io需求⽐较⾼的地⽅，如部分⼤量输⼊的竞赛题中，加上以下3⾏代码 // 可以提⾼C++IO效率 ios_base::sync_with_stdio(false);cin.tie(nullptr);cout.tie(nullptr);return 0;
}

IO流涉及类和对象，运算符重载、继承等很多⾯向对象的知识，这些知识我们还没有讲解，所以这⾥我们只能简单认识⼀下C++IO流的⽤法，后⾯会有专⻔的⼀个章节来细节讲解IO流库。

缺省参数

缺省参数是声明或定义函数时为函数的参数指定⼀个缺省值。在调⽤该函数时，如果没有指定实参则采⽤该形参的缺省值，否则使⽤指定的实参，缺省参数分为全缺省和半缺省参数。（有些地⽅把缺省参数也叫默认参数）

#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;
void Func(int a = 0)
{cout << a << endl;
}
int main()
{Func(); // 没有传参时，使⽤参数的默认值 Func(10); // 传参时，使⽤指定的实参 return 0;
}
  • 全缺省就是全部形参给缺省值，半缺省就是部分形参给缺省值。C++规定半缺省参数必须从右往左依次连续缺省，不能间隔跳跃给缺省值。
  • 带缺省参数的函数调⽤，C++规定必须从左到右依次给实参，不能跳跃给实参。
#include <iostream>
using namespace std;
// 全缺省 
void Func1(int a = 10, int b = 20, int c = 30)
{cout << "a = " << a << endl;cout << "b = " << b << endl;cout << "c = " << c << endl << endl;
}
// 半缺省 
void Func2(int a, int b = 10, int c = 20)
{cout << "a = " << a << endl;cout << "b = " << b << endl;cout << "c = " << c << endl << endl;
}
int main()
{Func1();Func1(1);Func1(1,2);Func1(1,2,3);Func2(100);Func2(100, 200);Func2(100, 200, 300);return 0;
}
  • 函数声明和定义分离时，缺省参数不能在函数声明和定义中同时出现，规定必须函数声明给缺省值。
// Stack.h
void STInit(ST* ps, int n = 4);// Stack.cpp
void STInit(ST* ps, int n)
{assert(ps && n > 0);ps->a = (STDataType*)malloc(n * sizeof(STDataType));ps->top = 0;ps->capacity = n;
}

函数重载

C++⽀持在同⼀作⽤域中出现同名函数，但是要求这些同名函数的形参不同，可以是参数个数不同或者类型不同。

参数类型不同：

#include<iostream>
using namespace std;
// 1、参数类型不同 
int Add(int left, int right)
{cout << "int Add(int left, int right)" << endl;return left + right;
}
double Add(double left, double right)
{cout << "double Add(double left, double right)" << endl;return left + right;
}// 参数顺序不同(本质还是类型不同) 
void f(int a, char b)
{cout << "f(int a,char b)" << endl;
}
void f(char b, int a)
{cout << "f(char b, int a)" << endl;
}

参数个数不同：

// 2、参数个数不同 
void f()
{cout << "f()" << endl;
}
void f(int a)
{cout << "f(int a)" << endl;
}

返回值不同不能作为重载条件，因为调⽤时也⽆法区分 

//返回值不同不能作为重载条件，因为调⽤时也⽆法区分 
void fxx()
{//...
}
int fxx()
{//...
}

注意：

// 下⾯两个函数虽然构成重载 
// 但是f()调⽤时，会报错，存在歧义，编译器不知道调⽤谁 
void f1()
{cout << "f()" << endl;
}
void f1(int a = 10)//缺省参数也可以不传参，调用f()就不知道调用谁了
{cout << "f(int a)" << endl;
}

通过函数重载，C++函数调⽤就表现出了多态⾏为，使⽤更灵活。C语⾔是不⽀持同⼀作⽤域中出现同名函数的。

以上就是关于【C++篇】迈入新世界的大门——初识C++（上篇）的内容啦，各位大佬有什么问题欢迎在评论区指正，您的支持是我创作的最大动力！❤️

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