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= C++语言 =

C++是一种功能强大的通用编程语言，由比雅尼·斯特劳斯特鲁普(Bjarne Stroustrup)于1979年开始设计和开发，最初称为"带类的C"(C with Classes)，后于1983年更名为C++。
[[文件:C++ Logo.png|缩略图|C++ Logo]]

== 概述 ==

C++是一种静态类型的、编译型、通用的、大小写敏感的、不规则的编程语言，支持过程化编程、面向对象编程、泛型编程和函数式编程等多种编程范式。C++的设计目标是在C语言的基础上提供对象、类、继承等面向对象特性，同时保持C语言的高效性和硬件控制能力。

=== 语言特点 ===

* '''高效性''': C++程序可以编译成高效的机器码，运行速度接近汇编语言编写的程序
* '''可移植性''': 在不同平台上编译的C++程序只需要很小的修改或不需修改
* '''面向对象''': 支持类、对象、继承、多态、封装等面向对象特性
* '''泛型编程''': 通过模板机制支持参数化类型，实现代码复用
* '''STL库''': 提供丰富的标准模板库，包括各种容器、算法和迭代器
* '''低级内存操作''': 允许直接访问硬件和内存，提供指针等低级操作
* '''兼容C''': 大部分C代码可以在C++中直接使用

== 历史发展 ==

=== 主要版本 ===

* '''C with Classes (1979)''': 最初版本，增加了类、继承等面向对象特性
* '''C++ 1.0 (1983)''': 正式更名为C++，增加了虚函数、运算符重载、引用等特性
* '''C++ 2.0 (1989)''': 增加了多重继承、抽象类等特性
* '''C++98 (1998)''': 第一个ISO标准版本，引入STL，异常处理等
* '''C++03 (2003)''': 对C++98的修订版本，修复了一些缺陷
* '''C++11 (2011)''': 重大更新，引入auto关键字、lambda表达式、智能指针、线程库等
* '''C++14 (2014)''': 对C++11的扩展，改进了lambda表达式，增加了二进制字面量等
* '''C++17 (2017)''': 增加了结构化绑定、if constexpr、std::optional等特性
* '''C++20 (2020)''': 引入了概念(concepts)、协程(coroutines)、模块(modules)等特性
* '''C++23 (2023)''': 正在开发中的最新标准

== 编程范式 ==

C++支持多种编程范式，使其成为一种非常灵活的语言：

=== 面向对象编程 ===

C++提供了完整的面向对象编程支持：

* '''类与对象''': 通过class和struct关键字定义类，实例化为对象
* '''继承''': 支持单继承、多重继承和虚继承
* '''多态''': 通过虚函数实现动态多态
* '''封装''': 通过访问修饰符(public, private, protected)实现信息隐藏

<syntaxhighlight lang="cpp">
class Animal {
public:
    virtual void makeSound() const = 0;  // 纯虚函数
};

class Cat : public Animal {
public:
    void makeSound() const override {
        std::cout << "喵喵喵" << std::endl;
    }
};
</syntaxhighlight>

=== 泛型编程 ===

C++通过模板机制实现泛型编程：

* '''函数模板''': 创建可以处理不同类型参数的函数
* '''类模板''': 创建可以使用不同类型的类
* '''STL''': 标准模板库提供了泛型容器、算法和迭代器

<syntaxhighlight lang="cpp">
template<typename T>
T max(T a, T b) {
    return (a > b) ? a : b;
}
</syntaxhighlight>

=== 过程式编程 ===

C++完全支持C语言的过程式编程特性：

* '''函数''': 代码组织的基本单元
* '''顺序、选择、循环''': 基本控制结构
* '''指针和引用''': 直接内存操作

=== 函数式编程 ===

C++11及以后版本增加了函数式编程的支持：

* '''Lambda表达式''': 创建匿名函数
* '''std::function''': 函数对象包装器
* '''高阶函数''': 函数可以作为参数和返回值

<syntaxhighlight lang="cpp">
auto add = [](int a, int b) { return a + b; };
std::cout << add(5, 3) << std::endl;  // 输出：8
</syntaxhighlight>

== 语言核心特性 ==

=== 内存管理 ===

C++提供了多种内存管理机制：

* '''栈内存''': 自动分配和释放的局部变量
* '''堆内存''': 使用new和delete手动分配和释放
* '''智能指针''': std::unique_ptr、std::shared_ptr等自动管理内存
* '''RAII原则''': "资源获取即初始化"，通过对象生命周期管理资源

=== 异常处理 ===

C++提供了完整的异常处理机制：

* '''try-catch块''': 捕获和处理异常
* '''throw语句''': 抛出异常
* '''异常规范''': 声明函数可能抛出的异常类型
* '''标准异常层次''': std::exception及其派生类

=== 运算符重载 ===

C++允许为自定义类型定义操作符的行为：

* '''一元运算符''': +, -, !, ~等
* '''二元运算符''': +, -, *, /, %, &, |, ^等
* '''关系运算符''': ==, !=, <, >, <=, >=等
* '''赋值运算符''': =, +=, -=, *=等
* '''函数调用运算符''': operator()
* '''下标运算符''': operator[]
* '''智能指针运算符''': operator->, operator*

=== 名称空间 ===

C++使用namespace机制组织代码并避免名称冲突：

<syntaxhighlight lang="cpp">
namespace Math {
    double PI = 3.14159265358979;
    double square(double x) {
        return x * x;
    }
}

// 使用
double area = Math::PI * Math::square(radius);
</syntaxhighlight>

== 标准库 ==

C++标准库提供了丰富的功能：

=== 标准模板库(STL) ===

* '''容器''': vector, list, map, set, queue, stack等
* '''算法''': sort, find, transform, accumulate等
* '''迭代器''': 统一访问容器元素的接口
* '''函数对象''': 可作为算法参数的函数封装

=== 输入输出库 ===

* '''iostream''': cin, cout, cerr, clog等
* '''fstream''': 文件输入输出
* '''stringstream''': 字符串流处理

=== 其他标准库 ===

* '''字符串处理''': std::string, std::string_view
* '''数值计算''': <numeric>, <cmath>
* '''时间处理''': <chrono>
* '''线程支持''': <thread>, <mutex>, <future>
* '''正则表达式''': <regex>
* '''随机数''': <random>
* '''智能指针''': <memory>
* '''文件系统''': <filesystem> (C++17)

== 应用领域 ==

C++广泛应用于各种领域：

* '''系统软件''': 操作系统、编译器、数据库
* '''游戏开发''': 游戏引擎、3D图形处理
* '''嵌入式系统''': 实时控制、低级硬件交互
* '''高性能计算''': 科学计算、物理模拟
* '''金融应用''': 高频交易、风险分析
* '''图形用户界面''': 使用Qt、wxWidgets等框架
* '''网络编程''': 服务器应用、网络协议实现
* '''人工智能''': 机器学习库、深度学习框架

== 编译环境 ==

=== 主要编译器 ===

* '''GCC/G++''': 开源编译器，支持多平台
* '''MSVC''': Microsoft Visual C++编译器
* '''Clang''': LLVM项目的C/C++前端
* '''Intel C++ Compiler''': 优化用于Intel处理器

=== 构建工具 ===

* '''Make''': 传统的构建自动化工具
* '''CMake''': 跨平台构建系统生成器
* '''Ninja''': 注重速度的构建系统
* '''Visual Studio''': 集成开发环境和构建系统
* '''Bazel''': Google的构建工具

== 学习资源 ==

=== 经典书籍 ===

* '''《C++程序设计语言》''' - Bjarne Stroustrup(作者)
* '''《C++ Primer》''' - Stanley B. Lippman, Josée Lajoie, Barbara E. Moo
* '''《Effective C++》''' - Scott Meyers
* '''《STL源码剖析》''' - 侯捷
* '''《深度探索C++对象模型》''' - Stanley B. Lippman

=== 在线资源 ===

* '''cppreference.com''': 全面的C++参考
* '''cplusplus.com''': 教程和参考
* '''ISO C++官方网站''': isocpp.org
* '''C++标准草案''': 最新标准的工作版本

== 参见 ==

* [[C语言]]
* [[面向对象编程]]
* [[泛型编程]]
* [[标准模板库]]
* [[计算机程序设计语言]]

[[Category:编程语言]]
[[Category:面向对象编程]]
[[Category:系统编程语言]]