第一章 C++概述

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1.1 C++简介

       “C++”中的 ++ 来自于C语言中的递增运算符 ++，该运算符将变量加1。C++ 起初也叫”c with clsss”.通过名称表明，C++ 是对C的扩展，因此C++ 是C语言的超集，这意味着任何有效的c程序都是有效的C++ 程序。C++ 程序可以使用已有的C程序库。

库是编程模块的集合，可以在程序中调用它们。库对很多常见的编程问题提供了可靠的解决方法，因此可以节省程序员大量的时间和工作量。

C++ 语言在C语言的基础上添加了面向对象编程和泛型编程的支持。C++ 继承了C语言高效，简洁，快速和可移植的传统。

C++ 融合了3种不同的编程方式:

• C语言代表的过程性语言.
• C++ 在C语言基础上添加的类代表的面向对象语言.
• C++ 模板支持的泛型编程。

C语言和C++语言的关系:
        c++ 语言是在C语言的基础上，添加了面向对象、模板等现代程序设计语言的特性而发展起来的。两者无论是从语法规则上，还是从运算符的数量和使用上，都非常相似，所以我们常常将这两门语言统称“C/C++”。

C语言和C++并不是对立的竞争关系：

• C++ 是C语言的加强，是一种更好的C语言。
• C++ 是以C语言为基础的，并且完全兼容C语言的特性。

        C语言和C++ 语言的学习是可以相互促进。学好C语言，可以为我们将来进一步地学习C++ 语言打好基础，而C++ 语言的学习，也会促进我们对于C语言的理解，从而更好地运用C语言。

1.2 C++起源

       与c语言一样，c++ 也是在贝尔实验室诞生的，Bjarne Stroustrup(本贾尼·斯特劳斯特卢普)在20世纪80年代在这里开发了这种语言。

在这里插入图片描述
                                   (C++之父-本贾尼·斯特劳斯特卢普)

       Stroustrup关心的是让c++ 更有用，而不是实施特定的编程原理或风格。在确定语言特性方面，真正的编程比纯粹的原理更重要。Stroustrup之所以在c的基础上创建c++,是因为c语言简洁、适合系统编程、使用广泛且与UNIX操作系统联系紧密。

       用他自己的话来说，“C++ 主要是为了我的朋友和我不必再使用汇编语言、C语言或者其他现代高级语言来编程而设计的。它的主要功能是可以更方便得编写出好程序，让每个程序员更加快乐”。

1.3 可移植性和标准

       假设为运行windows 2000的老式奔腾pc编写了一个很好用的c++ 程序，而管理员决定使用不同操作系统(比如说Mac OS 或 Linux)和处理器的计算机替换它。该程序是否可在新平台运行呢？当然，但是必须使用为新平台设计的c++ 编译器重新编译。但是是否需要修改写好的代码？如果不需要修改代码的情况下，重新编译程序后，程序依然运行良好，该程序是可移植的。

       程序是否可移植性有两个问题需要解决。第一是硬件，针对特定硬件编程的程序是不可移植的。第二，语言的实现，windows xp c++ 和 Redhat Linux 或 Mac OS X对c++ 的实现不一定相同。虽然我们希望c++ 版本与其他版本兼容，但是如果没有一个公开的标准，很难做到。因此，美国国家标准局(American National Standards Institute,ANSI)在1990年设立一个委员会专门负责制定c++ 标准(ANSI制定了c语言的标准)。国际标准化组织(International Organization for Standardization，ISO)很快通过自己的委员会加入到这个行列，创建了联合组织ANSI/ISO,制定c++ 标准。

       经过多年的努力，制定出了一个国际标准ISO/IEC 14882:1998 ，并于1998年获得了ISO、IEC(International Electrotechnical Committee,国际电工技术委员会)和ANSI的批准。这个标准就是我们经常所说的c++98。它不仅描述了已有的c++ 特性，还对语言进行了扩展，添加了异常、运行阶段类型识别(RTTI)、模板和标准模板库(STL).

       2003年，发布了c++ 标准第二版(IOS/IEC 14882:2003),这一版本对第一版修订了一些错误，但并没有改变语言特性，因此c++98表示c++98/c++2003.

       c++ 不断发展。IOS标准委员会于2011年8月批准了新标准ISO/IEC 14882:2011,该标准被称为c++11,与c++98一样c++11也新增了许多特性。

ISO c++ 标准还吸收了ANSI c语言标准，c++ 尽量做到是c的超集。意味着在理想情况下，任何有效的c程序都应该是有效的c++ 程序。

       ANSI不仅定义了c语言，还 定义了一个ANSI c必须实现的标准c库。c++ 也在使用这个库，另外ANSI/ISO c++ 标准还提供了一个c++ 标准类库。

1.4 为什么C++会成功

       c++ 最初的目的是将c语言转变为OOP（面向对象程序设计）语言，但是c++ 后来并没有这么做，而是立足于程序的实际。因为在c 语言方面大量投入的程序员使其完全丢掉c 语言那种编程的思考方式，转而去接受一种新的语言，新的思维，那么将会导致这些程序员中大部分人在短时间内可能毫无成果，使其生产率降低。但是如果让这些c程序员在已有知识的基础上，再去学习c++ 语言，理解运用OOP，那么也只是在其已有思维的基础上进行扩展而已，这样可以保持其更好的生产率。

       简而言之，强迫程序员放弃c语言和c语言的思考方式，而去转到OOP上是需要代价的，但是从c语言转到c++ 所花费的代价就会小很多。所以也可以理解为c++ 的出现并不是去替代c,而是对c的扩展，所以在c++ 中既可以使用c++ 新特性，并且可以使用c的过程式思维来编写程序。

对于传统的结构化语言，我们向来没有太多的疑惑，函数调用那么自然而明显，只是从程序的某一个地点调到另一个地点去执行。但是对于面向对象(OO)语言，我们疑惑就会很多。其原因就是c++编译器为我们程序员做了太多隐藏的工作：构造函数，析构函数、虚函数、继承、多态....有时候它为我们合成出一些额外的函数,有时候它又偷偷在我们写的函数里，放进更多的操作。有时候也会给我们的对象里放进一些奇妙的东西，使得我们sizeof的时候结果可我们预期不一样。

第二章 C++初识

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2.1 简单的C++程序

2.1.1 c++ hello world

请打开一下示例代码：

#include<iostream>
using namespace std;
int main(){ 
    cout << "hello world" << endl;
    return EXIT_SUCCESS;
}

分析:

• #include<iostream>; 预编译指令，引入头文件iostream.
• using namespace std; 使用标准命名空间
• cout << “hello world”<< endl; 和printf功能一样，输出字符串”hello wrold”

问题1：c++头文件为什么没有.h？

       在c语言中头文件使用扩展名 .h ,将其作为一种通过名称标识文件类型的简单方式。但是c++ 得用法改变了，c++ 头文件没有扩展名。但是有些c语言的头文件被转换为c++ 的头文件，这些文件被重新命名，丢掉了扩展名 .h (使之成为c++ 风格头文件)，并在文件名称前面加上前缀c(表明来自c语言)。例如c++ 版本的math.h为cmath.

       由于C使用不同的扩展名来表示不同文件类型，因此用一些特殊的扩展名(如hpp或hxx)表示c++ 的头文件也是可以的，ANSI/IOS标准委员会也认为是可以的，但是关键问题是用哪个比较好，最后一致同意不适用任何扩展名。

头文件类型	约定	示例	说明
c++旧式风格	以.h结尾	iostream.h	c++程序可用
c旧式风格	以.h结尾	math.h	c/c++程序可用
c++新式风格	无扩展名	iostream	c++程序可用，使用namespace std
转换后的c	加上前缀c,无扩展名	cmath	c++程序可用，可使用非c特性，如namespace std

问题2：using namespace std 是什么?

       namespace是指标识符的各种可见范围。命名空间用关键字namespace 来定义。命名空间是C++ 的一种机制，用来把单个标识符下的大量有逻辑联系的程序实体组合到一起。此标识符作为此组群的名字。

问题3：cout 、endl 是什么？

       cout是c++ 中的标准输出流，endl是输出换行并刷新缓冲区。

2.1.2 面向过程

       面向过程是一种以过程为中心的编程思想。

       通过分析出解决问题所需要的步骤，然后用函数把这些步骤一步一步实现，使用的时候一个一个依次调用就可以了。

       面向过程编程思想的核心：功能分解，自顶向下，逐层细化（程序=数据结构+算法）。

       面向过程编程语言存在的主要缺点是不符合人的思维习惯，而是要用计算机的思维方式去处理问题，而且面向过程编程语言重用性低，维护困难。

2.1.3 面向对象

       面向对象编程（Object-Oriented Programming）简称 OOP 技术，是开发计算机应用程序的一种新方法、新思想。过去的面向过程编程常常会导致所有的代码都包含在几个模块中，使程序难以阅读和维护。在做一些修改时常常牵一动百，使以后的开发和维护难以为继。而使用 OOP 技术，常常要使用许多代码模块，每个模块都只提供特定的功能，它们是彼此独立的，这样就增大了代码重用的几率，更加有利于软件的开发、维护和升级。

       在面向对象中，算法与数据结构被看做是一个整体，称作对象，现实世界中任何类的对象都具有一定的属性和操作，也总能用数据结构与算法两者合一地来描述，所以可以用下面的等式来定义对象和程序：

对象 = 算法 + 数据结构
程序 = 对象 + 对象 + ……

       从上面的等式可以看出，程序就是许多对象在计算机中相继表现自己，而对象则是一个个程序实体。
       面向对象编程思想的核心：应对变化，提高复用。

2.1.4 面向对象三大特性

• 封装
         把客观事物封装成抽象的类，并且类可以把自己的数据和方法只让可信的类或者对象操作，对不可信的进行信息隐藏。
         类将成员变量和成员函数封装在类的内部，根据需要设置访问权限，通过成员函数管理内部状态。

• 继承
         继承所表达的是类之间相关的关系，这种关系使得对象可以继承另外一类对象的特征和能力。
         继承的作用： 避免公用代码的重复开发，减少代码和数据冗余。

• 多态
         多态性可以简单地概括为“一个接口，多种方法”，字面意思为多种形态。程序在运行时才决定调用的函数，它是面向对象编程领域的核心概念。