01-📝C++核心语法|C++概述【C++简介、C++起源、可移植性和标准、为什么C++会成功、从一个简单的程序开始认识C++】

没有故事的Zhang同学
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一、前言

最近刚好有空,趁这段时间,复习C++核心语法，且适当进行汇编探索底层实现原理,进一步夯实基础,为以后的底层开发、音视频开发、跨平台开发、算法等方向的进一步学习埋下伏笔。

为什么要学习C++ image.png

1.1 有没有必要学习C++？

  • C++可以说是当今很多流行语言（Java、Python等）的老祖宗，学习C++，相当于理解了流行语言的前世今生
  • 多尝试几种不同的编程语言，能提供不同的编程思维视角，站在更高的维度去思考代码
  • C++是一门在面向过程和面向对象方面都比较完善的语言，能让我们更接近真相（本质）
  • C++程序员转什么领域都可以很快上手
  • 如果你想做个普通的程序员，学好所熟悉的语言基本够用，如果你的理想还要更大一点，C++是进阶必备
  • 修炼内功，掌握本质，提升逼格
    • 程序员鄙视链：汇编 -> C -> C++ -> Java、C# -> PHP

1.2 对C++可能存在的疑惑

  • C++是不是很难？（高大上？望而却步？）
  • 我又不找C++的工作，有必要学习C++么？
  • 各种新的编程语言层出不穷，比如Java、C#、Python、Go、Swift等等，现在学习C++的意义何在？
  • 从事IT行业到现在，从来没用过C++，究竟哪些地方能用上C++？C++的应用领域在哪？

1.3 C++的应用领域

  • 游戏（Cocos2d-X）、图像、多媒体、网络、嵌入式
  • 数据库（Oracle、MySQL）、浏览器（Chrome）、搜索引擎（Google）
  • 操作系统、驱动程序、编译器（GCC、LLVM）、编程语言（Swift）
  • HPC（High Performance Computing，高性能计算）
  • iOS开发（Runtime、AsyncDisplayKit）
  • Android开发（NDK、fresco【匿名共享内存，Ashmem，Anonymous Shared Memory】）
  • Java开发（JNI）
  • ......
  • 总结
    • C++之所以应用范围如此广泛，得益于它的高效性、稳定性、跨平台性
    • 虽然C++在很多大型应用中，无法施展拳脚；但在某些领域，如同巨人一般而且是不可或缺的顶梁柱
    • 基本只要是用到C++的地方，都是高大上的地方

1.4 永不过时的编程语言

1.5 思考一个问题

  • 既然C++执行效率这么高，为什么还要出现新的编程语言？所有编程的地方都用C++不就好了么？
  • 每一门语言都有自己的优缺点，都有自己擅长的领域
  • 新的编程语言趋向于更加简洁、高效（开发效率）
  • 为了适应不同的应用场景，新的编程语言就诞生了
    • ✓统计分析：R
    • ✓网站开发：HTML、CSS、JavaScript
    • ✓访问数据库：SQL
    • ✓......
  • 创造一门新的编程语言的成本，有时候会比改进一门编程语言的成本更低

1.6 学习C++必须要求有C语言基础

二、C++概述

image.png

2.1 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 withclsss”.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
  • 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++语言的特点
    • 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为“C/C++”。
    • C语言和C++并不是对立的竞争关系:
      • 1)C++是C语言的加强，是一种更好的C语言。
      • 2)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

2.2 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。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”。

2.3 可移植性和标准

  • 可移植性
    • 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,是语言的实现，windows xp C++ 和 Redhat Linux 或 Mac OS X对C++的实现不一定相同。
  • 标准|C++发展历史 image.png
    • 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(AmericanNational 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 forStandardization，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。
    • C++98
      • 经过多年的努力，制定出了一个国际标准ISO/IEC14882:1998 ，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).
    • C++2003
      • 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++11
      • 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。
    • ANSI的规定
      • 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。

2.4 为什么C++会成功

  • C的扩展:在C语言特性的基础上增加OOP等编程范式
    • 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。
  • 面向对象开发的特点
    • 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。

2.5 开发环境简介

  • C++语法阶段
    • Mac：Xcode
    • Windows：Visual Studio Community
  • 项目实战阶段
    • Windows：Visual Studio Community
  • VS下载地址 visualstudio.microsoft.com
    我们这里是复习C++核心语法,不进行C++项目实战，且我使用的是Mac电脑,因此我用的是开发工具是 Xcode，大家可以根据自己的喜好,选择其它开发环境,如Clion等
    我个人建议有条件的,尽量用Windows的VS进行学习

三、C++初识

1. 语法须知

  • C++的源文件扩展名是：cpp（c plus plus的简称）
  • C++程序的入口是main函数（函数即方法，一个意思）
  • C++完全兼容C语言的语法，很久以前，C++叫做C with classes

2.简单的C++程序

2.1 hello world

  • 示例代码: 
    #include<iostream>
using namespace std;
int main(){   
    cout << "hello world" << endl;
return EXIT_SUCCESS;
}
  • 代码分析:
    • #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。 image.png
  • 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。
  • 补充说明: cin&&cout
    • C++中常使用cin、cout进行控制台的输入、输出
    • cin用的右移运算符>>，cout用的是左移运算符<<
    • endl是换行的意思

2.2 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

2.3 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。

2.4 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。

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