$\mathrm{C}++$ 简述

I have yet to see a program that can be written better in C than in C++.

—— Bjarne Stroustrup, founder of C++.

为何 $\mathrm{C}/\mathrm{C}++$ 仍然如此重要

程序开发中存在一些权衡：

• 运行效率 $\mathrm{VS}$ 开发效率；
• 易用性 $\mathrm{VS}$ 安全性；
• $\cdots$

$\mathrm{C}$ 的出发点是，只要程序员在开发过程中足够精细 ，就可以极大程度上优化程序的运行效率，同时保证易用性和安全性。此外，$\mathrm{C}$ 还是各大操作系统底层开发的语言，因此其地位难以替代。

因此，$\mathrm{C}++$ 填补了编程领域的重要生态位：需要同时有效使用硬件、提高性能和管理高复杂性的程序。

$\mathrm{C}++$ 的宗旨（$\mathrm{Zero}-\mathrm{Overhead}$）：

• 你不用的就不用为此付出代价； $\mathrm{What}\mathrm{you}{\mathrm{don}}^{\prime }\mathrm{t}\mathrm{use},\mathrm{you}{\mathrm{don}}^{\prime }\mathrm{t}\mathrm{pay}\mathrm{for}.$
• 你用的就不可能自己手写出更好的。 $\mathrm{What}\mathrm{you}\mathrm{do}\mathrm{use},\mathrm{you}{\mathrm{couldn}}^{\prime }\mathrm{t}\mathrm{hand}-\mathrm{code}\mathrm{any}\mathrm{better}.$​

更详细地， $\mathrm{C}++$ 的宗旨还包括：

• 不限制程序员的风格；
• 注重分划（$\mathrm{compartmentalization}$）；
• 充分相信程序员，交由程序员全权控制；
• 在编译时加强安全检查；
• 问题驱动：$\mathrm{C}++$ 是由解决现实中的问题来驱动的；
• 简单、高效（$\mathrm{Zero}-\mathrm{Overhead}$）、稳定；
• 不专家化：并不只满足专家的需求；
• 不模仿、不迷信理论、不轻易变革（即：不随波逐流）。

$\mathrm{C}$ 和 $\mathrm{C}++$ 的关系

• 超集关系
• 编程技巧相同
• 时空开销相同

程序设计

编程是科学和艺术的结合。

程序设计范式一般有两类：

• 面向步骤：基于步骤和调用的概念。偏向图灵机的思想。
• 面向对象：引入概念和模型来刻画现实中人与世界交互的现象。特点是封装和继承。
• 函数式：由微小且有用的函数聚集起来，合成最终的结果。
• 逻辑式：根据公理和推导规则进行推理，回应用户的询问。
• 并发编程：使程序可以分发到独立的个体上运行。如多线程和并发计算等。
• 泛型编程：将常用的数据结构和算法进行抽象，设计出效率高、可重用的库。

一般来说，一种程序设计语言可能包含多种程序设计范式。

面向对象程序设计的历史

• $\mathrm{Simula}67$​：面向对象的开山之作，引入了“类”和“对象”的概念，，但性能太差，不适合实际使用。
• $\mathrm{Smalltalk}$：将“万物皆对象”的理念推向极致，将数据和功能均封装在对象内，所有操作都是对象间的消息传递。
• $\mathrm{C}++$：继承了 $\mathrm{Simula}$ 的类、继承、多态等特性，同时保持了 $\mathrm{C}$ 语言的效率和灵活性。
• $\mathrm{Java}$：通过 $\mathrm{Java}$ 虚拟机（$\mathrm{JVM}$）实现了跨平台的应用开发，并推动了规范化的面向对象程序设计。

$\mathrm{C}++$ 的家谱图

$\mathrm{C}++$ 的诞生

这一部分考试中不会涉及。

• $1979$ 年（史前）：研究分布式系统的系统软件组织。实现有 $\mathrm{Simula}$ ，可读性与层次性强但性能较差；$\mathrm{BCPL}$，调试和 debug 困难；$\mathrm{C}\mathrm{with}\mathrm{class}$，兼容 $\mathrm{C}$，且由于使用了 $\mathrm{C}$​ 的链接器，效率大大提高。
• $1983$ 年：$\mathrm{C}++$ 诞生。当时的硬件和 $\mathrm{OS}$ 运行环境以及产业界和大学的用户资源影响了语言设计的因素。
• $\mathrm{ANSI}$ 和 $\mathrm{ISO}$：抽象类、多重继承、异常和模板加入。
• $\mathrm{C}++98$：$\mathrm{C}++$ 的第一个 $\mathrm{ISO}$ 标准。
• $\mathrm{C}++14/17/20$：持续进化，更多库的加入，更多常用操作提供语法支持。

$\mathrm{C}++$ 的语言特性

• 静态、强类型
• $\mathrm{OOP}$
• 泛型编程
• 异常处理