C++ 简介
什么是C++？
C++是一种通用型、高效、面向对象的编程语言，由Bjarne Stroustrup于1979年在贝尔实验室开发。C++最初被称为"带类的C"（C with Classes），后来在1983年更名为C++。
C++扩展了C语言的功能，增加了面向对象编程、泛型编程、异常处理等特性，使其成为一种功能强大且灵活的编程语言。C++广泛应用于系统软件、应用软件、设备驱动程序、嵌入式系统、高性能服务器和客户端应用程序以及娱乐软件（如视频游戏）等领域。
备注
C++中的"++"来源于C语言的递增运算符，象征着C语言的增强版。
C++ 的发展历史
C++ 的主要特点
C++作为一种综合性编程语言，具有以下几个主要特点：
-
兼容C语言：C++几乎完全兼容C语言，这意味着大多数C语言程序可以直接编译为C++。
-
面向对象：支持封装、继承和多态等面向对象编程概念。
-
性能高效：提供"接近硬件"的控制能力，能够进行底层操作。
-
静态类型：在编译时进行类型检查，有助于提前发现错误。
-
模板支持：通过泛型编程实现代码复用。
-
标准库丰富：提供大量现成的库函数和数据结构（STL）。
-
内存管理灵活：支持手动内存管理和RAII（资源获取即初始化）模式。
C++ 的应用场景
C++因其高效和灵活性，在多个领域有广泛应用：
- 系统软件：操作系统、编译器、数据库等
- 游戏开发：游戏引擎、3D游戏等
- 嵌入式系统：智能设备、物联网设备等
- 高性能计算：科学计算、金融分析等
- 桌面应用：Adobe Photoshop、Microsoft Office等
- 网络编程：服务器开发、网络协议实现等
- 图形处理：3D建模软件、CAD系统等
提示
由于其执行效率高和对资源控制精细，C++常被用于对性能要求较高的场景。
第一个C++程序
让我们通过一个简单的"Hello, World!"程序来了解C++的基本语法结构：
cpp
#include <iostream>
int main() {
std::cout << "Hello, World!" << std::endl;
return 0;
}
输出结果：
Hello, World!
程序解析：
#include <iostream>- 包含标准输入输出库，提供了cout、cin等功能。int main()- 程序的主函数，程序从这里开始执行。std::cout << "Hello, World!" << std::endl;- 输出"Hello, World!"到控制台。std::cout表示标准输出流<<是输出运算符std::endl表示换行并刷新缓冲区
return 0;- 返回0表示程序正常结束。
C++ 基本语法元素
1. 注释
C++中有两种注释方式：
cpp
// 这是单行注释
/* 这是多行注释
可以跨越多行
非常方便 */
2. 变量和数据类型
C++是强类型语言，每个变量都需要声明类型：
cpp
#include <iostream>
int main() {
// 整型变量
int age = 25;
// 浮点型变量
double salary = 5000.50;
// 字符型变量
char grade = 'A';
// 布尔型变量
bool isEmployed = true;
// 字符串(C++风格)
std::string name = "John Doe";
std::cout << "Name: " << name << std::endl;
std::cout << "Age: " << age << std::endl;
std::cout << "Salary: $" << salary << std::endl;
std::cout << "Grade: " << grade << std::endl;
std::cout << "Employed: " << (isEmployed ? "Yes" : "No") << std::endl;
return 0;
}
输出结果：
Name: John Doe
Age: 25
Salary: $5000.5
Grade: A
Employed: Yes
3. 运算符
C++提供了丰富的运算符：
- 算术运算符：
+,-,*,/,% - 关系运算符：
==,!=,>,<,>=,<= - 逻辑运算符：
&&,||,! - 赋值运算符：
=,+=,-=,*=,/=,%= - 自增自减：
++,-- - 位运算符：
&,|,^,~,<<,>>
4. 控制流语句
cpp
#include <iostream>
int main() {
int score = 85;
// if-else语句
if (score >= 90) {
std::cout << "成绩优秀！" << std::endl;
} else if (score >= 60) {
std::cout << "成绩及格！" << std::endl;
} else {
std::cout << "成绩不及格！" << std::endl;
}
// switch语句
int day = 3;
switch (day) {
case 1:
std::cout << "星期一" << std::endl;
break;
case 2:
std::cout << "星期二" << std::endl;
break;
case 3:
std::cout << "星期三" << std::endl;
break;
default:
std::cout << "其他日子" << std::endl;
}
// 循环语句
// for循环
std::cout << "For循环: ";
for (int i = 0; i < 5; i++) {
std::cout << i << " ";
}
std::cout << std::endl;
// while循环
std::cout << "While循环: ";
int j = 0;
while (j < 5) {
std::cout << j << " ";
j++;
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}
输出结果：
成绩及格！
星期三
For循环: 0 1 2 3 4
While循环: 0 1 2 3 4
C++ 编译和执行过程
C++程序从源代码到可执行程序要经过以下几个步骤：
- 预处理：处理所有以#开头的预处理指令（如#include, #define等）
- 编译：将预处理后的代码转换成汇编代码
- 汇编：将汇编代码转换成机器代码（目标文件）
- 链接：将目标文件与库文件链接，生成可执行程序
警告
不同操作系统上，C++的编译器和编译命令可能有所不同：
- Windows: 通常使用Visual C++, MinGW等
- Linux/macOS: 通常使用GCC或Clang
实际应用案例
案例1：学生成绩管理系统
下面是一个简单的学生成绩管理系统，展示了C++的基本功能：
cpp
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <algorithm>
// 学生结构体
struct Student {
std::string name;
int id;
double score;
};
// 显示所有学生信息
void displayStudents(const std::vector<Student>& students) {
std::cout << "\n学生列表：" << std::endl;
std::cout << "----------------------------------------" << std::endl;
std::cout << "ID\t姓名\t\t成绩" << std::endl;
std::cout << "----------------------------------------" << std::endl;
for (const auto& student : students) {
std::cout << student.id << "\t"
<< student.name << "\t\t"
<< student.score << std::endl;
}
std::cout << "----------------------------------------" << std::endl;
}
int main() {
// 创建学生容器
std::vector<Student> students;
// 添加几个学生
students.push_back({.name = "张三", .id = 1001, .score = 85.5});
students.push_back({.name = "李四", .id = 1002, .score = 92.0});
students.push_back({.name = "王五", .id = 1003, .score = 78.5});
students.push_back({.name = "赵六", .id = 1004, .score = 96.5});
// 显示所有学生
displayStudents(students);
// 计算平均分
double totalScore = 0.0;
for (const auto& student : students) {
totalScore += student.score;
}
double averageScore = totalScore / students.size();
// 查找最高分和最低分
auto maxScoreStudent = std::max_element(students.begin(), students.end(),
[](const Student& a, const Student& b) {
return a.score < b.score;
});
auto minScoreStudent = std::min_element(students.begin(), students.end(),
[](const Student& a, const Student& b) {
return a.score < b.score;
});
// 输出统计信息
std::cout << "\n统计信息：" << std::endl;
std::cout << "学生总数：" << students.size() << std::endl;
std::cout << "平均分：" << averageScore << std::endl;
std::cout << "最高分：" << maxScoreStudent->score
<< " (学生：" << maxScoreStudent->name << ")" << std::endl;
std::cout << "最低分：" << minScoreStudent->score
<< " (学生：" << minScoreStudent->name << ")" << std::endl;
return 0;
}
输出结果：
学生列表：
----------------------------------------
ID 姓名 成绩
----------------------------------------
1001 张三 85.5
1002 李四 92
1003 王五 78.5
1004 赵六 96.5
----------------------------------------
统计信息：
学生总数：4
平均分：88.125
最高分：96.5 (学生：赵六)
最低分：78.5 (学生：王五)
这个例子展示了C++的多种特性：
- 结构体定义
- 向量容器使用
- 范围for循环
- Lambda表达式
- 算法库使用
总结
C++是一种功能强大、灵活且高效的编程语言，它具有以下特点：
- 兼容C语言，同时提供面向对象编程支持
- 高效性能，适用于各种系统级和性能敏感的应用
- 丰富的标准库，提供了大量实用工具
- 灵活的编程范式，支持过程式、面向对象和泛型编程
- 持续发展，新标准不断增强语言功能
尽管C++有一定的学习曲线，但掌握它将使你能够开发各种类型的高性能应用程序，从简单的控制台应用到复杂的图形界面程序、游戏和系统软件。
练习题
- 编写一个C++程序，计算并输出1到100之间所有偶数的和。
- 创建一个简单的计算器程序，能够执行加、减、乘、除四种基本运算。
- 编写一个程序，判断用户输入的年份是否为闰年。
- 实现一个程序，生成并打印10×10的乘法表。
- 创建一个温度转换程序，能够在摄氏度和华氏度之间相互转换。
进一步学习资源
-
书籍:
- 《C++ Primer》by Stanley B. Lippman
- 《Effective C++》by Scott Meyers
- 《C++程序设计语言》by Bjarne Stroustrup
-
在线资源:
- cppreference.com - C++官方参考
- learncpp.com - 免费C++教程
- C++ Core Guidelines - C++代码规范指南
在接下来的教程中，我们将深入探索C++的各个方面，包括函数、类、继承、多态、模板和标准库等高级特性。