[C++]一、C++基础编程

G:\Cpp\2023版C++教程

C++语言程序设计

第一部分 基础篇

一、什么是C++

1.1 C++ 简介

C++ 是一门非常经典的高级编程语言。顾名思义，C++可以看做是C语言的增强版，在C的基础上扩展了更多的功能；最主要的扩展，就是面向对象和泛型编程。

因此C++融合了多种不同的编程方式：以C语言为代表的面向过程编程；面向对象编程；以及模板化的泛型编程。

可以说，C++一门“大而全”的编程语言，你可以用它实现想要的任何功能；与此同时，学习C++需要掌握的内容也会比较多。

1.1.1 C和C++

20世纪70年代，贝尔实验室的Dennis Ritchie为了开发UNIX操作系统，专门设计了一门结构化的高级语言，这就是大名鼎鼎的C语言。因为是为操作系统设计的语言，它本身是比较底层的，所以C具有低级语言的高运行效率、硬件访问能力，此外又融合了高级语言的通用性。

C语言语法清晰，具有非常好的结构化编程的特性。于是C语言快速地统治了底层的系统级编程，并成为了之后几十年内经典的教学语言。

C语言编程的整体思路是“过程式”的，也就是说，我们把想让计算机执行的操作按照步骤一步步定义好，然后用C语言写出来；所以我们写的代码，就是一个处理流程的描述。这种方式很容易理解，也可以非常方便地翻译成计算机能懂的机器语言；但是在面对大型项目、代码量非常大时，就会显得杂乱无章，代码的可读性就大大降低了。

于是另一种编程方式应运而生，这就是面向对象编程。这种方式的主要思路是先构建“对象”，然后通过定义好的对象行为，实现我们想要的操作。

贝尔实验室的 Bjarne Stroustrup（比雅尼·斯特劳斯特鲁普），在20世纪80年代创建了一个新的面向对象语言——C++。

名字一目了然，它是基于C的，扩展了C的功能；所以C++是C语言的超集，所有C语言程序都可以在C++的环境下运行。而扩展的部分，主要就是引入了面向对象的特性，并实现了对C的泛型编程支持。

C++的出现极大地扩充了C的应用场景，为C语言的长盛不衰提供了很大的助力。所以我们平常看招聘要求的技术栈描述，往往是把C/C++放在一起说的。

1.1.2 C++ 的应用场景

C++完全兼容C，具有C面向硬件的特性；此外还拥有面向对象和泛型编程的扩展。所以C++编写的程序运行效率高、功能强大，特别适合用在系统级应用场景上。所以我们经常可以看到，偏向底层、系统的开发，一般用的语言都是C++。

1. 底层硬件，系统编程：JVM的底层，Python解释器的底层，都离不开C/C++的身影；人工智能核心库的代码，也大多是C++写的
2. 嵌入式开发
3. 游戏开发

当然，除了这些实际应用场景外，由于C/C++是经典的教学语言，因此计算机专业考研、考级、竞赛等场合往往也是把C++作为第一语言的。无论学习还是工作，C++都是一门非常有用的编程语言。

1.2 C++ 标准

C++作为一门高级编程语言，在不同的硬件平台上有着良好的可移植性。这意味着我们不需要改动代码，写出来的程序就可以在不同的平台“翻译”成机器能读懂的语言。要实现这个目标，就必须对C++编写的程序设定一些规范，这就是C++的标准。

C++之父Stroustrup写过一本《C++编程语言》（The C++ Programming Language），里面有一个参考手册，专门介绍了这门语言的特性和用法。这其实就是最初的C++事实标准。

不过真正意义上的标准，还需要专门的组织认证。ANSI（American National Standards Institute，美国国家标准局）在制定了C语言标准之后，在90年代专门设了一个委员会来制定C++的标准，并和ISO（国际标准化组织）一起创建了联合组织ANSI/ISO。1998年，第一个C++国际标准终于出炉了；这个标准在2003年又做了一次技术修订。因此我们一般所说的C++标准，第一版往往被叫做C++ 98/03。

跟大多数语言一样，C++也在不停地发展更新。ISO在2011年批准了C++新标准，这可以认为是C++的2.0版本，一般被叫做C++ 11。C ++ 11新增了很多新特性，极大地扩展了C++的语言表达能力。此后在2014年和2017年，又出了两个新版本C++标准，一般叫做C++ 14和C++ 17，不过这两个版本增加的内容并不多；真正意义上的下一个大版本是2020年的C++ 20，它再一次给C++带来了大量的新特性。

1.3 C++ 代码如何运行

我们用C++写好的代码，其实就是符合特定语法规则的一些文字和符号。计算机是怎样识别出我们想要做的操作、并正确执行呢？

这就需要一个专门的翻译程序，把我们写的源代码，翻译成计算机能理解的机器语言。这个翻译的过程就叫做“编译”，而这个“翻译官”就叫做编译器。所以C++是一门编译型的编程语言，这一点和C是一致的。

事实上，C++代码的运行过程跟C程序代码也是一样的，大致可以分为下面几步：

1. 首先编写C++程序，保存到文件中，这就是我们的源代码；
2. 编译。用C++编译器将源代码编译成机器语言，得到的这个结果叫做目标代码；
3. 链接。C/C++程序一般都会用到库（library），这些库是已经实现好的目标代码，可以实现特定的功能（比如在屏幕上把信息打印显示出来）。这时我们就需要把之前编译好的目标代码，和所用到的库里的目标代码，组合成一个真正能运行的机器代码。这个过程叫做“链接”，得到的结果叫做可执行代码；
4. 运行。可执行代码就是可以直接运行的程序，运行它就可以执行我们想要的操作了。

二、简单上手——Hello World

2.1 开发环境和工具（Visual Studio）

写C++程序其实很简单，直接用记事本写好代码，然后用一个编译器做编译运行就可以了；不过这意味这我们得自己保证语法正确，严重影响开发效率。所以实际应用中我们一般都会使用功能更强大的工具，除了提供编译器外，还可以给我们做语法检查和提醒，方便我们调试程序——这就是所谓的“集成开发环境”（IDE）。

Windows系统环境下，最普遍、最好用的IDE就是Visual Studio了，这是微软官方的开发工具，功能非常强大。

打开Visual Studio的中文版官方网站 Visual Studio: 面向软件开发人员和 Teams 的 IDE 和代码编辑器，点击“下载Visual Studio”按钮，选择最新的免费社区版Community 2022。然后双击运行安装程序VisualStudioSetup.exe。

在安装引导程序中，选择自己需要的组件。我们直接选择“使用C++的桌面开发”即可，这个选项会打包安装Windows下C++开发的所有组件。注意不需要选“通用Windows平台开发”，这个还包含了.net平台，是针对C#开发的。

点击“安装”，引导程序会自动帮我们下载和安装所有需要的组件，这个过程可能需要花费一些时间。

如果选择了“安装后启动”，那么安装完成就会自动运行。开始的界面是登录微软账号，我们可以直接跳过。

择开发设置为“Visual C++”，选择自己喜欢的界面主题色，然后点击启动。

2.2 写一个Hello World

Visual Studio启动之后，我们首先应该创建一个项目。所谓“项目”，就是一个工作任务，需要实现相应的需求。点击“创建新项目”。

直接选择一个空项目。

指定项目名称和保存位置。

这里还有一个“解决方案”（Solution）的概念，其实就是一组有关联的项目，共同合作解决一个需求。

2.2.1 代码编写

在打开的解决方案界面里，右键点击“源文件”文件夹图标，添加一个新建项。我们要添加的是一个C++文件，命名为HelloWorld，后缀名是.cpp。

下面就是一段最简单的代码，我们在屏幕上输出Hello World。

#include

int main()

{

std::cout 'a', 'b', 'c'};'h','e','l','l','o'};"张三", 20, 60.0};"小明", 18, 75.0};    // 定义结构体之后立即创建对象"李四", 22, 87};"小红", 18, 92},"小白", 20, 82}"G", nullptr, nullptr};