1.3 C++與面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)

C++是從C語言發(fā)展演變而來的。它在C語言的基礎(chǔ)上引入了類（class）的概念，并增加了封裝、繼承、多態(tài)等面向?qū)ο蟮恼Z言處理機(jī)制。C++向前兼容了C語言程序設(shè)計(jì)，使得絕大部分C程序可以不加修改就能在C++環(huán)境下編譯運(yùn)行，同時(shí)提供了面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)機(jī)制，支持面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)，是一種面向過程與面向?qū)ο蟮幕旌暇幊陶Z言。

1.C++簡史

在計(jì)算機(jī)發(fā)展的早期，操作系統(tǒng)之類的軟件主要是用匯編語言編寫的。由于匯編語言依賴于計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，用它編寫的軟件系統(tǒng)的可移植性和可讀性都比較差。

UNIX系統(tǒng)最初也是用匯編語言編寫的。為了提高UNIX系統(tǒng)的可移植性和可讀性，1970年，美國AT&T貝爾實(shí)驗(yàn)室的Ken Thompson以BCPL（Basic Combined Programming Language）為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了非常簡潔且與硬件很接近的B語言，用該語言改寫了UNIX，并在PDP-7上實(shí)現(xiàn)了它。

B語言是一種無類型的語言，直接對機(jī)器字進(jìn)行操作，過于簡單，且功能不強(qiáng)。在1972年到1973年間，貝爾實(shí)驗(yàn)室的Dennis Ritchie對B語言進(jìn)行了改造，添加了數(shù)據(jù)類型的概念，設(shè)計(jì)了C語言，并在1973年和Thompson用C語言重寫了UNIX 90%以上的代碼，這就是UNIX 5。在此之后，C語言又進(jìn)行了多次改進(jìn)，1975年UNIX 6發(fā)布后，C語言突出的優(yōu)點(diǎn)引起了世人的普遍關(guān)注。1977年，不依賴于具體機(jī)器指令的、可移植的C語言出現(xiàn)了。

C語言簡潔、靈活，具有豐富的數(shù)據(jù)類型和運(yùn)算符，具有結(jié)構(gòu)化的程序控制語句，支持程序直接訪問計(jì)算機(jī)的物理地址，具有高級語言和匯編語言的雙重特點(diǎn)。1978年以后，C語言已先后被移植到了大、中、小及微型計(jì)算機(jī)上。伴隨著UNIX系統(tǒng)在各種類型的計(jì)算機(jī)上的實(shí)現(xiàn)和普及，C語言逐漸成了最受歡迎的程序設(shè)計(jì)語言之一。

但是C語言本身也存在一些缺陷，類型檢查機(jī)制較弱，缺乏支持代碼重用的語言結(jié)構(gòu)，不適合大型軟件系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)，當(dāng)程序規(guī)模大到一定程度時(shí)，就很難控制程序的復(fù)雜性了。

1979年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的Bjarne Stroustrup借鑒了Simula（較早的一種面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言）類的概念，對C語言進(jìn)行了擴(kuò)展和創(chuàng)新，將Simula的數(shù)據(jù)抽象和面向?qū)ο蟮人枷胍肓薈語言中，稱為“帶類的C”，這就是C++的早期版本。1983年，“帶類的C”正式改名為C++。

C++發(fā)明至今，主要經(jīng)歷了三次修訂，每次修訂都增加和修改了一些內(nèi)容。第一次修訂發(fā)生在1985年，第二次修訂是1990年。為了實(shí)現(xiàn)C++的標(biāo)準(zhǔn)化，成立了由ANSI（American National Standards Institute，美國國家標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會）和ISO（International Standards Organization，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）參加的聯(lián)合標(biāo)準(zhǔn)化委員會。該委員會于1994年提出了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)草案，此草案保持了Stroustrup最初定義的C++功能，并增加了一些功能。

標(biāo)準(zhǔn)草案提出之后不久出現(xiàn)了STL（Standard Template Library），STL是一組通用例程，它功能強(qiáng)大，設(shè)計(jì)精巧，但很龐大。為了將STL加入C++，拖延了C++的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。聯(lián)合標(biāo)準(zhǔn)化委員會在C++的標(biāo)準(zhǔn)化過程中，陸續(xù)增加了許多新的功能，并對原有內(nèi)容進(jìn)行了許多修改。

聯(lián)會委員會于1998年提出了C++的ANAI/ISO標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)比Stroustrup最初定義C++要大得多，也復(fù)雜得多，人們稱此為標(biāo)準(zhǔn)C++。為了與標(biāo)準(zhǔn)C++相區(qū)別，將之前的版本稱為傳統(tǒng)C++。

當(dāng)前的許多C++編譯器（如Visual C++、C++ Builder）都提供了對標(biāo)準(zhǔn)C++及傳統(tǒng)C++的支持，兩種版本的C++具有許多相同的功能，有大量相同的庫和函數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)C++更多），其區(qū)分方法是頭文件和命名空間。

2.C++的特點(diǎn)

C++保留了C語言的原有特征和優(yōu)點(diǎn)，支持C語言程序設(shè)計(jì)。同時(shí)，C++對C語言進(jìn)行了擴(kuò)展，增加了面向?qū)ο蟮男绿卣骱驼Z言處理機(jī)制，支持面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)，是C語言的超集。概括而言，C++具有以下特點(diǎn)。

① 高效性。C++允許直接訪問物理地址，支持直接對硬件編程和位（bit）操作，能夠?qū)崿F(xiàn)匯編語言的大部分功能，生成的目標(biāo)代碼質(zhì)量高，程序運(yùn)行效率高。C++雖然是一種高級語言，卻具有低級語言的許多功能，適用于編寫系統(tǒng)軟件。

② 靈活性。C++語言可以用于許多領(lǐng)域，在程序中幾乎可以不受限制地使用各種不同的程序設(shè)計(jì)技術(shù)，設(shè)計(jì)出各種特殊類型的程序。

③ 豐富的運(yùn)算符和數(shù)據(jù)類型。C++提供了豐富的數(shù)據(jù)類型，不僅提供了int、char、bool、double、float等內(nèi)置數(shù)據(jù)類型，還允許用戶通過結(jié)構(gòu)、類、枚舉定義自定義數(shù)據(jù)類型，具有+、、、\、*、%、||、&、<<、>>、>、<、>>等豐富的運(yùn)算符，支持算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、位操作等運(yùn)算。

④ 可移植性。C++語言具有較強(qiáng)的可移植性，程序能夠比較容易地從一種類型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中移植到另一種類型的系統(tǒng)中。

⑤ 支持面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)。C++對C語言的最大改進(jìn)就是融入了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的思想，提供了把數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)操作封裝在一起的抽象機(jī)制，支持類、繼承、重載和多態(tài)等面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)，使C++在軟件復(fù)用和大型軟件的構(gòu)造和維護(hù)等方面變得容易、高效，提高了軟件開發(fā)的效率和質(zhì)量。

總之，C++保留了C語言簡潔、高效和接近匯編語言等特點(diǎn)，對C的類型系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)和擴(kuò)充，比C更安全、可靠。但C++最重要、最有意義的特征是支持面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)。