1. 什么是C++

C语言是结构化和模块化的语言，适合处理较小规模的程序。对于复杂的问题，规模较大的程序，需要高度的抽象和建模时，C语言则不合适。为了解决软件危机， 20世纪80年代，计算机界提出了OOP(object oriented programming：面向对象)思想，支持面向对象的程序设计语言应运而生。

1982年，Bjarne Stroustrup博士在C语言的基础上引入并扩充了面向对象的概念，发明了一种新的程序语言。为了表达该语言与C语言的渊源关系，命名为C++。因此：C++是基于C语言而产生的，它既可以进行C语言的过程化程序设计，又可以进行以抽象数据类型为特点的基于对象的程序设计，还可以进行面向对象的程序设计。

C++是在C的基础之上，容纳进去了面向对象编程思想，并增加了许多有用的库，以及编程范式等。熟悉C语言之后，对C++学习有一定的帮助，

本章节主要目标：

1. 补充C语言语法的不足，以及C++是如何对C语言设计不合理的地方进行优化的，比如：作用域方面、IO方面、函数方面、指针方面、宏方面等。

2. 为后续类和对象学习打基础。

2. C++的发展史

1979年，贝尔实验室的本贾尼等人试图分析unix内核的时候，试图将内核模块化，于是在C 语言的基础上进行扩展，增加了类的机制，完成了一个可以运行的预处理程序，称之为C with classes。

语言的发展就像是练功打怪升级一样，也是逐步递进，由浅入深的过程。我们先来看下C++的历史版本。

阶段	内容
C with classes	类及派生类、公有和私有成员、类的构造和析构、友元、内联函数、赋值运算符重载等
C++1.0	类及派生类、公有和私有成员、类的构造和析构、友元、内联函数、赋值运算符重载等

C++2.0	更加完善支持面向对象，新增保护成员、多重继承、对象的初始化、抽象类、静态成员以及const成员函数
C++3.0	进一步完善，引入模板，解决多重继承产生的二义性问题和相应构造和析构的处理

C++98	C++标准第一个版本，绝大多数编译器都支持，得到了国际标准化组织(ISO)和美国标准化协会认可，以模板方式重写C++标准库，引入了STL(标准模板库)
C++03	C++标准第二个版本，语言特性无大改变，主要：修订错误、减少多异性

C++05

C++标准委员会发布了一份计数报告(Technical Report，TR1)，正式更名 C++0x，即：计划在本世纪第一个10年的某个时间发布

C++11

增加了许多特性，使得C++更像一种新语言，比如：正则表达式、基于范围for循环、auto关键字、新容器、列表初始化、标准线程库等

C++14

对C++11的扩展，主要是修复C++11中漏洞以及改进，比如：泛型的lambda表达式，auto的返回值类型推导，二进制字面常量等

C++17

在C++11上做了一些小幅改进，增加了19个新特性，比如：static_assert()的文本信息可选，Fold表达式用于可变的模板，if和switch语句中的初始化器等

C++20

自C++11以来最大的发行版，引入了许多新的特性，比如：模块(Modules)、协程(Coroutines)、范围(Ranges)、概念(Constraints)等重大特性，还有对已有特性的更新：比如Lambda支持模板、范围for支持初始化等

C++23

制定ing

C++还在不断的向后发展。但是：现在公司主流使用还是C++98和C++11，所有大家不用追求最新，重点将C++98和C++11掌握好，等工作后，随着对C++理解不断加深，有时间可以去琢磨下更新的特性。

关于C++2X最新特性的讨论：链接

3. C++的重要性

3.1 语言的使用广泛度

下图数据来自TIOBE编程语言社区2023年最新的排行榜，在30多年的发展中，C/C++几乎一致稳居前5。

TIOBE 编程语言社区排行榜是编程语言流行趋势的一个指标，每月更新，这份排行榜排名基于互联网上有经验的程序员、课程和第三方厂商的数量。排名使用著名的搜索引擎（诸如 Google、 MSN、Yahoo!、Wikipedia、YouTube 以及 Baidu 等）进行计算。注意：排名不能说明那个语言好，那个不好，每门编程语言都有适应自己的应用场景。

3.2 在工作领域

1. 操作系统以及大型系统软件开发

所有操作系统几乎都是C/C++写的，许多大型软件背后几乎都是C++写的，比如： Photoshop、Office、JVM(Java虚拟机)等，究其原因还是性能高，可以直接操控硬件。

2. 服务器端开发

后台开发：主要侧重于业务逻辑的处理，即对于前端请求后端给出对应的响应，现在主流采用java，但内卷化比较严重，大厂可能会有C++后台开发，主要做一些基础组件，中间件、缓存、分布式存储等。服务器端开发比后台开发跟广泛，包含后台开发，一般对实时性要求比较高的，比如游戏服务器、流媒体服务器、网络通讯等都采用C++开发的。

3. 游戏开发

PC平台几乎所有的游戏都是C++写的，比如：魔兽世界、传奇、CS、跑跑卡丁车等，市面上相当多的游戏引擎都是基于C++开发的，比如：Cocos2d、虚幻4、DirectX等。三维游戏领域计算量非常庞大，底层的数学全都是矩阵变换，想要画面精美、内容丰富、游戏实时性搞，这些高难度需求无疑只能选C++语言。比较知名厂商：腾讯、网易、完美世界、巨人网络等。

4. 嵌入式和物联网领域

嵌入式：就是把具有计算能力的主控板嵌入到机器装置或者电子装置的内部，能够控制这些装置。比如：智能手环、摄像头、扫地机器人、智能音响等。

谈到嵌入式开发，大家最能想到的就是单片机开发(即在8位、16位或者32位单片机产品或者裸机上进行的开发)，嵌入式开发除了单片机开发以外，还包含在soc片上、系统层面、驱动层面以及应用、中间件层面的开发。

常见的岗位有：嵌入式开发工程师、驱动开发工程师、系统开发工程师、Linux开发工程师、固件开发工程师等。

知名的一些厂商，比如：以华为、vivo、oppo、小米为代表的手机厂；以紫光展锐、乐鑫为代表的芯片厂；以大疆、海康威视、大华、CVTE等具有自己终端业务厂商；以及海尔、海信、格力等传统家电行业。

随着5G的普及，物联网(即万物互联，)也成为了一种新兴势力，比如：阿里lot、腾讯lot、京东、百度、美团等都有硬件相关的事业部。

5. 数字图像处理

数字图像处理中涉及到大量数学矩阵方面的运算，对CPU算力要求比较高，主要的图像处理算法库和开源库等都是C/C++写的，比如：OpenCV、OpenGL等，大名鼎鼎的Photoshop 就是C++写的。

6. 人工智能

一提到人工智能，大家首先想到的就是python，认为学习人工智能就要学习python，这个是误区，python中库比较丰富，使用python可以快速搭建神经网络、填入参数导入数据就可以开始训练模型了。但人工智能背后深度学习算法等核心还是用C++写的。

7. 分布式应用

近年来移动互联网的兴起，各应用数据量业务量不断攀升；后端架构要不断提高性能和并发能力才能应对大信息时代的来临。在分布式领域，好些分布式框架、文件系统、中间组件等都是C++开发的。对分布式计算影响极大的Hadoop生态的几个重量级组件：HDFS、 zookeeper、HBase等，也都是基于Google用C++实现的GFS、Chubby、BigTable。包括分布式计算框架MapReduce也是Google先用C++实现了一套，之后才有开源的java版本。

除了上述领域外，在：科学计算、浏览器、流媒体开发、网络软件等都是C++比较适合的场景，作为一名老牌语言的常青树，C++一直霸占编程语言前5名，肯定有其存在的价值。

4. C++关键字(C++98)

C++总计63个关键字，C语言32个关键字

5. 命名空间

我们首先来看一下一个C++程序的样子。

#include<iostream>//头文件
using namespace std;//命名空间std
int main()
{
  cout << "hello world" << endl;//输出并换行
  return 0;
}

5.1 命名空间定义

定义命名空间，需要使用到namespace关键字，后面跟命名空间的名字，然后接一对{}即可，{} 中即为命名空间的成员。现在我们来介绍一下命名空间，注意：C++是兼容90%的C语言。

当我们加入头文件时程序就报错了，因为该文件下有一个rand函数，和我们当前的全局变量rand出现了命名冲突的问题。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int rand = 10;
// C语言没办法解决类似这样的命名冲突问题，所以C++提出了namespace来解决
int main()
{
  printf("%d\n", rand);
  return 0;
}
// 编译后后报错：error C2365: “rand”: 重定义；以前的定义rand是“函数”

在C/C++中，变量、函数和后面要学到的类都是大量存在的，这些变量、函数和类的名称将都存在于全局作用域中，可能会导致很多冲突。使用命名空间的目的是对标识符的名称进行本地化，以避免命名冲突或名字污染，namespace关键字的出现就是针对这种问题的。

命名冲突解决方法如下：不指定命名空间的名字不能访问该全局变量。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
namespace yu //是命名空间的名字，一般开发中是用项目名字做命名空间名。
{
  int rand = 10;
}//这里没有分号
int main()
{
  printf("%p\n", rand);//这里rand是函数，需要%p打印
    // :: 域作用限定符
  printf("%d\n", yu::rand);//这里rand是变量，需要%d打印
  return 0;
}

命名空间中可以定义变量 / 函数 / 类型：

namespace yu //是命名空间的名字，一般开发中是用项目名字做命名空间名。
{
  int rand = 10;
  int Add(int left, int right)
  {
    return left + right;
  }
  struct Node
  {
    struct Node* next;
    int val;
  };
}//这里没有分号
//命名空间变量
yu::rand;
yu:Add(1,2);
struct yu::Node node;

命名空间可以嵌套：

namespace yu 
{
  namespace yu1
  {
    int rand = 10;
  }
  namespace yu2
  {
    int rand = 10;
  }
}
printf("%d\n", yu::yu1::rand);//输出
printf("%d\n", yu::yu2::rand);//输出

同一个工程中允许存在多个相同名称的命名空间,编译器最后会合成同一个命名空间中。

// ps：一个工程中的test.h和上面test.cpp中两个yu会被合并成一个
// test.h
namespace yu
{
    int Add(int left, int right)
  {
    return left + right;
  }
}

5.2 命名空间使用

命名空间中成员该如何使用呢？比如：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
namespace yu
{
  // 命名空间中可以定义变量/函数/类型
  int a = 0;
  int b = 1;
  int Add(int left, int right)
  {
    return left + right;
  }
  struct Node
  {
    struct Node* next;
    int val;
  };
}
int main()
{
  // 编译报错：error C2065: “a”: 未声明的标识符
  printf("%d\n", a);
  return 0;
}

命名空间的使用有三种方式：

加命名空间名称及作用域限定符

int main()
{
    printf("%d\n", yu::a);
    return 0;    
}

使用using将命名空间中某个成员引入

using yu::b;
int main()
{
    printf("%d\n", N::a);
    printf("%d\n", b);
    return 0;    
}

使用using namespace 命名空间名称引入

using namespce yu;
int main()
{
    printf("%d\n", yu::a);
    printf("%d\n", b);
    Add(10, 20);
    return 0;    
}

总结：

std是C++标准库的命名空间，如何展开std使用更合理呢？

1. 在日常练习中，建议直接using namespace std即可，这样就很方便。

2. using namespace std展开，标准库就全部暴露出来了，如果我们定义跟库重名的类型/对象/函数，就存在冲突问题。该问题在日常练习中很少出现，但是项目开发中代码较多、规模大，就很容易出现。所以建议在项目开发中使用，像std::cout这样使用时指定命名空间 + using std::cout展开常用的库对象/类型等方式。

6. C++输入&输出

新生婴儿会以自己独特的方式向这个崭新的世界打招呼，C++刚出来后，也算是一个新事物，那C++是否也应该向这个美好的世界来声问候呢？我们来看下C++是如何来实现问候的。

#include<iostream>
// std是C++标准库的命名空间名，C++将标准库的定义实现都放到这个命名空间中
using namespace std;
int main()
{
  cout << "Hello world!!!" << endl;
  return 0;
}

说明：

1. 使用cout标准输出对象(控制台)和cin标准输入对象(键盘)时，必须包含< iostream >头文件以及按命名空间使用方法使用std。

2. cout和cin是全局的流对象，endl是特殊的C++符号，表示换行输出，他们都包含在包含< iostream >头文件中。

3. <<是流插入运算符，>>是流提取运算符。

4. 使用C++输入输出更方便，不需要像printf/scanf输入输出时那样，需要手动控制格式。 C++的输入输出可以自动识别变量类型。

5. 实际上cout和cin分别是ostream和istream类型的对象，>>和<<也涉及运算符重载等知识，这些知识我们我们后续才会学习，所以我们这里只是简单学习他们的使用。后面我们还有有一个章节更深入的学习IO流用法及原理。

注意：早期标准库将所有功能在全局域中实现，声明在.h后缀的头文件中，使用时只需包含对应头文件即可，后来将其实现在std命名空间下，为了和C头文件区分，也为了正确使用命名空间，规定C++头文件不带.h；旧编译器(vc 6.0)中还支持格式，后续编译器已不支持，因此推荐使用+std的方式。

#include<iostream>
// std是C++标准库的命名空间名，C++将标准库的定义实现都放到这个命名空间中
using namespace std;
int main()
{
  int a = 1;
  double d = 1.1;
  // 可以自动识别变量的类型
  cout << a << endl;
  cout << d << endl;
  // 可以多种类型拼接
  cout << a << "+" << d <<  "=" <<  a + d << endl;
  return 0;
}

运行结果：

// ps：关于cout和cin还有很多更复杂的用法，比如控制浮点数输出精度，控制整形输出进制格式等等。因为C++兼容C语言的用法，这些又用得不是很多，我们这里就不展开学习了。后续如果有需要，我们再配合文档学习。如果需要，可以使用C语言的printf去控制精度。

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