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C++基本要素讲解

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第 1 章基本概念

初看起来，学习 C++编程与家禽不可能有关系，但它们还是有关系的——这是一个鸡生

蛋、蛋生鸡的问题。特别是在学习 C++的初期，我们常常要利用还不能理解的例子来学习 C+

+。本章将概述 C++语言，介绍 C++的各种特性，解决这个鸡生蛋、蛋生鸡的问题，再讨论几

个要使用的概念，以后会详细论述它们。

这里介绍的所有概念都将在后面的章节详细讨论。大多数内容仅是在编写 C++程序之前

介绍一下基本概念。我们将列举一个简单的 C++程序，并说明它的组成部分。本章还将介绍

C++中编程的一些主要概念，以及如何根据所编写的源代码文件创建可执行的程序。

不必努力记住本章介绍的概念，而应把注意力集中在涉及到的理念上。本章提到的所有

概念都将在后面的章节中详细论述。

本章主要内容

● C++的哪些特性使之这么普及

● C++程序的基本元素

● 如何注释程序的源代码

● 源代码如何变成可执行程序

● 面向对象的编程方式与过程编程方式的区别

1.1 编程语言

读者可能很熟悉编程和编程语言的基本概念，下面从普遍的意义上简要描述一下本书将

用到的一些术语，并阐述 C++与其他编程语言的关系。

目前有许多编程语言，每一种语言都有其优缺点，都有其吹捧者和批评者。除了 C++之外，

读者一定还听说过 Java、BASIC(Beginner’s All-purpose Symbolic Instruction Code 的首字母缩

写 ) 、 COBOL(Common Business-Oriented Language 的首字母缩写 ) 、 FORTRAN(formula

translator 的前几个字母缩写)、PASCAL(以一位法国数学家 Blaise Pascal 命名)和 C(只是因为它

是 B 语言的后续语言)等编程语言。所有这些统称为高级语言，因为它们可以比较容易地表达

出要计算机完成的工作，而且不针对某台计算机。高级语言中的每个源语句一般映射为几个

内部机器指令，低级语言比较接近内部机器指令，通常称为汇编语言，一种汇编语言专门用

于一种硬件设计，一般一个汇编指令映射为一个内部机器指令。

C++入门经典(第 3 版)

1.1.1 编程语言简史

FORTRAN 是第一种开发出来的高级语言，第一个 FORTRAN 编译器是在上个世纪 50 年

代后期开发出来的。FORTRAN 已有 40 多年的历史了，目前仍广泛应用于科学和工程计算中，

但 C++和其他语言也逐渐进入这些领域。

COBOL 语言专门用于商务数据处理应用程序，它的历史几乎与 FORTRAN 语言一样长。

目前几乎不用 COBOL 编写新代码，而是多年前编写的大量代码仍在使用，所以必须维护它

们。C++也逐渐成为许多商务数据处理程序的可选语言。

BASIC 在上个世纪 70 年代诞生，那时已经有了个人计算机的概念。有趣的是，Microsoft

销售的第一个产品是一个 BASIC 解释程序。这种语言所固有的易用性使之很快普及，直到今

天仍非常流行。

Java 是在上个世纪 90 年代开发的，它最初开发为 Oak 语言，用于给小型电子设备编程

1995 年，Oak 演变为 Java 语言，可以在 Web 页面中内嵌代码，从那时起直到现在，这已经成

为 Java 的主要用途。Java 成功的主要原因是它的可移植性。Java 程序可以在任何支持它的硬

件平台上运行，而且不需要任何修改。Java 语言的语法有许多特性，使它看起来很象 C++，

但有很大的区别。Java 在可移植性方面比 C++好，但执行性能比不上 C++。

C 在上个世纪 70 年代被开发为一种高级语言，用于低级编程，例如实现操作系统。大多

数 Unix 操作系统就是用 C 编写的。

C++是 Bjarne Stroustrup 在上个世纪 80 年代早期开发的，是一种基于 C 的面向对象语言。

顾名思义，C++表示 C 的累加。由于 C++基于 C，所以这两种语言有许多共同的语法和功能，

C 中所有低级编程的功能都在 C++中保留下来。但是，C++比其前身丰富得多，用途也广泛得

多。C++对内存管理功能进行了非常大的改进，C++还具有面向对象的功能，所以 C 在功能上

只是 C++的一个很小的子集。C++在适用范围、性能和功能上也是无可匹敌的。因此，目前

大多数高性能的应用程序和系统仍使用 C++编写。

1.1.2 解释性程序和编译性程序的执行过程

无论使用哪种编程语言，编写出来的程序都是由各个指令或源语句构成的，它们描述了

希望计算机执行的动作。这些指令或源语句统称为源代码，存储在磁盘的源文件中。任何规

模的 C++程序都是由若干个源文件组成的。

编程语言的目的是，与计算机可以执行的程序相比，能够更简单地描述希望计算机执行

的动作。计算机只能执行包含机器指令(也称为机器代码)的程序，不能直接执行我们编写的程

序。用前面提到的语言编写的程序基本上有两种执行方式，在大多数情况下，一种语言会选择

其中一种执行方式。例如，用 BASIC 语言编写的程序通常是解释性的，也就是说，另一个称

为解释器的程序会检查 BASIC 源代码，确定该程序要做什么，再让计算机完成这些动作。如

图 1-1 所示。

第 1 章基本概念

图 1-1 解释性程序和编译性程序的执行过程

而 C++是一种编译语言。在执行 C++程序之前，必须用另一个程序(即编译器)把它转换为

机器语言。编译器会检查并分析 C++程序，并生成机器指令，以执行源代码指定的动作。当

然，解释和编译都不像这里描述的那样简单，但其工作原理就是这样。

使用解释性语言，执行过程是间接的，也就是说，每次执行程序时，都需要确定源代码

的意图。因此，这种语言比编译语言的对应程序的执行速度慢得多，有时要慢 100 倍。其优

点是在运行之前，不必等待程序的编译。使用解释性语言，一旦输入代码，就可以立刻执行

程序。任何一种语言要么是解释性的，要么是编译性的，这通常由该语言的设计和用途来决

定。前面说过 BASIC 是一种解释性语言，但这不是绝对的，目前有许多 BASIC 语言的编译器。

于是，就有了“哪种语言比较好”这个问题。简单地说，没有所谓“最好”的语言，因为这取

决于环境。例如，用 BASIC 编写程序通常比使用其他语言快得多，所以，如果开发速度比较

重要，但执行性能不是很重要，BASIC 就是一种非常好的选择。另一方面，如果程序要求具

有 C++提供的执行性能，或者应用程序需要 C++中的功能而不是 BAISC，显然就应使用 C+

+。如果应用程序必须在许多不同的计算机上执行，而且执行性能不是很重要，可能 Java 就是

最佳选择。

当然，不同的语言学习起来，所需的时间和难度也不一致。根据学习一种语言所需的时

间，C++可能是比较难的，但是不应放弃，这并不是说 C++非常难，而是说 C++比其他语言

难一些，需要较长的学习时间。

学习哪种语言的最后一个要点是，任何专业程序员都需要掌握几种编程语言。如果读者

是一位初学者，这可能会使人觉得沮丧，但一旦学习并掌握了一两种编程语言，再掌握其他

语言就非常容易了。第一种编程语言总是最难的。

1.1.3 库

每次编写程序时，如果总是要从头开始编写，就相当繁琐。在许多程序中，常常需要某

种相同的功能，例如从键盘上输入数据，或在屏幕上显示信息，或按照指定的顺序对数据记

录排序。为了解决这个问题，编程语言通常提供了大量预先编写好的代码，以执行标准的操

作，这样就不必重新编写这些代码了。

C++入门经典(第 3 版)

可用于任意程序的标准代码都保存在一个库中。编程语言附带的库跟语言本身一样重要，

因为库的质量和使用范围对完成某一编程任务所需的时间有非常大的影响。

1.2 C++是一种强大的语言

C++在几乎所有的计算环境中都非常普及：个人电脑、Unix 工作站和大型计算机。如果

考察一下新编程语言的发展史，就可以看出 C++的这种普及率是非常高的。用以前的语言编

写的程序量非常大，这无疑会降低对新语言的接受程度。除此以外，大多数专业程序员总是

愿意使用他们已熟知的、使用起来得心应手的语言，而不是转而使用新的、不熟悉的语言，

花大量的时间来研究其特性。当然，C++是建立在 C 的基础之上(在 C++出现之前，许多环境

都使用 C 语言)，这对于 C++的普及有很大的帮助，但是 C++的流行远不只这一个原因。C++

有许多优点：

● C++适用的应用程序范围极广。C++可以用于几乎所有的应用程序，从字处理应用程序

到科学应用程序，从操作系统组件到计算机游戏等。

● C++可以用于硬件级别的编程，例如实现设备驱动程序。

● C++从 C 中继承了过程化编程的高效性，并集成了面向对象编程方式的功能。

● C++在其标准库中提供了大量的功能。

● 有许多商业 C++库支持数量众多的操作系统环境和专门的应用程序。

因为几乎所有的计算机都可以使用 C++编程，所以 C++语言普及到几乎所有的计算机平

台上。也就是说，把用 C++编写的程序从一台机器迁移到另一台机器上不需要费什么力气。

当然，如果这个过程真的非常简单，那么编写在另一台机器上运行的程序时就需要考虑使用

C++语言了。

C++的 ANSI/ISO 标准

C++的国际标准由 ISO/IEC 14882 文档定义，该文档由美国国家标准协会 ANSI 发表。读

者可以获得该标准的副本，但要记住，该标准主要由编译器编写人员使用，而不是学习该语

言的人使用。如果读者不在意这一点，就可以从 http://webstore.ansi.org/ansidocstore/default.asp

上用合理的费用下载该标准的副本。

标准化是把所编写的程序从一种类型的计算机迁移到另一种类型的计算机上的基础。标

准的建立使语言在各种机器上的实现保持一致。在所有相容编程系统上都可用的一组标准功

能意味着，用户总是能确定下一步会获得什么结果。C++的 ANSI 标准不仅定义了语言，还定

义了标准库。使用 ANSI 标准后，C++使应用程序可以轻松地在不同的机器之间迁移，缓解了

在多个环境上运行的应用程序的维护问题。

C++的 ANSI 标准还有另一个优点：它对用 C++编程所需要学习的部分进行了标准化。这

个标准将使后续的程序具有一致性，因为它只为 C++编译器和库提供了一个定义参考。在编

写编译器时，该标准的存在也使编写人员不再需要许可。读者在购买遵循 ANSI 标准的 C++编

译器时，就知道会得到什么语言和标准库功能。

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