C++ Primer Plus 自學筆記1：C++特性及程序主體簡介

C語言特性

結構化編程（Structured Programming）

早期語言（如 Fortran 和 Basic ）在代碼組織上可能會存在問題（例如分支語句常常會讓代碼邏輯和可讀性變得特別差）。對此，C語言使用了結構化編程這一方法，將程序中的分支限制爲一組易讀的代碼結構（例如 for、while、do while 循環以及 if else 語句）。

自頂向下（ top-down ）

將大型程序分解爲多個小型、易管理、可重複調用的小任務，這個分解過程可以持續下去，把小任務分解爲更小的任務。在C語言中，通過函數來實現“自頂向下”。

 

C++語言特性

面向過程編程

即 Procedure Oriented Programming（POP），以過程爲中心的編程思想。以“什麼正在發生”爲主要目標進行編程，是 C語言的重要特性（前文所述的結構化編程、自頂向下思想亦根植於此特性）。由於 C++ 繼承自 C，因此 C++ 也擁有此特性。

面向對象編程

即 Object Oriented Programming（OOP）。在 C++ 中通過類與對象這兩種數據結構及封裝、多態、繼承等方法實現。類規定了用何數據描述一個物像（或者概念）並規定了如何用這些數據去描述，對象則是根據類的要求構造的而成的，代表某個物像（或概念）的特殊數據結構。因此與面向過程不同，面向對象的重點不在任務上，而在於表示概念。

面向對象編程常常從低級組織（類）開始構建，進而構建高級組織（程序），該過程稱爲自下向上編程（ bottom-up ）

泛型編程

即Generic Programming。泛型也是一種特殊的抽象數據結構，相較於面向對象編程關注於數據，泛型編程關注算法本身，因此其不拘泥於數據類型。例如，寫一個兩數相加返回結果的函數，若輸入的數據類型可能爲int，也可能爲float，則比較麻煩，通過泛型（更具體地說，使用模板）則可較爲方便地解決：

#include <iostream>
using namespace std;

template <typename T>
T add(T a,T b){
    return a+b;
}

int main(){
    int n1, n2, n3;
    float f1, f2, f3; 
    cin>>n1>>n2;
    cin>>f1>>f2;
    n3 = add(n1, n2);
    f3 = add(f1, f2);
    return 0;
}

 

可移植性及C++標準

可移植性是指同樣的代碼，只需要使用針對不同平臺設計的編譯器進行編譯，而不必更改代碼本身，就可以跨平臺運行（這裏所說的平臺，是 CPU + 操作系統，也就是說，即使操作系統相同，CPU不同，也可能算作不同平臺）。然而程序的可移植性的實現有兩大阻礙。一是硬件，與硬件相關的程序不可移植。舉個例子，彙編語言的幾乎就是不可移植的，因爲它過於底層，直接操作硬件，然而不同的CPU有不同的指令集（不同的指令集意味着不同的彙編語法），因此同樣的彙編語言，可能換個CPU就不行了……二是標準。不同操作系統上，即使是同一種語言，由於標準不同語法上可能會有些許差異，這也是影響移植性的一大原因。

要解決第二種阻礙，可通過制定針對所有平臺的統一標準來實現。對此，ISO標準委員會分別於1998、2003、2011年推出了C++標準（分別爲C++98、C++03、C++11標準，其中C++03是C++98的補丁版，兩者語言特性一致）。之後也ISO也頒佈過C++14、C++17等標準……

同理，C語言也有國際標準，如C89、C90、C99等（其中C89和C90一樣）

雖然C++一般可以視爲功能更強大的C，但兩者並不能完全兼容。C++標準可“近似地”視爲C標準的超集，但也並不是所有的C語言的代碼都可正確運行於C++中。
C++ Primer Plus 書中所述基於C++98標準，並介紹部分C++11特性。

 

再識 A+B Problem

下面我們將逐行解釋以下程序

#include <iostream>
using namespace std;
int main(){
    int a, b, c;
    cin>>a>>b;
    c = a + b;
    cout<<c<<endl;
    return 0;
}

第一行：頭文件

頭文件的作用、編譯器對頭文件的處理方式（預編譯）這裏就不展開了，這裏講講頭文件的幾種形式：

• C++的頭文件，用C++的寫法（不帶後綴名）。例如，iostream是C++的頭文件，調用時就寫爲：#include <iostream>
• C++的頭文件，但用C的寫法（即使用.h）。例如：#include <iostream.h>
• C的頭文件，用C的寫法，例如：#include <math.h>
• C的頭文件，但後來被轉換爲C++的頭文件，則不需要後綴名，但要在前面加上“c”，例如：#include <cmath>

再講講語法規則：

如果include的是官方的標準頭文件，用尖括號“包圍”頭文件名，如：

#include <iostream>

預編譯時編譯器會在系統中存放標準頭文件的目錄中尋找。

如果是include的是用戶編寫的，非官方的頭文件，則用雙引號：

#include "abc.h"

這樣編譯器在預編譯的時候會優先在用戶目錄下搜索對應頭文件，沒有的話再到系統中存放標準頭文件的目錄中尋找。

第二行：命名空間（namespace）

假設程序引用的兩個頭文件a和b中，都有函數add的聲明，那在main中調用add就會產生衝突，因此可通過定義兩個命名空間A和B進行對應，那麼在函數調用時，A::add()調用的就是頭文件a中聲明的函數，B::add()調用的就是頭文件b中聲明的函數。

目前，C++標準的函數、類、變量等，都置於命名空間std之下，假設#include <iostream>後使用cin、cout，則需要寫出完整名字：std::cin和std::cout。當然，也可在main之前進行命名空間的聲明：

using std::cout;

之後在使用cout時，可不必再寫std::

當然，也可以直接聲明使用std命名空間中的所有名稱，從而在後續調用中免去所有std::

using namespace std;

該行命令可以寫在函數內，則該函數從這條命令後的調用可省略std::，也可以寫在函數外，則全局有效。

第三行：main函數

無論是單個cpp，還是大量文件的巨型工程，一般而言代碼中有且只有一個main函數（沒有main函數的其他cpp文件則被視爲庫文件，一般用於實現函數、類）。通常，我們視main函數爲操作系統與程序的橋樑。系統通過main，來開始執行我們的源代碼。

main函數無需參數傳入，因此也可以寫爲：int main(void)

main函數一般寫爲int類型，返回值爲0，然而實際上，根據C++標準，main函數可以省略掉return 0;當然也只有main函數有這個特殊待遇……

經典的C語言寫法往往還能省略掉main前面的int：

main()
{
    int a, b, c;
    c = a + b;
    cout<<c;
    return 0;    //這句也能再省略
}

此外還有寫成void main()的，大一的垃圾C++課用的VC 6.0支持的就是這個……不過這種寫法比較新的編譯器都不支持了 。

第四行：定義

沒什麼好說的，略了……

第五行：cin

按書中所述，cin和cout並不是函數，而是一種對象，cin爲istream類的對象，cout爲ostream類的對象，這兩個類均在iostream中定義。符號“<<”和“>>”是用於指示信息的流動方向，如cout<<c，意思就是變量c中的內容（信息）被插入到輸出流中。這裏還涉及到運算符重載的問題。符號“<<”和“>>”實際上是位運算中左移和右移的符號，但在輸入輸出流中它們被重載了。

第六行：賦值

也沒啥好說的，記一個不太熟的知識點：C++支持連續賦值。

int a = 1;
int d = c = b = a;

賦值依次進行，a的值賦給b，此時b==1，再把b的1賦值給c，依次類推。

第七行：cout

具體可看“第五行：cin”的相關內容，這裏記個知識點：控制符“endl”實際上通過iostream聲明，其全名爲std::endl。

另外，endl是控制符，換行符是“\n”。

第八行：返回值

前文提到了，略了……

第九行：空白

最後講講格式問題。

代碼中不可分割的元素叫做標記（token），例如int、main、return這些關鍵字、變量名等，標記之間一般需要用空白來隔開。所謂空白，是指空格、製表符（Tab）或者回車。

空白用於隔開標記，但實際上，並未規定用何種標記來隔開標記，因此程序可以寫成這個樣子：

#   include <iostream>
using 
namespace 
std
;
int             main
(       )
{return 0;}

也真是有夠噁心的……