【C++学习笔记】C++入门前言

C++入门前言

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一. C++

1.1 发展历史

起源阶段

• 1979年：丹麦计算机科学家Bjarne Stroustrup在贝尔实验室工作期间，发现C语言在复杂软件开发（如操作系统、模拟程序）中存在表达能力和可维护性不足的问题，决定对其进行扩展。
• 1983年：基于C语言，首次引入类、封装、继承等面向对象特性，形成C++雏形，并正式命名（“++”象征对C的增强）。

早期发展

• 1980年代中后期：C++在学术界与工业界逐步普及，成为教学和开发的重要工具。其标准库、模板等特性在此期间完善，支持更复杂的编程需求。

标准化进程

• 1989年：ANSI与ISO联合成立委员会，启动C++标准化工作。
• 1994年：发布首个标准化草案，保留Stroustrup的核心设计，新增部分特性，并引入STL（标准模板库）（由惠普实验室Alexander Stepanov等人开发），显著扩展了C++的泛型编程能力，但也延缓了标准化进程。
• 1998年：正式通过C++98标准（ANSI/ISO），成为首个国际标准，奠定语言规范与广泛应用的基础。

关键影响

• 以C语言的高效性为基础，融合面向对象与泛型编程，解决了复杂软件工程的开发难题。
• STL的加入使C++在数据结构和算法处理上更具竞争力，推动了高性能计算、系统开发等领域的应用。

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1.2 C++版本更新：1998-2023

时间	阶段	内容
1988年	C++98	C++官方第一个版本，以模板方式重写C++标准库，引入STL
2003年	C++03	C++标准的一个重大修订，聚焦于语言的稳定性和兼容性，修改了C++98标准中的错误和漏洞，引入了一些新的特性和功能
2011年	C++11	一次革命性的更新，增加了大量的新特性和功能，使得C++更像一种新语言
2014年	C++14	对C++11的扩展，主要是修复C++11中的漏洞以及改进
2017年	C++17	增强了C++的功能和表达能力
2020年	C++20	C++历史上又一个重要里程碑，更新引入了一系列新特性，为C++的未来打下坚实基础
2023年	C++23	一个小版本更新，进一步完善和改进现有特性
2026年	C++26	制定中

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1.3 关于C++的杂记

• C++23 没有将网络库纳入标准，又让 C++ 爱好者捶胸顿足，这等到花儿都谢了。C++ 是为数不多的没有标准网络库的主流语言，想想真是头大。
  链接: P2452R0 2021 October Library Evolution and Concurrency Networking and Executors Poll Outcomes
  链接: C++23的目标

• C++ 一直坚持的向后兼容性，简单来说, 新标准必须支持旧标准, 许多旧标准因为被许多项目依赖, 不能轻易废除，这就让 C++ 变得越来越臃肿。但我们可以不用学会所有特性，C++ 本来就是设计成支持多种编程范式的语言，选择满足需要的特性就好。C++ 的设计也影响了很多新出现的编程语言。C++初学者主要先学习C++98和C++11，其他版本根据工作需求.

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二. C++学习参考

2.1 学习难度

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2.2 官方文档

https://legacy.cplusplus.com/reference/
https://zh.cppreference.com/w/cpp
https://en.cppreference.com/w/
第⼀个链接不是C++官⽅⽂档，标准只更新到C++11，以头⽂件形式呈现，内容⽐较易看好懂。
后两个链接分别是C++官⽅⽂档的中⽂版和英⽂版，信息很全，更新到了最新的C++标准。

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2.3 学习书籍

C++Primer：主要讲解语法，经典的语法书籍。
STL源码剖析：主要从底层实现的⻆度结合STL源码，庖丁解⽜式剖析STL的实现，是侯捷⽼师的经典之作。可以很好的帮助我们学习别⼈⽤语法是如何实现出⾼效简洁的数据结构和算法代码，如何使⽤泛型封装等。
Effctive C++：本书是侯捷⽼师翻译的，本书有的⼀句评价，把C++程序员分为看过此书的和没看过此书的。本书主要讲了55个如何正确⾼效使⽤C++的条款，建议学习中后期可以看⼀遍，⼯作1-2年后再看⼀遍，相信会有不⼀样的收获。
高质量C++编程指南：本书是由林锐博士的 经典之作，主要帮助开发者编写高质量、可维护的代码。

私信获取电子版，当然更推荐大家使用纸质版书籍

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三. C++的重要性

3.1 C++核心应用领域

1. ⼤型系统软件开发

   • 典型场景：编译器（如GCC、Clang）、数据库（如MySQL、MongoDB）、操作系统（如Windows内核、Linux部分组件）、浏览器（如Chrome渲染引擎）。
   • 优势：直接操作硬件资源、高效管理内存，适用于底层和高性能场景。

2. ⾳视频处理与多媒体开发

   • 技术栈：FFmpeg（编解码）、WebRTC（实时通信）、Mediasoup（流媒体传输）、ijkplayer（播放器）。
   • 特点：低延迟处理、多线程优化，满足实时音视频流的性能需求。

3. PC客户端与跨平台GUI开发

   • 工具：QT框架（如WPS、Autodesk Maya）、MFC（传统Windows应用）。
   • 价值：跨平台兼容性（Windows/Linux/macOS）、高性能图形渲染。

4. 服务端与⾼性能后台开发

   • 场景：游戏服务器（如MMO实时交互）、高频交易系统（纳秒级响应）、流媒体服务（如直播平台）。
   • 对比：相比Java/Python，C++在CPU密集型和低延迟场景更具优势。

5. 游戏引擎与图形学开发

   • 引擎案例：Unreal Engine、Cocos2d-x、Unity（部分底层）。
   • 核心需求：物理模拟、3D渲染、内存管理，直接调用GPU/图形API（如OpenGL、Vulkan）。

6. 嵌⼊式开发与物联网（IoT）

   • 应用：智能家居（扫地机器人、门禁系统）、车载系统（自动驾驶模块）、工业控制（PLC、传感器）。
   • 分层：
     • 嵌入式应用：用户交互逻辑（如智能手表界面）。
     • 嵌入式驱动：硬件通信（如摄像头驱动、CAN总线协议）。

7. 机器学习与AI底层引擎

   • 框架支持：TensorFlow/PyTorch底层（C++实现）、ONNX Runtime。
   • 分工：Python用于模型训练/调参，C++用于推理加速（如边缘设备部署）。

8. 测试开发与⼯具链构建

   • 角色：开发高性能测试工具（如Google Test）、自动化脚本引擎、性能分析器（如Valgrind）。
   • 扩展：C++用于实现测试框架核心，Python/Shell用于脚本封装。

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3.2 C++的重要性与核心优势

1. 极致性能与底层控制

   • 内存管理：手动控制堆栈分配，避免GC（垃圾回收）带来的延迟，适合实时系统（如游戏、高频交易）。
   • 硬件交互：直接操作内存地址、寄存器，用于驱动开发、嵌入式系统和操作系统内核。

2. 跨平台与可移植性

   • 编译特性：通过编译器（GCC、MSVC、Clang）生成平台相关代码，支持Windows、Linux、嵌入式RTOS等多环境。
   • 标准库兼容：STL（标准模板库）提供跨平台数据结构（如vector、map）。

3. 成熟的生态系统

   • 开源库：Boost（扩展功能）、OpenCV（计算机视觉）、Eigen（矩阵运算）。
   • 工业级项目：Apache Kafka（部分C++）、Redis模块、区块链底层（如比特币核心）。

4. 泛型编程与模板元编程

   • STL的威力：泛型算法（如sort、find）与容器（如list、unordered_map）提升代码复用性。
   • 编译期优化：模板元编程（TMP）实现零成本抽象（如类型安全的std::variant）。

5. 标准化与持续演进

   • 版本迭代：C++11（智能指针、Lambda）、C++17（并行算法）、C++20（协程、概念约束）。
   • 社区支持：ISO委员会与全球开发者共同推动语言现代化（如模块化、Ranges库）。

6. 不可替代的领域

   • 实时系统：航空航天、医疗设备（如MRI控制软件）依赖C++的确定性和可靠性。
   • 资源受限环境：嵌入式设备（如Arduino）需极致优化内存与CPU占用，C++优于解释型语言。

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3.3 总结

C++凭借其性能、灵活性和底层控制能力，成为系统级软件、实时应用和高性能计算的核心语言。尽管新兴语言（如Rust）在安全性上发起挑战，C++通过持续演进和庞大生态，仍稳居工业界“基础设施语言”的宝座。