C++ 编程(1) —— 简介

发表于 2024-07-18 更新于 2024-07-21 分类于 C++

以下内容介绍如何学习使用现代 C++ 编程，学习编写、编译和调试 C++ 程序所需的所有步骤。

谨记

成为某一领域专家不是一朝一夕的事，但只要你有一点耐心就能做到。

背景知识：

C++ 是什么？
C++ 是如何产生的？
C++ 程序是如何工作的？
安装哪些软件来创建自己的程序
编写第一个 C++ 程序

计算机程序(通常也称为应用程序)是计算机为完成某些任务而可以执行的一组指令。创建程序的过程称为编程。程序员通常通过编写源代码(通常简称为代码)来创建程序，源代码是输入到一个或多个文本文件中的命令列表。

组成计算机并执行程序的物理计算机部件的集合称为硬件。当一个计算机程序被加载到内存中，并且硬件按顺序执行每条指令时，这被称为运行或执行程序。

编程语言介绍

机器语言
汇编语言
高级编程语言

机器语言

计算机的中央处理器(CPU)不能直接理解 C++ 语言的。CPU可以直接理解的有限指令集称为机器码(或机器语言或指令集)。

下面是一个机器语言指令示例:

1 2	10110000 01100001

计算机刚被发明时，程序员都是使用机器语言编写程序，然而，这个是一个非常困难和耗时的事情

汇编语言

机器语言对于人类来说非常难以阅读和理解，因此发明了汇编语言。
汇编语言中，每条指令都由一个简短的缩写（而不是一组比特）来标识，并且可以使用名称和其他数字。

如下是和上面机器语言对应的汇编语言

1	MOV AL, 061H

由于 CPU 无法执行理解汇编语言，因此在计算机执行之前需要先把汇编语言翻译为机器语言，该过程是通过一个叫 汇编器 的程序来完成

高级语言

为了解决代码可读性和可移植性问题，于是产生了新的编程语言，像C、C++、Java、Python等，这些语言被称为高级语言。

如下是和上面机器语言对应的C/C++高级语言

a = 97;

与汇编程序一样，高级语言编写的程序在运行前必须翻译成计算机能理解的机器语言。
主要有两种方法：编译器和解释器。

编译器的编译过程如下

解释器的处理过程如下

解释器相对于编译器，直接执行源代码中执行，不需要先编译为可执行文件，解释器更灵活，但是编译器产生的可执行文件的执行效果更高。

同时对于解释器，在每台机器上需要安装解释器来执行程序。

关于编译器和解释器的优势对比，参考https://stackoverflow.com/a/38491646

C/C++/Pascal是编译式语言
Python/Perl/Javascript等是解释式语言
Java是既可以解释式执行也可以先编译再执行语言

高级语言的一些好的特性：

更容易读写，接近自然语言
使用更少的指令（相对低层语言）
可以编译为适用于不同系统的可执行文件

C++ 语言介绍

C 语言发展史：

1972年，Dennis Ritchie 开发出 C 语言
1983年，美国国家标准学会（ANSI）成立了一个委员会，为 C 语言制定正式标准
1989年，发布 C89 标准，即通常所说的 ANSI C
1990年，国际标准化组织 (ISO) 采用了 ANSI C（稍作修改）。这一版本的 C 被称为 C90
1999年，国际标准化组织（ISO）发布了 C99 标准。C99 采用了许多已作为扩展功能进入编译器或已在 C++ 中实现的功能。

C++ 语言发展史：

1979年，贝尔实验室的 Bjarne Stroustrup 开发了 C++ 语言，是对 C 语言的扩展。

C++ 在 C 语言的基础上增加了许多新功能，也许最好将其视为 C 语言的超集，但严格来说并非如此（因为 C99 引入了一些 C++ 中不存在的功能）。C++ 的名声主要来自于它是一种面向对象的语言。

1998年，ISO 委员会发布 C++ 标准（即 ISO 标准委员会批准了一份描述 C++ 语言的文件，以帮助确保所有编译器都遵守同一套标准）。

2003 年，该语言发布了一个小的更新版本（称为 C++03）。

此后，C++ 语言进行了五次重大更新（C++11、C++14、C++17、C++20 和 C++23），每次更新都增加了额外的功能。其中，C++11 增加了大量新功能，被广泛认为是该语言的新基准版本。今后，该语言预计每三年左右升级一次。

C++ 开发介绍

以下图示展示了 C++ 开发的基本流程

步骤1: 定义要解决的问题

这一步是要明确 做什么

步骤2: 设计问题的解决方法

这一步是要明确 怎么做

步骤3: 编写程序

为了完成程序编写，需要两样东西：编程语言知识和编辑器

步骤4: 编译源代码

使用 C++ 编译器，把 C++ 源代码编译为目标文件，即把 .cpp 文件编译为 .o 文件

步骤5: 链接目标文件和库

编译完成后，使用链接器把所有的目标文件(.o文件)组合在一起产生可执行文件

步骤6: 测试程序

运行产生的可执行文件，观测产生的输出是否符合预期

步骤7: 调试程序

如果程序不能正确工作，那么需要调试来找到问题并解决

C++ 集成开发环境（IDE）

集成开发环境(IDE)是一种软件，集成了编辑器，编译器，链接器和调试器功能，旨在简化程序的开发、构建和调试。

常见 C++ IDE 介绍

Visual Studio (Windows 系统)
Code::Blocks (Windows 和 Linux 系统)
Visual Studio Code (Windows, macOS 和 Linux 系统)
Xcode (macOS 系统)