《C+Primer Plus(第6版)中文版》

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关于作者

本书作者Stephen Prata在美国加州肯特菲尔得的马林学院教授天文、物理和计算机科学。他毕业于加州理工学院,在美国加州大学伯克利分校获得博士学位。他单独或与他人合作编写的编程图书有十多本,其中《New C Primer Plus》获得了计算机出版联合会1990年度最佳“How-to”计算机图书奖,《C++ Primer Plus》获得了计算机出版联合会1991年度最佳“How-to”计算机图书奖提名

历 史

学习C++是一次探索之旅,因为这种语言容纳了好几种编程范式,其中包括面向对象编程、泛型编程和传统的过程化编程。这本书第 5 版是基于 ISO C++标准编写的,该标准的官方名称为 C++99 和 C++03(C++99/C++03),其中2003标准主要是对1999标准的技术修正,并没有添加任何新功能。C++在不断发展,编写本书时,新标准获得了C++国际标准委员会的批准。在制定期间,该标准名为C++0x,但现已改名为C++11。大多数编译器都能很好地支持C++99/03,而本书的大多数示例都遵守该标准。有些实现中已显现了新标准的很多功能,而本书也对这些新功能进行了探索。

本书在介绍C++特性的同时,讨论了基本C语言,使两者成为有机的整体。书中介绍了C++的基本概念,并通过短小精悍的程序来阐明,这些程序都很容易复制和试验。书中还介绍了输入和输出,如何让程序执行重复性任务,如何让程序做出选择,处理数据的多种方式,以及如何使用函数等内容。另外,本书还讲述了C++在C语言的基础上新增的很多特性,包括:

类和对象;

继承;

多态、虚函数和RTTI(运行阶段类型识别);

函数重载;

引用变量;

泛型(独立于类型的)编程,这种技术是由模板和标准模板库(STL)提供的;

处理错误条件的异常机制;

管理函数、类和变量名的名称空间。

初级教程方法

大约20年前,《C Primer Plus》开创了优良的初级教程传统,本书建立在这样的基础之上,吸收了其中很多成功的理念。

初级教程应当是友好的、便于使用的指南。

初级教程不要求您已经熟悉相关的编程概念。

初级教程强调的是动手学习,通过简短、容易输入的示例阐述一两个概念。

初级教程用示意图来解释概念。

初级教程提供问题和练习来检验您对知识的理解,从而适于自学或课堂教学。

基于上述理念,本书帮助您理解这种用途广泛的语言,并学习如何使用它。

对何时使用某些特性,例如何时使用公共继承来建立is-a关系,提供了概念方面的指导。

阐释了常用的C++编程理念和技术。

提供了大量的附注,如提示、警告、注意等。

本书的作者和编辑尽最大的努力使本书简单、明了、生动有趣。书中包含大量的示例代码,其中大部分是完整的程序。和前一版一样,本书介绍的是通用C++,因此适用于任何计算机、操作系统和编译器。书中的示例在Windows 7系统、Macintosh OS X系统和Linux系统上进行了测试。使用了C++11功能的程序要求编译器支持这些功能,但其他程序可在遵循C++ 99/03的任何系统上运行。

本书内容

创新工场首席架构师蔡学镛说:“ 约20年前,我是看Stephen Prata的C Primer Plus学C语言的。现在Stephen Prata的新书又回到我手上了,这次是C++ Primer Plus(第六版)中文版。对于系统编程语言来说,除了C++,我们没有太多其他的选择。D语言曾经有挑战C++的机会,但机会似乎已经消失,我预期未来GO语言也会挑战C++,但不管怎样,目前C++依然是王者。这本C++ Primer Plus(第6版)中文版是C++图书中内容最新最丰富者。C++是一门很容易误用的语言,学习C++需要钜细靡遗。我选择用这本书复习并更新我的C++知识。 ”

本书分为18章和10个附录。

第1章 预备知识:本章介绍Bjarne Stroustrup如何通过在C语言的基础上添加对面向对象编程的支持,来创造C++编程语言。讨论面向过程语言(如C语言)与面向对象语言(如C++)之间的区别。您将了解ANSI/ISO在制定C++标准方面所做的工作。本章还讨论了创建C++程序的技巧,介绍了当前几种C++编译器使用的方法。最后,本章介绍了本书的一些约定。

第2章 开始学习C++:本章介绍创建简单C++程序的步骤。您可以学习到main( )函数扮演的角色以及C++程序使用的一些语句。您将使用预定义的cout和cin对象来实现程序输出和输入,学习如何创建和使用变量。最后,本章还将介绍函数——C++的编程模块。

第3章 处理数据:C++提供了内置类型来存储两种数据:整数(没有小数的数字)和浮点数(带小数的数字)。为满足程序员的各种需求,C++为每一种数据都提供了几个类型。本章将要讨论这些类型,包括创建变量和编写各种类型的常量。另外,还将讨论C++是如何处理不同类型之间的隐式和显式转换的。

第4章 复合类型:C++让程序员能够使用基本的内置类型来创建更复杂的类型。最高级的形式是类,这将在第9章~第13章讨论。本章讨论其他形式,包括数组(存储多个同类型的值)、结构(存储多个不同类型的值)、指针(标识内存位置)。您还将学习如何创建和存储文本字符串及如何使用C-风格字符数组和C++ string类来处理文本输入和输出。最后,还将学习C++处理内存分配的一些方法,其中包括用于显式地管理内存的new和delete运算符。

第5章 循环和关系表达式:程序经常需要执行重复性操作,为此C++提供了3种循环结构:for循环、while循环和do while循环。这些循环必须知道何时终止,C++的关系运算符使程序员能够创建测试来引导循环。本章还将介绍如何创建逐字符地读取和处理输入的循环。最后,您将学习如何创建二维数组以及如何使用嵌套循环来处理它们。

第6章 分支语句和逻辑运算符:如果程序可以根据实际情况调整执行,我们就说程序能够智能地行动。在本章,您将了解到如何使用if、if else和switch语句及条件运算符来控制程序流程,学习如何使用逻辑运算符来表达决策测试。另外,本章还将介绍确定字符关系(如测试字符是数字还是非打印字符)的函数库cctype。最后,还将简要地介绍文件输入/输出。

第7章 函数——C++的编程模块:函数是C++的基本编程部件。本章重点介绍C++函数与C函数共同的特性。具体地说,您将复习函数定义的通用格式,了解函数原型是如何提高程序可靠性的。同时,还将学习如何编写函数来处理数组、字符串和结构。还要学习有关递归的知识(即函数在什么情况下调用自身)以及如何用它来实现分而治之的策略。最后将介绍函数指针,它使程序员能够通过函数参数来命令函数使用另一个函数。

第8章 函数探幽:本章将探索C++中函数新增的特性。您将学习内联函数,它可以提高程序的执行速度,但会增加程序的长度;还将使用引用变量,它们提供了另一种将信息传递给函数的方式。默认参数使函数能够自动为函数调用中省略的函数参数提供值。函数重载使程序员能够创建多个参数列表不同的同名函数。类设计中经常使用这些特性。另外,您还将学习函数模板,它们使程序员能够指定相关函数族的设计。

第9章 内存模型和名称空间:本章讨论如何创建多文件程序,介绍分配内存的各种方式、管理内存的各种方式以及作用域、链接、名称空间,这些内容决定了变量在程序的哪些部分是可见的。

第10章 对象和类:类是用户定义的类型,对象(如变量)是类的实例。本章介绍面向对象编程和类设计。对象声明描述的是存储在对象中的信息以及可对对象执行的操作(类方法)。对象的某些组成部分对于外界来说是可见的(公有部分),而某些部分却是隐藏的(私有部分)。特殊的类方法(构造函数和析构函数)在对象创建和释放时发挥作用。在本章中,您将学习所有这些内容以及其他类知识,了解如何使用类来实现ADT,如栈。

第11章 使用类:在本章中,您将深入了解类。首先了解运算符重载,它使程序员能够定义与类对象一起使用的运算符,如+。还将学习友元函数,这些函数可以访问外部世界不可访问的类数据。同时还将了解一些构造函数和重载运算符成员函数是如何被用来管理类类型转换的。

第12章 类和动态内存分配:一般来说,让类成员指向动态分配的内存很有用。如果程序员在类构造函数中使用new来分配动态内存,就有责任提供适当的析构函数,定义显式拷贝构造函数和显式赋值运算符。本章介绍了在程序员没有提供显式定义时,将如何隐式地生成成员函数以及这些成员函数的行为。您还将通过使用对象指针,了解队列模拟问题,扩充类方面的知识。

第13章 类继承:在面向对象编程中,继承是功能最强大的特性之一,通过继承,派生类可以继承基类的特性,可重用基类代码。本章讨论公有继承,这种继承模拟了is-a关系,即派生对象是基对象的特例。例如,物理学家是科学家的特例。有些继承关系是多态的,这意味着相同的方法名称可能导致依赖于对象类型的行为。要实现这种行为,需要使用一种新的成员函数——虚函数。有时,使用抽象基类是实现继承关系的最佳方式。本章讨论了这些问题,说明了公有继承在什么情况下合适,在什么情况下不合适。

第14章 C++中的代码重用:公有继承只是代码重用的方式之一。本章将介绍其他几种方式。如果一个类包含了另一个类的对象,则称为包含。包含可以用来模拟has-a关系,其中一个类包含另一个类的对象。例如,汽车有马达。也可以使用私有继承和保护继承来模拟这种关系。本章说明了各种方法之间的区别。同时,您还将学习类模板,它让程序员能够使用泛型定义类,然后使用模板根据具体类型创建特定的类。例如,栈模板使程序员能够创建整数栈或字符串栈。最后,本章还将介绍多重公有继承,使用这种方式,一个类可以从多个类派生而来。

第15章 友元、异常和其他:本章扩展了对友元的讨论,讨论了友元类和友元成员函数。然后从异常开始介绍了C++的几项新特性。异常为处理程序异常提供了一种机制,如函数参数值不正确或内存耗尽等。您还将学习RTTI,这种机制用来确定对象类型。最后,本章还将介绍一种更安全的方法来替代不受限制的强制类型转换。

第16章 string类和标准模板库:本章讨论C++语言中新增的一些类库。对于传统的C-风格字符串来说,string类是一种方便且功能强大的替代方式。Auto_ptr类帮助管理动态分配的内存。STL提供了几种类容器(包括数组、队列、链表、集合和映射)的模板表示。它还提供了高效的泛型算法库,这些算法可用于STL容器,也可用于常规数组。模板类valarray为数值数组提供了支持。

第17章 输入、输出和文件:本章复习C++ I/O,并讨论如何格式化输出。您将要学习如何使用类方法来确定输入或输出流的状态,了解输入类型是否匹配或是否检测到了文件尾。C++使用继承来派生用于管理文件输入和输出的类。您将学习如何打开文件,以进行输入和输出,如何在文件中追加数据,如何使用二进制文件,如何获得对文件的随机访问权。最后,还将学习如何使用标准的I/O方法来读取和写入字符串。

第18章 探讨C++新标准:本章首先复习之前介绍过的几项C++11新功能,包括新类型、统一的初始化语法、自动类型推断、新的智能指针以及作用域内枚举。然后,讨论新增的右值引用类型以及如何使用它来实现移动语义。接下来,介绍了新增的类功能、lambda表达式和可变参数模板。最后,概述了众多其他的新功能。

附录A 计数系统:本附录讨论八进制数、十六进制数和二进制数。

附录B C++保留字:本附录列出了C++关键字。

附录C ASCII字符集:本附录列出了ASCII字符集及其十进制、八进制、十六进制和二进制表示。

附录D 运算符优先级:本附录按优先级从高到低的顺序列出了C++的运算符。

附录E 其他运算符:本附录总结了正文中没有介绍的其他C++运算符,如按位运算符等。

附录F 模板类string:本附录总结了string类方法和函数。

附录G 标准模板库方法和函数:本附录总结了STL容器方法和通用的STL算法函数。

附录H 精选读物和网上资源:本附录列出一些参考书,帮助您深入了解C++。

附录I 转换为ISO标准C++:本附录提供了从C和老式C++实现到标准C++的转换指南。

附录J 复习题答案:本附录提供各章结尾的复习题的答案。

导读:C++简史

C++融合了3种不同的编程方式:C语言代表的过程性语言、C++在C语言基础上添加的类代表的面向对象语言、C++模板支持的泛型编程。本章将简要介绍这些传统。不过首先,我们来看看这种传统对于学习C++来说意味着什么。使用C++的原因之一是为了利用其面向对象的特性。要利用这种特性,必须对标准C语言知识有较深入的了解,因为它提供了基本类型、运算符、控制结构和语法规则。所以,如果已经对C有所了解,便可以学习C++了,但这并不仅仅是学习更多的关键字和结构,从C过渡到C++的学习量就像从头学习C语言一样大。另外,如果先掌握了C语言,则在过渡到C++时,必须摈弃一些编程习惯。如果不了解C语言,则学习C++时需要掌握C语言的知识、OOP知识以及泛型编程知识,但无需摈弃任何编程习惯。如果您认为学习C++可能需要扩展思维,这就对了。本书将以清晰的、帮助的方式,引导读者一步一个脚印地学习,因此扩展思维的过程是温和的,不至于让您的大脑接受不了。

本书通过传授C语言基础知识和C++新增的内容,带您步入C++的世界,因此不要求读者具备C语言知识。首先学习C++与C语言共有的一些特性。即使已经了解C语言,也会发现阅读本书的这一部分是一次很好的复习。另外,本章还介绍了一些对后面的学习十分重要的概念,指出了C++和C之间的区别。在牢固地掌握了C语言的基础知识后,就可以在此基础上学习C++方面的知识了。那时将学习对象和类以及C++是如何实现它们的,另外还将学习模板。

本书不是完整的C++参考手册,不会探索该语言的每个细节,但将介绍所有的重要特性,包括模板、异常和名称空间等。

下面简要地介绍一下C++的背景知识。

1.1 C++简史

在过去的几十年,计算机技术以令人惊讶的速度发展着,当前,笔记本电脑的计算速度和存储信息的能力超过了20世纪60年代的大型机。很多程序员可能还记得,将数叠穿孔卡片提交给充斥整个房间的大型计算机系统的时代,而这种系统只有100KB的内存,比当今智能手机的内存都少得多。计算机语言也得到了发展,尽管变化可能不是天翻地覆的,但也是非常重要的。体积更大、功能更强的计算机引出了更大、更复杂的程序,而这些程序在程序管理和维护方面带来了新的问题。

在20世纪70年代,C和Pascal这样的语言引领人们进入了结构化编程时代,这种机制把秩序和规程带进了迫切需要这种性质的领域中。除了提供结构化编程工具外,C还能生成简洁、快速运行的程序,并提供了处理硬件问题的能力,如管理通信端口和磁盘驱动器。这些因素使C语言成为20世纪80年代占统治地位的编程语言。同时,20世纪80年代,人们也见证了一种新编程模式的成长:面向对象编程(OOP)。SmallTalk和C++语言具备这种功能。下面更深入地介绍C和OOP。

1.2.1 C语言

20世纪70年代早期,贝尔实验室的Dennis Ritchie致力于开发UNIX操作系统(操作系统是能够管理计算机资源、处理计算机与用户之间交互的一组程序。例如,操作系统将系统提示符显示在屏幕上以提供终端式界面、提供管理窗口和鼠标的图形界面以及运行程序)。为完成这项工作,Ritchie需要一种语言,它必须简洁,能够生成简洁、快速的程序,并能有效地控制硬件。

传统上,程序员使用汇编语言来满足这些需求,汇编语言依赖于计算机的内部机器语言。然而,汇编语言是低级(low-level)语言,即直接操作硬件,如直接访问CPU寄存器和内存单元。因此汇编语言针对于特定的计算机处理器,要将汇编程序移植到另一种计算机上,必须使用不同的汇编语言重新编写程序。这有点像每次购买新车时,都发现设计人员改变了控制系统的位置和功能,客户不得不重新学习驾驶。

然而,UNIX是为在不同的计算机(或平台)上工作而设计的,这意味着它是一种高级语言。高级(high-level)语言致力于解决问题,而不针对特定的硬件。一种被称为编译器的特殊程序将高级语言翻译成特定计算机的内部语言。这样,就可以通过对每个平台使用不同的编译器来在不同的平台上使用同一个高级语言程序了。Ritchie希望有一种语言能将低级语言的效率、硬件访问能力和高级语言的通用性、可移植性融合在一起,于是他在旧语言的基础上开发了C语言。

1.2.2 C语言编程原理

由于C++在C语言的基础上移植了新的编程理念,因此我们首先来看一看C所遵循的旧的理念。一般来说,计算机语言要处理两个概念——数据和算法。数据是程序使用和处理的信息,而算法是程序使用的方法(参见图1.1)。C语言与当前最主流的语言一样,在最初面世时也是过程性(procedural)语言,这意味着它强调的是编程的算法方面。从概念上说,过程化编程首先要确定计算机应采取的操作,然后使用编程语言来实现这些操作。程序命令计算机按一系列流程生成特定的结果,就像菜谱指定了厨师做蛋糕时应遵循的一系列步骤一样。

随着程序规模的扩大,早期的程序语言(如FORTRAN和BASIC)都会遇到组织方面的问题。例如,程序经常使用分支语句,根据某种测试的结果,执行一组或另一组指令。很多旧式程序的执行路径很混乱(被称为“意大利面条式编程”),几乎不可能通过阅读程序来理解它,修改这种程序简直是一场灾难。为了解决这种问题,计算机科学家开发了一种更有序的编程方法——结构化编程(structured programming)。C语言具有使用这种方法的特性。例如,结构化编程将分支(决定接下来应执行哪个指令)限制为一小组行为良好的结构。C语言的词汇表中就包含了这些结构(for循环、while循环、do while循环和if else语句)。

另一个新原则是自顶向下(top-down)的设计。在C语言中,其理念是将大型程序分解成小型、便于管理的任务。如果其中的一项任务仍然过大,则将它分解为更小的任务。这一过程将一直持续下去,直到将程序划分为小型的、易于编写的模块(整理一下书房。先整理桌子、桌面、档案柜,然后整理书架。好,先从桌子开始,然后整理每个抽屉,从中间的那个抽屉开始整理。也许我都可以管理这项任务)。C语言的设计有助于使用这种方法,它鼓励程序员开发程序单元(函数)来表示各个任务模块。如上所述,结构化编程技术反映了过程性编程的思想,根据执行的操作来构思一个程序。

图1.1 数据+算法=程序

1.2.3 面向对象编程

虽然结构化编程的理念提高了程序的清晰度、可靠性,并使之便于维护,但它在编写大型程序时,仍面临着挑战。为应付这种挑战,OOP提供了一种新方法。与强调算法的过程性编程不同的是,OOP强调的是数据。OOP不像过程性编程那样,试图使问题满足语言的过程性方法,而是试图让语言来满足问题的要求。其理念是设计与问题的本质特性相对应的数据格式。

在C++中,类是一种规范,它描述了这种新型数据格式,对象是根据这种规范构造的特定数据结构。例如,类可以描述公司管理人员的基本特征(姓名、头衔、工资、特长等),而对象则代表特定的管理人员(Guilford Sheepblat、副总裁、$925 000、知道如何恢复Windows注册表)。通常,类规定了可使用哪些数据来表示对象以及可以对这些数据执行哪些操作。例如,假设正在开发一个能够绘制矩形的计算机绘图程序,则可以定义一个描述矩形的类。定义的数据部分应包括顶点的位置、长和宽、4条边的颜色和样式、矩形内部的填充颜色和图案等;定义的操作部分可以包括移动、改变大小、旋转、改变颜色和图案、将矩形复制到另一个位置上等操作。这样,当使用该程序来绘制矩形时,它将根据类定义创建一个对象。该对象保存了描述矩形的所有数据值,因此可以使用类方法来修改该矩形。如果绘制两个矩形,程序将创建两个对象,每个矩形对应一个。

OOP程序设计方法首先设计类,它们准确地表示了程序要处理的东西。例如,绘图程序可能定义表示矩形、直线、圆、画刷、画笔的类。类定义描述了对每个类可执行的操作,如移动圆或旋转直线。然后您便可以设计一个使用这些类的对象的程序。从低级组织(如类)到高级组织(如程序)的处理过程叫做自下向上(bottom-up)的编程。

OOP编程并不仅仅是将数据和方法合并为类定义。例如,OOP还有助于创建可重用的代码,这将减少大量的工作。信息隐藏可以保护数据,使其免遭不适当的访问。多态让您能够为运算符和函数创建多个定义,通过编程上下文来确定使用哪个定义。继承让您能够使用旧类派生出新类。正如接下来将看到的那样,OOP引入了很多新的理念,使用的编程方法不同于过程性编程。它不是将重点放在任务上,而是放在表示概念上。有时不一定使用自上向下的编程方法,而是使用自下向上的编程方法。本书将通过大量易于掌握的示例帮助读者理解这些要点。

设计有用、可靠的类是一项艰巨的任务,幸运的是,OOP语言使程序员在编程中能够轻松地使用已有的类。厂商提供了大量有用的类库,包括设计用于简化Windows或Macintosh环境下编程的类库。C++真正的优点之一是:可以方便地重用和修改现有的、经过仔细测试的代码。

1.2.4 C++和泛型编程

泛型编程(generic programming)是C++支持的另一种编程模式。它与OOP的目标相同,即使重用代码和抽象通用概念的技术更简单。不过OOP强调的是编程的数据方面,而泛型编程强调的是独立于特定数据类型。它们的侧重点不同。OOP是一个管理大型项目的工具,而泛型编程提供了执行常见任务(如对数据排序或合并链表)的工具。术语泛型(generic)指的是创建独立于类型的代码。C++的数据表示有多种类型——整数、小数、字符、字符串、用户定义的、由多种类型组成的复合结构。例如,要对不同类型的数据进行排序,通常必须为每种类型创建一个排序函数。泛型编程需要对语言进行扩展,以便可以只编写一个泛型(即不是特定类型的)函数,并将其用于各种实际类型。C++模板提供了完成这种任务的机制。

1.2.5 C++的起源

与C语言一样,C++也是在贝尔实验室诞生的,Bjarne Stroustrup于20世纪80年代在这里开发出了这种语言。用他自己的话来说,“C++主要是为了我的朋友和我不必再使用汇编语言、C语言或其他现代高级语言来编程而设计的。它的主要功能是可以更方便地编写出好程序,让每个程序员更加快乐”。

Bjarne Stroustrup的主页

Bjarne Stroustrup设计并实现了C++编程语言,他是权威参考手册《The C++ Programming Language》和《The design and Evolution of C++》的作者。读者应将他位于AT&T Labs Research上的个人网站作为首选的C++书签:

该网站包括了C++语言有趣的发展历史、Bjarne的传记材料和C++ FAQ。Bjarne被问得最多的问题是:Bjarne Stroustrup应该如何读。您可以访问Stroustrup的网站,阅读FAQ部分并下载.WAV文件,亲自听一听。

Stroustrup比较关心的是让C++更有用,而不是实施特定的编程原理或风格。在确定C++语言特性方面,真正的编程需要比纯粹的原理更重要。Stroupstrup之所以在C的基础上创建C++,是因为C语言简洁、适合系统编程、使用广泛且与UNIX操作系统联系紧密。C++的OOP方面是受到了计算机模拟语言Simula67的启发。Stroustrup加入了OOP特性和对C的泛型编程支持,但并没有对C的组件作很大的改动。因此,C++是C语言的超集,这意味着任何有效的C程序都是有效的C++程序。它们之间有些细微的差异,但无足轻重。C++程序可以使用已有的C软件库。库是编程模块的集合,可以从程序中调用它们。库对很多常见的编程问题提供了可靠的解决方法,因此能节省程序员大量的时间和工作量。这也有助于C++的广泛传播。

名称C++来自C语言中的递增运算符++,该运算符将变量加1。名称C++表明,它是C的扩充版本。

计算机程序将实际问题转换为计算机能够执行的一系列操作。OOP部分赋予了C++语言将问题所涉及的概念联系起来的能力,C部分则赋予了C++语言紧密联系硬件的能力(参见图1.2),这种能力上的结合成就了C++的广泛传播。从程序的一个方面转到另一个方面时,思维方式也要跟着转换(确实,有些OOP正统派把为C添加OOP特性看作是为猪插上翅膀,虽然这是头瘦骨嶙峋、非常能干的猪)。另外,C++是在C语言的基础上添加OOP特性,您可以忽略C++的面向对象特性,但将错过很多有用的东西。

在C++获得一定程度的成功后,Stroustrup才添加了模板,这使得进行泛型编程成为可能。在模板特性被使用和改进后,人们才逐渐认识到,它们和OOP同样重要——甚至比OOP还重要,但有些人不这么认为。C++融合了OOP、泛型编程和传统的过程性方法,这表明C++强调的是实用价值,而不是意识形态方法,这也是该语言获得成功的原因之一。

图1.2 C++的二重性

1.3 可移植性和标准

假设您为运行Windows 2000的老式奔腾PC编写了一个很好用的C++程序,而管理人员决定用使用不同操作系统(如Mac OS X或Linux)和处理器(如SPARC处理器)的计算机替换它。该程序是否可以在新平台上运行呢?当然,必须使用为新平台设计的C++编译器对程序重新编译。但是否需要修改编写好的代码呢?如果在不修改代码的情况下,重新编译程序后,程序将运行良好,则该程序是可移植的。

在可移植性方面存在两个障碍,其中的一个是硬件。硬件特定的程序是不可移植的。例如,直接控制IBM PC 视频卡的程序在涉及Sun时将“胡言乱语”(将依赖于硬件的部分放在函数模块中可以最大限度地降低可移植性问题;这样只需重新编写这些模块即可)。本书将避免这种编程。

可移植性的第二个障碍是语言上的差异。口语确实可能产生问题。约克郡的人对某个事件的描述,布鲁克林人可能就听不明白,虽然这两个地方的人都说英语。计算机语言也可能出现方言。Windows XP C++的实现与Red Hat Linux或Macintosh OS X实现相同吗?虽然多数实现都希望其C++版本与其他版本兼容,但如果没有准确描述语言工作方式的公开标准,这将很难做到。因此,美国国家标准局(American National Standards Institute,ANSI)在1990年设立了一个委员会(ANSI X3J16),专门负责制定C++标准(ANSI制定了C语言标准)。国际标准化组织(ISO)很快通过自己的委员会(ISO-WG-21)加入了这个行列,创建了联合组织ANSI/ISO,致力于制定C++标准。

经过多年的努力,制定出了一个国际标准ISO/IEC 14882:1998,并于1998年获得了ISO、IEC(International Electrotechnical Committee,国际电工技术委员会)和ANSI的批准。该标准常被称为C++98,它不仅描述了已有的C++特性,还对该语言进行了扩展,添加了异常、运行阶段类型识别(RTTI)、模板和标准模板库(STL)。2003年,发布了C++标准第二版(IOS/IEC 14882:2003);这个新版本是一次技术性修订,这意味着它对第一版进行了整理——修订错误、减少多义性等,但没有改变语言特性。这个版本常被称为C++03。由于C++03没有改变语言特性,因此我们使用C++98表示C++98/C++2003。

C++在不断发展。ISO标准委员会于2001年8月批准了新标准ISO/IEC 14882:2011,该标准以前称为C++11。与C++98一样,C++11也新增了众多特性。另外,其目标是消除不一致性,让C++学习和使用起来更容易。该标准还曾被称为C++0x,最初预期x为7或8,但标准制定工作是一个令人疲惫的缓慢过程。所幸的是,可将0x视为十六进制数,这意味着委员会只需在2015年前完成这项任务即可。根据这个度量标准,委员会还是提前完成了任务。

ISO C++标准还吸收了ANSI C语言标准,因为C++应尽量是C语言的超集。这意味着在理想情况下,任何有效的C程序都应是有效的C++程序。ANSI C与对应的C++规则之间存在一些差别,但这种差别很小。实际上,ANSI C加入了C++首次引入的一些特性,如函数原型和类型限定符const。

在ANSI C出现之前,C语言社区遵循一种事实标准,该标准基于Kernighan和Ritchie编写的《The C Programming Language》一书,通常被称为K&R C;ANSI C出现后,更简单的K&R C有时被称为经典C(Classic C)。

ANSI C标准不仅定义了C语言,还定义了一个ANSI C实现必须支持的标准C库。C++也使用了这个库;本书将其称为标准C库或标准库。另外,ANSI/ISO C++标准还提供了一个C++标准类库。

最新的C标准为C99,ISO和ANSI分别于1999年和2000年批准了该标准。该标准在C语言中添加了一些C++编译器支持的特性,如新的整型。

1.3.1 C++的发展

Stroustrup编写的《The Programming Language》包含65页的参考手册,它成了最初的C++事实标准。

下一个事实标准是Ellis和Stroustrup编写的《The Annotated C++ Reference Manual》。

C++98标准新增了大量特性,其篇幅将近800页,且包含的说明很少。

C++11标准的篇幅长达1350页,对旧标准做了大量的补充。

1.3.2 本书遵循的C++标准

当代的编译器都对C++98提供了很好的支持。编写本书期间,有些编译器还支持一些C++特性;随着新标准获批,对这些特性的支持将很快得到提高。本书反映了当前的情形,详尽地介绍了C++98,并涵盖了C++11新增的一些特性。在探讨相关的C++98主题时顺便介绍了一些C++新特性,而第18章专门介绍新特性,它总结了本书前面提到的一些特性,并介绍了其他特性。

在编写本书期间,对C++11的支持还不全面,因此难以全面介绍C++11新增的所有特性。考虑到篇幅限制,即使这个新标准获得了全面支持,也无法在一本书中全面介绍它。本书重点介绍大多数编译器都支持的特性,并简要地总结其他特性。

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