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C++入门一：C++ 编程概述

news 来源：原创 2025/6/20 1:48:40

一、C 语言与 C++ 的关系：从 “带类的 C” 到独立王国

1.1 血缘关系：C++ 是 C 的 “超级进化版”

起源：C++ 由 Bjarne Stroustrup 在 1980 年代开发，最初名为 “C with Classes”（带类的 C），旨在为 C 语言增加面向对象特性。

后向兼容：C++ 完全兼容 C 语言的语法和特性，C 代码可直接在 C++ 编译器中编译，因此常被称为 “C 的超集”。

本质区别：C 是纯面向过程语言，而 C++ 是多范式语言，支持面向过程、面向对象（OOP）和泛型编程。

1.2 核心定位对比

维度	C 语言	C++
编程范式	面向过程（Procedure-Oriented）	面向对象（OOP）+ 泛型 + 面向过程
设计目标	追求效率（底层开发、嵌入式）	兼顾效率与抽象（大型系统、复杂逻辑）
典型场景	操作系统内核、硬件驱动	游戏引擎、企业级框架、AI 算法实现

二、编程范式：面向过程 vs 面向对象

2.1 面向过程（C 语言核心）

核心思想：将问题拆解为 “步骤”，通过函数调用实现逻辑。

// C语言实现两数相加

int add(int a, int b) { return a + b; }

int main() { printf("%d", add(1, 2)); }

优点：

- 执行效率高（无额外开销），适合对性能敏感的场景（如单片机开发）。

- 语法简洁，适合快速实现小规模逻辑。

缺点：

- 数据与操作分离，大型项目难以维护（如修改数据需同步修改多个函数）。

- 代码复用性低，相同逻辑需重复编写。

2.2 面向对象（C++ 核心）

核心思想：将数据（属性）和操作（方法）封装为 “对象”，通过继承和多态实现复用。

// C++实现计算器类

class Calculator {

public:

int add(int a, int b) { return a + b; }

};

int main() { Calculator calc; printf("%d", calc.add(1, 2)); }

三大特性：

- 封装：通过class隐藏内部细节，提供统一接口（如calc.add()）。

- 继承：子类复用父类代码（如AdvancedCalculator : public Calculator）。

- 多态：同一接口支持不同实现（通过虚函数实现运行时动态绑定）。

优点：

- 代码结构清晰，易维护（修改对象内部不影响外部调用）。

- 高度复用，适合复杂业务逻辑（如游戏中的角色系统、企业级框架设计）。

缺点：

- 类实例化和虚函数调用有轻微性能开销。

- 学习曲线较陡峭（需理解类、对象、继承等概念）。

三、具体语言特性对比：从语法到机制的差异

3.1 关键字与后缀名

关键字数量：

- C 语言：32 个（如if、for、static）。

- C++：63 个（新增class、virtual、namespace等面向对象和泛型关键字）。

文件后缀：

- C 源文件：.c（如main.c）。

- C++ 源文件：.cpp（VS 默认后缀，如main.cpp），部分场景用.cc或.cxx。

3.2 函数定义严格性

返回值：

- C 语言：函数未声明返回值时默认返回int（危险隐式转换）。

// C语言合法，默认返回int

func() { return 1; }

- C++：必须显式声明返回值，无返回值需用void。

// C++报错，需显式声明void

// func() { return 1; }

void func() {}

参数列表：

- C 语言：未声明参数时默认接受任意参数（类型不安全）。

int add(); // 可接受add(1, 2, 3)（未检查参数数量）

- C++：严格检查参数类型和数量，无参数需声明void。

int add(void); // 仅接受0个参数，调用add(1)报错

3.3 缺省参数与函数重载：C++ 的便捷武器

缺省参数（C 语言不支持）：

// 半缺省参数（右侧参数必须全有默认值）

void print(int x, int y=10) { printf("%d %d", x, y); }

// 调用：print(5); // 等价于print(5, 10)

函数重载（C 语言不支持）：

// 同名函数，参数类型/数量不同

int add(int a, int b) { return a + b; }

double add(double a, double b) { return a + b; }

// 调用时自动匹配：add(1, 2) → int版；add(1.5, 2.5) → double版

3.4 const：从 “只读变量” 到 “真正常量”

C 语言：const修饰的变量是 “只读变量”，本质是变量，不可作数组下标。

const int MAX = 10;

int arr[MAX]; // C语言报错，MAX是变量

C++：const修饰的是 “真正常量”，编译期确定值，可作数组下标。

const int MAX = 10;

int arr[MAX]; // C++合法

特殊情况：若const变量依赖运行时数据（如const int a = b;），会退化为 C 语言的只读变量。

3.5 引用：比指针更安全的 “别名”

本质：引用是变量的别名，底层实现为指针（反汇编层面与指针一致），但语法更安全（不可为空，不可重新指向）。

int a = 10;

int& ref = a; // ref是a的别名，修改ref即修改a

ref = 20; // a变为20

特殊用法：

- 引用常量：const int& ref = 10;（创建临时量存储 10，避免悬垂引用）。

- 数组引用：int arr[5]; int(&ref_arr)[5] = arr;（通过引用操作整个数组）。

3.6 内存管理：从函数到运算符的进化

特性	malloc/free（C 语言）	new/delete（C++）
本质	库函数	语言内置运算符
类型安全	需手动类型转换（如(int*)malloc）	自动推导类型，无需转换
初始化	仅分配内存，不初始化	可调用构造函数（如new Class()）
释放	仅释放内存	先调用析构函数，再释放内存
异常处理	失败返回 NULL	失败抛出bad_alloc异常
示例	int* p = (int*)malloc(4); free(p);	int* p = new int(10); delete p;

3.7 作用域：从二维到三维的扩展

C 语言：仅支持局部作用域和全局作用域，全局符号易冲突（如多个文件定义int x;报错）。

C++：新增类作用域和命名空间作用域：

namespace Math { // 命名空间作用域

int add(int a, int b) { return a + b; }

}

class Calculator { // 类作用域

public: int add(int a, int b) { return a + b; }

};

// 调用方式：Math::add(1, 2); 或 Calculator().add(1, 2);