C++的演化历史

C++是一门这样的编程语言：

• 兼顾底层计算机硬件系统和高层应用抽象机制
• 从实际问题出发，注重零成本抽象、性能、可移植性、与C兼容
• 语言特性和细节很多，学习成本较高，是一门让程序员很难敢说精通的语言

C++是自由的，支持5种编程风格：

• 面向过程编程
• 数据抽象编程
• 面向对象编程
• 泛型编程
• 函数式编程

C++的重要历史阶段

纵观C++的整个发展和演化的历史，C++经历了5个重要的时期：

• C with classes： 站在C语言的肩膀上
• 标准化前的C++： C++正式问世，不断演化，走向标准化之路
• C++98： 第一个国际标准化的版本
• C++11： Modern C++
• C++20： 感觉像一门新的编程语言

1979 - 1981: C with classes

• 在C语言的基础上，开始了「带类的C」的尝试
• 这个阶段的C++没有被看作是一门新的编程语言，也没有C++这个名字，只是一个更好的C
• 这个时期最重要的是引入了Simula语言的类和继承的概念，使用Cpre预处理器实现
  • 类
    • class是一种类型扩展机制，可以让程序员自定义数据类型
    • 用户自定义的数据类型和内置基本数据类型一样，是语言的「第一等公民」
    • 权限控制只有public和private，没有protected
    • 支持构造函数和析构函数
    • 支持调用函数和返回函数
  • 单继承
  • 内联函数
  • 友元类
  • 函数参数类型检查
  • 函数默认参数
  • 赋值运算符重载
  • 支持new和delete运算符
  • 改进了C中不友好的语法
    • 函数形参的类型声明
    • 结构体变量的定义
• 早期的指导思想
  • 与C语言兼容
    • C的语言特性均可用
    • 对象的内存布局和C结构体一致
    • 使用和C一样的链接模型
  • 比C语言提供更高层的抽象机制
    • 让程序员更加容易表达设计意图和组织更大规模的代码
  • 性能、可移植性要和C一样好
    • 不使用垃圾回收机制
    • 实现语言特性的成本不能过高

1982 - 1985: Cfront 1.0

• 从1982年开始，C++开始定位作为一个新的编程语言，使用编译技术重新实现了「带类的C」，对应的编译器为Cfront
• 1983年底，C++正式被命名
• Cfront的工作原理：将C++代码先通过Cfront翻译为C代码，然后通过C编译器进行编译和链接
• 这个时期的C++语言特性和「C with classes」一致，主要支持面向过程、数据抽象的编程风格
• 1985年，Cfront 1.0发布
• 1985年，《The C++ Programming Language》第一版发布

1986 - 1989: Cfront 2.0

• 从1986年开始，C++开始引入一些重要的语言特性，让C++明显区别于C
  • 虚函数
    • 虚函数的引入，对C++意义重大
    • 让C++正式支持了面向对象的编程风格
    • 让程序员有了更强大的设计意图表达工具
  • 函数和运算符重载
  • 引用
  • const
  • 类级的new和delete运算符重载
  • 改进的静态类型检查
  • 引入新的注释//
  • 多重继承
  • protected访问
  • static静态成员
  • const成员
  • 指向成员的指针
  • 去掉调用函数和返回函数
  • 1987年，C++ support in GCC 1.15.3
  • 1989年，Cfront 2.0发布

1990 - 1993: Cfront 3.0

• 1990年，《The Annotated C++ Reference Manual》发布
• 引入了C++高级特性，让C++作为一个编程语言趋于完善
  • 命名空间
  • 异常
  • 模板
    • 让C++支持了泛型编程风格
    • 对标准库STL的实现至关重要
  • 嵌套类
• 1991年， Cfront 3.0发布
• 1991年，《The C++ Programming Language》第二版发布
• 1993年， Cfront退出了历史舞台

1998: C++98

• ISO/IEC 14882:1998
• C++标准委员会发布了C++语言的第一个国际标准
• 确定了C++的核心语言特性和标准库STL
• 引入的新语言特性
  • 运行时类型识别RTTI
  • mutable
  • bool
  • declarations in conditions
  • template instantiations
  • member templates
  • export
• 1998年，《The C++ Programming Language》第三版发布

2003: C++03

• ISO/IEC 14882:2003
• C++98的修订版本
• 引入新的语言特性
  • value initialization

2011: C++11

• ISO/IEC 14882:2011
• 正式迈进新时代：现代C++
• C++也进入了一个新的快速发展期，每3年发布一个版本
• 2013年，《The C++ Programming Language》第四版发布
• 引入了很多新的语言特性
  • 类型推导: auto、decltype
  • 右值引用和移动语义
  • 变参模板
  • std::function & std::bind & lambda表达式和后置返回值
  • 智能指针
    • c++11引入了三种智能指针：
      • std::shared_ptr
      • std::weak_ptr
      • std::unique_ptr
  • constexpr
  • static_assert
  • 类机制完善
    • 移动构造函数和赋值运算符重载函数
    • 支持=default和=delete，完善编译器自动生成函数的控制
    • 支持explicit
    • 委托构造
    • 继承构造
    • 支持final，完善继承
    • 支持override，完善虚函数
  • range-for(基于范围的for循环)
  • enum class
  • nullptr
  • 新增内置数据类型：long long、char16_t、char32_t
  • 类内初始化
  • 统一初始化
  • using定义类型别名
  • noexcept
  • thread_local
  • 列表初始化
  • etc.
• 完善了标准库STL
  • 重新实现了STL的数据结构和算法
  • 新增散列表和集合std::unordered_map、std::unordered_set
  • 新增元组std::tuple、单向链表std::forward_list、数组std::array
  • 移动函数std::move
  • 完美转发std::forward
  • 智能指针std::unique_ptr、std::shared_ptr、std::weak_ptr
  • 回调函数std::function、std::bind
  • 多线程std::thread
  • 多线程同步std::mutex、std::condition_variable、std::lock_guard、std::unique_lock
  • 异步任务std::promise、std::future、std::packaged_task、std::async
  • 原子操作std::atomic
  • 时间函数std::chrono
  • 初始化列表std::initialize_list
  • 模板元编程type_traits
  • 正则表达式std::regex
  • 随机数生成random
  • etc.

2014: C++14

• ISO/IEC 14882:2014
• C++11的修订版本
• 完善C++11的语言特性
  • variable templates
  • generic lambdas
  • lambda init-capture
  • new/delete elision
  • relaxed restrictions on constexpr functions
  • binary literals
  • digit separators
  • return type deduction for functions
  • aggregate classes with default non-static member initializers.
• 完善标准库STL
  • std::make_unique
  • std::shared_timed_mutex and std::shared_lock
  • std::integer_sequence
  • std::exchange
  • std::quoted
  • and many small improvements to existing library facilities, such as
    • two-range overloads for some algorithms
    • type alias versions of type traits
    • user-defined literals for basic_string, duration and complex
    • etc.

2017: C++17

• ISO/IEC 14882:2017
• 一个C++11的重要补充版本，引入了不少新的特性
  • 构造函数模板推导
  • 结构化绑定
  • if-switch语句初始化
  • 内联变量
  • 折叠表达式
  • constexpr lambda表达式
  • namespace嵌套
  • __has_include预处理表达式
  • 在lambda表达式用*this捕获对象副本
  • 新增Attribute
  • 字符串转换
  • std::variant
  • std::optional
  • std::any
  • std::apply
  • std::make_from_tuple
  • as_const
  • std::string_view
  • file_system
  • std::shared_mutex

2020: C++20

• ISO/IEC 14882:2020
• 一个比肩C++11的重大版本
• 全新的语言特性，让C++20看起来更加符合现代化的特征
  • module
    • 改变程序的组织方式
    • 加快编译速度
  • concept
    • 增强了模板的设计表达能力，让模板更好用了
    • 模板的错误提示变得友好
  • 协程
    • 应用级并发机制的支持
    • 让异步编程更方便
  • range
    • 更好地支持了函数式编程风格

正在路上的C++23

• 完善标准库STL，值得期待的4个功能
  • 标准库对于协程的支持(Library support for coroutines)
  • 模块化的标准库(A modular standard library)
  • Executors
  • networking(基于ASIO)

参考

1. 《C++语言的设计和演化》
2. cppreference.com
3. 走进编程：C++的发展历程
4. C++17新特性
5. C++23的目标
6. Welcome to Bjarne Stroustrup’s homepage!
7. Evolving a language in and for the real world: C++ 1991-2006
8. A History of C++: 1979− 1991