C++: 从历史说起

简介：C++历史

C++是一种常用的通用编程语言，可以编写出高效的程序。

一起来了解这门语言的精彩历史吧！

C++的起源

C++是由丹麦计算机科学家Bjarne Stroustrup于1979年在AT&T贝尔实验室发明。它源于对UNIX内核的分析，目的是研究它可以在网络上分布到什么程度。
当Stroustrup在剑桥大学计算实验室撰写博士论文时，对Simula编程语言的程序组织和并发功能印象深刻，并用它编写了一个模拟器。然而，他发现该语言的实现并不能很好地扩展，因此最终用BCPL重写了该模拟器。

带类（Classes）的C语言

在AT&T贝尔实验室工作期间，Stroustrup决定用他在Simula中发现的那些有用的语言特性来增强C编程语言。他开始编写一个前处理器Cpre，将带有类似Simula类的C程序转换为可以用现有编译器编译的普通C代码。这种新语言最初被简单地命名为 “带类的C语言”。

从一开始，这个新语言的目标就是可以用于C语言能用于的一切，因此它是一种通用的编程语言。此外，由于C语言编译器已经可以在许多平台上使用，因此它继承了C语言的可移植性，这也是其重要的质量特性之一。该语言的另一个目标是为C语言的不安全特性提供更好的替代方案，同时保持其效率和对底层硬件特性的直接访问。

带类的C语言提供：

• 类
• 派生类
• 公共/私有访问控制
• 构造函数和析构函数
• 调用和返回功能（由于不受欢迎，很快被删除）
• 友元类
• 函数参数的类型检查
• 内联函数
• 默认参数
• 赋值运算符的重载

C++

在C++发展历史的这一时刻，这门语言需要一个合适的名字。有一段时间它被称为C84，但人们认为这个名字难听且容易混淆。最终，计算机科学家Rick Mascitti建议将其命名为 C++，这可以理解为该语言是C语言的继承者。

随着语言功能的不断增加，Cpre预处理器已不再适用，于是一个名为Cfront的编译器应运而生。为方便起见，Cfront仍能生成C代码，但它是一个正式的编译器，因为它能对语法和语义执行全面的检查，并生成程序的内部表示，每个范围有一个符号表。

新的语言特性包括：

• 虚拟功能
• 函数名称和运算符重载
• 引用
• 常量
• 用户对自由存储器（堆内存）的控制
• 改进了类型检查和C++风格注释（实际上取自BCPL）

1986年，《C++编程语言》一书的第一次修订版出版，该书根据Cfront 1.0编译器描述了C++语言。

C++的2.0版本

C++语言的第二个版本于1989年完成，提高了其定义和实现的稳定性。

C++ 2.0 增加了：

• 多重继承
• 类型安全链接
• 改进了重载函数的解析
• 赋值和初始化的递归定义
• 改进的用户定义内存管理设施
• 抽象类
• 静态成员函数
• 常量成员函数
• 受保护的成员
• 重载运算符->和指向成员的指针

C++的3.0版本

这是C++语言在标准化之前的最后一个版本。C++ 3.0版本于1991年完成，增加了类和函数模板。C++ 4.0版本本应在1993年发布，并增加异常处理功能。

惠普公司于1992年初已完成了初始实现，但由于未能完成，最终没有发布。

《C++注释参考手册》

AT&T计划推出新的C++编译器从未实现，而其他C++编译器，包括商业编译器（如Borland，IBM，DEC、Microsoft）和开源GNU编译器g++却出现了。因此，Stroustrup的工作重点转移到了语言的开发和标准化上。《C++注释参考手册》于1991年出版，成为语言标准的起点。该手册提供了C++的完整定义，而不仅仅是 Cfront 3.0 实现的功能，并经过了来自不同组织的许多人的审查。新功能包括命名空间、嵌套类和异常处理。

C++98

C++的ANSI标准化始于1989年，由惠普公司与AT&T、DEC和IBM联合发起。标准化该语言主要是由于这几个原因：添加重要的新功能，并防止不兼容方言的发展。1991年，国际标准化组织开始了标准化工作，此后各委员会举行了联席会议。

其中一项重要活动是定义标准库，包括标准模板库（STL）。此外，它还增加了：

• 实时类型信息（RTTI：dynamic_cast、typeid）* 协变返回类型* 强制转换运算符* Mutable* 布尔类型（Bool）* 条件声明* 成员模板* 类内成员初始值设定项（In-class member initializers）* 模板的单独编译（导出）* 模板部分专用化* 重载函数模板的部分排序

C++03和嵌入式C++

C++03是C++98的另一个维护版本，经过技术勘误批准的更正进行了修订。委员会还开始考虑C++0x。

与此同时，日本嵌入式系统工具开发商联盟（包括东芝、日立、富士通和NEC）提出了嵌入式C++（EC++）子集。这是为嵌入式系统编程而设计的。该子集删除了那些可能影响性能或被开发人员认为过于复杂，从而被视为影响生产率或正确性的语言特性。

被禁用的功能有：多重继承、模板、异常、RTTI、新式投人和命名空间。此外，标准库中还删除了STL和locales，并提供了iostreams的替代方案。有趣的是，EC++的使用并不多，而增加了模板的”Ectended EC++”超集更受欢迎。

作为对EC++的回应，委员会发布了《性能技术报告》。该报告提供了一个模型，用于说明使用不同C++语言和库特性所带来的时间和空间的开销。这样一来，它就解决了人们对性能问题的担忧。此外，它还提出了高效实施的技术。因此，国际标准化组织委员会没有批准 EC++。

C++11

这个版本引入了许多新的主要功能，因此对许多程序员来说，它就像是一种新的语言！

C++11新增了：

• 内存模型
• 并发性
• 自动和声明类型
• 基于范围的for循环（Range-for）
• 移动语义和右值引用
• 统一初始化
• 空指针
• 常量表达式函数
• 用户定义的文本
• 原始字符串文本
• 属性
• Lambdas（拉姆达斯）
• 可变参数模板
• 模板别名（使用）
• Noexcept
• 覆盖和最终
• 静态断言
• Long long
• 默认成员初始值设定项
• 在构造函数中初始化
• 枚举类

标准库也有了重大的补充。1998年，Boost组织成立，免费提供经同行评审的可移植C++源代码库。Boost库之所以重要，是因为它很早就提供了各种库功能，这样ISO标准就可以从中获益。内存模型是并发支持的重要基础，它提供了线程和锁。

移动语义可以提高效率，因为它消除了不必要的复制，而复制对于大型对象来说是昂贵的。它允许开发人员控制是否复制资源，或其所有权是否应转移到另一个对象，从而能够控制对象的生命周期和资源管理。

C++14

ISO C++委员会打算更改主要版本和次要版本，因此，C++14的目标是完善C++11。 它增加了：

• 二进制文本（0b）
• 数字分隔符
• 变量模板
• 函数返回类型推导
• 通用lambda
• constexpr函数中的局部变量
• 移动捕捉
• 按类型访问元组
• 标准库中的用户定义的文本

C++17

在C++14小版本发布之后，C++17本应是一次重大更新。遗憾的是，一些主要的预期功能（如概念和例程），并没有出现在这个版本中。

新的主要功能包括：

• 类模板参数推导（推导指南介绍）
• 结构化绑定
• 内联变量
• 折叠表达式
• 条件下的显式测试
• 保证复制省略
• 更严格的表达式计求值顺序
• 自动作为模板参数类型
• 用于发现常见错误的标准属性
• 十六进制浮点文字
• “if onstexpr”

其中一些新功能体现了对函数式编程风格越来越多的支持。这方面的关键元素在C++11中已经由lambdas提供，但折叠表达式（一种使用运算符将参数列表缩减为单个值的方便符号）和推导指南增加了语言的函数式风格。

C++20

C++17中没未能实现的主要功能在C++20中得以实现。因此，该版本向前迈进了一大步，相当于从C++03迈进了C++11，可以说该版本是C++17应有的重大升级。

主要的新语言特性包括：

• 协程（Coroutines）
• 概念
• 模块

其他新的语言功能包括：编译时计算支持、宇宙飞船运算符<=>、并发改进、指定的初始值设定项，以及非类型模板参数中的类类型（还允许字符串文字作为模板参数）。此外，新的标准库功能包括范围、日期、跨度和格式。

模块提供了一种比基于预处理器（包括从C语言继承的文件机制）更好的模块化表达方式。协程提供了一种无栈机制，用于执行顺序代码的异步操作。概念是对模板参数的要求的命名集合，是模板接口的一部分。它们使指定模板的预期用途成为可能，并在不满足约束条件时，大大提高了编译错误的清晰度。与以前使用的”替换失败不是错误（Substitution Failure Is Not An Error）”做法相比，这样可以避免出现约束违规时产生的冗长和复杂的编译错误，是一项显著的改进。

C++的未来

自1979年迈出第一步以来，C++已经取得了长足的进步，并还在不断发展。

C++23即将发布，并将进行小而重大的调整，而C++26的开发工作已经开始。

C++的受欢迎程度持续上升，其使用范围也在不断扩大——包括通过虚幻引擎创建虚拟现实 (VR) 应用程序，以及加密货币应用程序。