STLG_09_01_程序设计C++语言 - 概述与环境搭建

        C++是一种功能强大的编程语言，广泛应用于系统开发、游戏设计和高性能计算等领域。它继承了C语言的高效性，同时增加了面向对象的特性，如封装、继承和多态。学习C++需要先搭建开发环境，通常使用集成开发环境（IDE）如Visual Studio或Code::Blocks，安装相应的编译器（如GCC）后，即可开始编写和运行C++代码，开启编程之旅。

一、简介

C++ 是一种静态类型的、编译式的、通用的、大小写敏感的、不规则的编程语言，支持多种编程风格，包括过程化编程、面向对象编程和泛型编程。C++ 由丹麦计算机科学家 Bjarne Stroustrup 于 1979 年在贝尔实验室开始设计和开发，最初的目的是为了改进 C 语言，增加面向对象的特性。

1.1 C++ 的特点

• 静态类型：C++ 是一种静态类型语言，这意味着变量的类型在编译时就已经确定，编译器会对类型进行检查，减少了运行时的错误。
• 编译式语言：C++ 程序在执行之前需要先编译成机器语言，这样程序运行速度较快。
• 通用语言：C++ 可以用于各种应用领域，包括系统软件、应用软件、嵌入式系统、游戏开发、图形用户界面、Web 服务、高性能计算等。
• 大小写敏感：C++ 对大小写敏感，这意味着 Hello 和 hello 是两个不同的标识符。
• 不规则语言：C++ 的设计目标之一是与 C 语言兼容，这使得 C++ 语法有时显得不规则。

1.2 C++ 的应用领域

• 系统编程：C++ 常用于编写操作系统、设备驱动程序等底层系统软件。
• 游戏开发：C++ 是游戏开发领域的主流语言之一，许多著名游戏引擎（如 Unreal Engine、Unity）都使用 C++ 编写。
• 嵌入式系统：C++ 在嵌入式系统中应用广泛，尤其是在性能要求较高的场景中。
• 高性能计算：C++ 的高效性能使其成为科学计算、大数据处理等高性能计算领域的首选语言之一。
• Web 服务：虽然 C++ 不是创建 Web 服务的首选语言，但它在某些高性能要求的场景中仍然有一定的应用。

二、历史与发展

2.1 C++ 的起源

• 1979年：Bjarne Stroustrup 在贝尔实验室开始了 C++ 的开发工作，最初的名字是 “C with Classes”，目的是为了在 C 语言的基础上增加面向对象的特性。
• 1983年：C++ 正式命名为 “C++”，并发布了第一个商业版本。名称中的 “++” 是 C 语言中的自增运算符，表示在 C 语言的基础上进行了增强。

2.2 C++ 的标准化历程

C++ 的发展不仅仅体现在语言特性的增加上，还体现在其标准化进程中。C++ 的标准化工作由国际标准化组织（ISO）主导，以下是 C++ 的主要标准版本：

• 1998年：C++98 标准发布，这是 C++ 的第一个国际标准，奠定了 C++ 的基础。
• 2003年：C++03 标准发布，主要是对 C++98 进行一些小的修正和澄清，没有引入太多新特性。
• 2011年：C++11 标准发布，这是一个重大更新，引入了许多现代编程语言的特性，如 lambda 表达式、auto 关键字、右值引用、智能指针等。
• 2014年：C++14 标准发布，进一步改进了 C++11 的特性，如泛型 lambda、二进制字面量、std::make_unique 等。
• 2017年：C++17 标准发布，增加了许多实用的特性，如文件系统库、结构化绑定（structured bindings）、并行算法等。
• 2020年：C++20 标准发布，引入了概念（concepts）、范围（ranges）、协程（coroutines）等新特性，使 C++ 更加现代化。
• 2023年：C++23 标准发布，进一步增强了语言的现代性和易用性，增加了更多的实用特性。

2.3 C++ 的未来

C++ 的未来发展方向主要包括以下几个方面：

• 性能优化：C++ 将继续致力于提高性能，特别是在多线程、并行计算等领域。
• 易用性：C++ 将引入更多的现代语言特性，减少代码复杂性，提高开发效率。
• 跨平台支持：C++ 将继续支持多平台开发，包括桌面、移动设备、嵌入式系统等。

三、编程环境的搭建

3.1 选择编译器

C++ 是一种编译型语言，因此需要一个编译器将源代码编译成可执行程序。常见的 C++ 编译器有：

• GCC (GNU Compiler Collection)：这是 Linux 和 macOS 上最常用的编译器，支持多种平台，包括 Windows、Linux 和 macOS。
• Clang：由 LLVM 项目开发，支持多种平台，尤其在 macOS 和 Linux 上使用广泛。
• Visual C++：这是 Microsoft 提供的编译器，主要用于 Windows 平台。

3.2 安装编译器

3.2.1 Windows 平台

• Visual Studio：

  1. 访问 Visual Studio 官网。
  2. 下载并安装 Visual Studio，选择 C++ 开发工具。
  3. 安装完成后，打开 Visual Studio，创建一个新的 C++ 项目。

• MinGW-w64：

  1. 访问 MinGW-w64 官网。
  2. 下载 MinGW-w64 安装程序。
  3. 安装 MinGW-w64，并在系统环境变量中添加 MinGW-w64 的 bin 目录。

3.2.2 Linux 平台

• 使用包管理器安装 GCC，例如在 Ubuntu 上：

  sudo apt update
  sudo apt install gcc g++
  

3.2.3 macOS 平台

• 安装 Homebrew：

  /bin/bash -c "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/install/HEAD/install.sh)"
  

• 使用 Homebrew 安装 GCC：

  brew install gcc
  

3.3 配置开发环境

3.3.1 Visual Studio Code

• 安装 Visual Studio Code：

  1. 访问 Visual Studio Code 官网。
  2. 下载并安装 Visual Studio Code。

• 安装 C/C++ 扩展：

  1. 打开 Visual Studio Code。
  2. 点击左侧的扩展图标（或按 Ctrl+Shift+X）。
  3. 搜索 “C/C++”，安装由 Microsoft 提供的 C/C++ 扩展。

• 配置任务和调试设置：

  1. 按 Ctrl+Shift+P 打开命令面板，输入 “Tasks: Configure Default Build Task”。
  2. 选择 “C/C++: g++ build active file”。
  3. 按 F5 启动调试，选择 “C++ (GDB/LLDB)”。

3.3.2 CLion

• 安装 CLion：

  1. 访问 CLion 官网。
  2. 下载并安装 CLion。

• 配置项目和编译器：

  1. 打开 CLion。
  2. 创建一个新的 C++ 项目。
  3. 在项目设置中配置编译器（如 GCC 或 Clang）。

3.4 编写第一个 C++ 程序

3.4.1 创建文件

• 在文本编辑器中创建一个文件，命名为 hello.cpp。

3.4.2 编写代码

#include 

int main() {
    std::cout << "Hello, World!" << std::endl;
    return 0;
}

3.4.3 编译和运行

• Windows (MinGW-w64)：

  g++ hello.cpp -o hello.exe
  ./hello.exe
  

• Linux：

  g++ hello.cpp -o hello
  ./hello
  

• macOS：

  g++ hello.cpp -o hello
  ./hello
  

• Visual Studio：

  1. 打开 Visual Studio。
  2. 创建一个新的 C++ 项目。
  3. 将代码粘贴到 main.cpp 文件中。
  4. 点击 “运行” 按钮。