一、C++ 课程概述与发展历史

1. 发展历程：从 C 语言扩展到标准化

C++ 的起源可追溯至 1979 年，由贝尔实验室的 Bjarne Stroustrup 主导开发。当时他为解决大型项目开发中 C 语言在可维护性和扩展性上的不足，在 C 语言基础上引入了面向对象编程特性。

1983 年：正式命名为 C++，具备类、封装、继承等核心概念
1989 年：启动标准化工作，成立 ANSI 和 ISO 联合委员会
1998 年：首个国际标准 C++98 发布，引入 STL（由 Alexander Stepanov 等人开发）
持续演进：形成了 C++03、C++11、C++14、C++17、C++20、C++23 等版本迭代

2. 版本迭代里程碑

版本	发布年份	核心特性
C++98	1998	第一个官方版本，引入 STL
C++03	2003	修复 C++98 漏洞，增强稳定性
C++11	2011	革命性更新：lambda、智能指针、右值引用、线程库等
C++14	2014	完善 C++11：泛型 lambda、返回值类型推导
C++17	2017	if constexpr、折叠表达式、文件系统库
C++20	2020	协程、概念（Concepts）、模块化（Modules）
C++23	2023	print 函数、flat_map、import std 导入标准库
C++26	2026	制定中

趣闻：C++23 原定计划包含网络库（networking），但因内部技术路线争议（Senders/Receivers 与 Asio 之争）被推迟至 C++26，引发社区广泛讨论。

二、C++ 的地位与应用领域

1. 编程语言排行榜

根据 2024 年 6 月 TIOBE 排行榜，C++ 位列第二（10.03%），仅次于 Python，领先于 C、Java 等语言。其长期保持高排名的原因在于兼顾性能与抽象能力。

2. 主要应用领域

系统开发：操作系统、编译器、数据库（如 MySQL）
音视频处理：FFmpeg、WebRTC 等核心库
客户端开发：Qt 框架构建的桌面应用（如 WPS）
游戏开发：UE4、Cocos2d-x 等引擎
嵌入式系统：智能设备、车载系统
高性能服务：高频交易、流媒体服务器
机器学习引擎：底层算法实现（上层多为 Python 封装）

三、C++ 基础语法

1. 第一个 C++ 程序

C++ 兼容 C 语言语法，但有自己的输入输出体系：

// C风格实现
#include <stdio.h>
int main() {printf("hello world\n");return 0;
}// C++风格实现
#include <iostream>
using namespace std;  // 命名空间展开
int main() {cout << "hello world" << endl;  // endl等价于换行+刷新缓冲区return 0;
}

2. 命名空间（namespace）

解决命名冲突问题，将标识符本地化：

定义方式

// 基本定义
namespace scr {int rand = 10;  // 与标准库rand函数不冲突int Add(int a, int b) { return a + b; }struct Node { int val; Node* next; };
}// 嵌套定义
namespace scr {namespace s {int x = 1;}namespace c {int x = 2;}
}

使用方式

// 1. 指定命名空间访问（推荐）
scr::Add(1, 2);// 2. 展开单个成员
using scr::s::x;
cout << x << endl;  // 直接使用x// 3. 展开全部成员（不推荐在项目中使用）
using namespace scr;
Add(1, 2);  // 直接使用

3. C++ 输入输出

通过 iostream 库实现，自动识别类型：

#include <iostream>
using namespace std;int main() {int a;double b;char c;// 输入cin >> a >> b >> c;  // 无需格式控制符// 输出cout << a << " " << b << " " << c << endl;// 提高IO效率（竞赛常用）ios_base::sync_with_stdio(false);cin.tie(nullptr);cout.tie(nullptr);return 0;
}

4. 缺省参数

函数声明时指定默认值，调用时可省略实参：

分类

// 全缺省参数
void Func1(int a = 10, int b = 20, int c = 30) {}// 半缺省参数（必须从右往左连续设置）
void Func2(int a, int b = 10, int c = 20) {}

注意事项

调用时必须从左到右传参，不能跳跃
声明与定义分离时，缺省值只能在声明中指定
应用场景：初始化函数（如栈的初始化可指定默认容量）

// 栈初始化示例
void STInit(ST* ps, int n = 4) {  // 声明中指定缺省值ps->a = (int*)malloc(n * sizeof(int));ps->top = 0;ps->capacity = n;
}// 调用
ST s1;
STInit(&s1);  // 使用默认值4
ST s2;
STInit(&s2, 1000);  // 自定义容量

5. 函数重载

允许同一作用域中定义同名函数，需满足形参列表不同（类型 / 个数 / 顺序）：

// 1. 参数类型不同
int Add(int a, int b) { return a + b; }
double Add(double a, double b) { return a + b; }// 2. 参数个数不同
void f() { cout << "f()" << endl; }
void f(int a) { cout << "f(int)" << endl; }// 3. 参数顺序不同
void f(int a, char b) { cout << "f(int, char)" << endl; }
void f(char a, int b) { cout << "f(char, int)" << endl; }

注意：返回值不同不能作为重载条件，会导致调用歧义。

6. 引用（&）

为已有变量取别名，与原变量共享内存空间：

基本特性

int a = 10;
int& b = a;  // b是a的别名
int& c = b;  // c也是a的别名// 特性1：必须初始化
// int& d;  // 编译错误// 特性2：一旦引用一个实体，不能再引用其他实体
int x = 20;
b = x;  // 这是赋值，不是更改引用

应用场景

引用传参：替代指针，简化代码

void Swap(int& x, int& y) {  // 无需指针解引用int tmp = x;x = y;y = tmp;
}

引用返回：减少拷贝，可直接修改返回值

int& STTop(ST& s) {  // 返回栈顶元素引用return s.a[s.top - 1];
}// 调用
ST s;
STPush(s, 10);
STTop(s) += 5;  // 直接修改栈顶元素

const 引用

限制对引用对象的修改，可引用常量和临时对象：

const int a = 10;
const int& ra = a;  // 必须用const引用int b = 20;
const int& rb = b;  // 权限缩小，允许
// rb = 30;  // 编译错误，不能修改const int& rc = 10;  // 可引用常量
const int& rd = a + b;  // 可引用表达式临时结果

7. 内联函数（inline）

编译时在调用处展开，避免函数调用的栈帧开销：

inline int Add(int a, int b) {  // 内联声明return a + b;
}int main() {int ret = Add(1, 2);  // 编译时展开为ret = 1 + 2return 0;
}

特点：

适用于频繁调用的短小函数（通常少于 10 行）
递归函数不会被内联
声明与定义通常不分离（避免链接错误）
替代 C 语言的宏函数，兼顾效率与安全性

8. nullptr

C++11 引入的空指针常量，解决 NULL 的二义性：

void f(int x) { cout << "f(int)" << endl; }
void f(int* p) { cout << "f(int*)" << endl; }int main() {f(0);         // 调用f(int)f(NULL);      // NULL被定义为0，仍调用f(int)f((int*)NULL);// 需显式转换才能调用f(int*)f(nullptr);   // 直接调用f(int*)，推荐用法return 0;
}