C++簡史：C++是如何開始的

MISRA C++：2023，MISRA? C++ 標(biāo)準(zhǔn)的下一個版本，來了！為了幫助您做好準(zhǔn)備，我們介紹了 Perforce 首席技術(shù)支持工程師 Frank van den Beuken 博士撰寫的 MISRA C++：2023 博客系列的第二部分。

在這篇博客中，我們將深入探討 C++ 的歷史、編程語言多年來的發(fā)展歷程以及它的下一步發(fā)展方向。

簡介：C++ 歷史
C++是一種常用的通用編程語言，可以用它來編寫高效的程序。

正因為如此，它在安全關(guān)鍵型應(yīng)用領(lǐng)域也很受歡迎，例如汽車行業(yè)，MISRA是最受歡迎的編碼標(biāo)準(zhǔn)之一。

讓我們來看看這門語言的迷人歷史。

C++是如何開始的
C++是由AT&T貝爾實驗室的丹麥計算機科學(xué)家Bjarne Stroustrup于1979年發(fā)明的。它起源于對 UNIX 內(nèi)核的分析，目的是研究它可以在多大程度上分布在網(wǎng)絡(luò)上。

當(dāng) Stroustrup 在劍橋大學(xué)計算實驗室撰寫博士論文時，他對用于編寫模擬器的Simula編程語言的程序組織和并發(fā)特性印象深刻。然而，他發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)的擴展性不好，所以最終用 BCPL 重寫了模擬器。

C 與類
在AT&T貝爾實驗室的工作中，Stroustrup決定用他在Simula中發(fā)現(xiàn)非常有用的語言功能來增強C編程語言。他開始編寫一個預(yù)處理器 Cpre ，將帶有類似 Simula 類的 C 程序轉(zhuǎn)換為可以使用現(xiàn)有編譯器編譯的常規(guī) C 代碼。這門新語言最初被簡單地命名為“C with Classes”。

從一開始，目標(biāo)就是讓新語言可以用于 C 語言的所有用途，因此它是一種通用編程語言。此外，由于 C 編譯器已經(jīng)可用于許多平臺，因此它繼承了 C 的可移植性，這是迄今為止它的重要質(zhì)量特性之一。該語言的另一個目標(biāo)是為 C 語言的不安全特性提供更好的替代方案，同時保持其效率和對底層硬件特性的直接訪問。

C提供的類：
? 類
? 派生類
? 公共/專用訪問控制
? 構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)
? 調(diào)用和返回功能（由于缺乏普及，很快被刪除）
? 友元類
? 函數(shù)參數(shù)的類型檢查
? 內(nèi)聯(lián)函數(shù)
? 默認參數(shù)
? 賦值運算符重載

C++
在 C++ 歷史上的這一點上，該語言需要一個專有的名稱。一段時間以來，它一直被稱為C84，但這被認為是丑陋和令人困惑的。最終，計算機科學(xué)家Rick Mascitti提出了C++這個名字，這可以解釋為該語言是C的繼承者。

隨著更多的功能被添加到該語言中， Cpre 預(yù)處理器不再適用，因此編寫了一個合適的編譯器名稱Cfront。為了方便起見，它仍然生成 C 代碼，但它是一個合適的編譯器，因為它對語法和語義進行了完整的檢查，并生成了程序的內(nèi)部表示，每個范圍都有一個符號表。

新的語言功能包括：
? 虛擬功能
? 函數(shù)名稱和運算符重載
? 引用
? 常量
? 用戶控制的空閑存儲內(nèi)存控制
? 改進了類型檢查和 C++ 樣式注釋（實際上取自 BCPL）

1986年，《C++編程語言》一書的第一版出版，根據(jù) Cfront 1.0編譯器描述了該語言。

C++ 版本 2.0
該語言的第二版于1989年完成，提高了其定義和實現(xiàn)的穩(wěn)定性。
添加了 C++ 2.0：
? 多重繼承
? 類型安全聯(lián)動
? 改進了重載函數(shù)的分辨率
? 賦值和初始化的遞歸定義
? 改進了用戶定義的內(nèi)存管理功能
? 抽象類
? 靜態(tài)成員函數(shù)
? Const 成員函數(shù)
? 受保護的成員
? 運算符重載 -> 和指向成員的指針的重載

C++ 版本 3.0
這是該語言標(biāo)準(zhǔn)化之前的最后一個 C++ 版本。C++ 3.0 于 1991 年完成，并添加了類和函數(shù)模板。C++ 4.0 應(yīng)該在 1993 年發(fā)布，增加異常處理功能，1992年惠普完成了該功能的初步實現(xiàn)，但一直沒有完成。

帶注釋的 C++ 參考手冊
AT&T計劃推出新的C++編譯器計劃從未實現(xiàn)，而其他C++編譯器，包括商業(yè)編譯器（包括Borland，IBM，DEC和Microsoft）和開源GNU編譯器g++都出現(xiàn)了。因此，Stroustrup 的重點轉(zhuǎn)移到了語言的開發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化上。1991 年出版 的《注釋 C++ 參考手冊 》成為語言標(biāo)準(zhǔn)的起點。該手冊提供了 C++ 的完整定義，而不僅僅是 Cfront 3.0 實現(xiàn)的功能，并且來自不同組織的許多人都對其進行了審查。新特性包括命名空間、嵌套類和異常處理。

C++98
C++ 的 ANSI 標(biāo)準(zhǔn)化由 Hewlett-Packard 與 AT&T、DEC 和 IBM 于 1989 年共同發(fā)起。標(biāo)準(zhǔn)化語言之所以成為必要，有幾個原因：增加重要的新特征，防止不兼容方言的發(fā)展。1991年，ISO標(biāo)準(zhǔn)化開始，從那時起，委員會舉行了聯(lián)席會議。

一項重要的活動是標(biāo)準(zhǔn)庫的定義，包括標(biāo)準(zhǔn)模板庫（STL）。此外，它補充說：
? 實時類型信息（RTTI：dynamic_cast、typeid）
? 協(xié)變返回類型
? 強制轉(zhuǎn)換運算符
? 可變
? 布爾
? 條件聲明
? 成員模板
? 類內(nèi)成員初始值設(shè)定項
? 模板的單獨編譯（導(dǎo)出）
? 模板部分專用化
? 重載函數(shù)模板的部分排序

C++03 和嵌入式 C++
C++03 是 C++98 的維護版本，經(jīng)過修訂，并批準(zhǔn)了技術(shù)勘誤的更正。委員會也開始考慮C++0x。

與此同時，包括東芝、日立、富士通和NEC在內(nèi)的日本嵌入式系統(tǒng)工具開發(fā)商聯(lián)盟提出了嵌入式C++（EC++）子集。這是為嵌入式系統(tǒng)編程而設(shè)計的。該子集刪除了可能損害性能或被認為對開發(fā)人員來說過于復(fù)雜的語言功能，因此被視為生產(chǎn)力或正確性風(fēng)險。

被禁止的功能是多重繼承、模板、異常、RTTI、新樣式的強制轉(zhuǎn)換和命名空間。此外，STL 和語言環(huán)境已從標(biāo)準(zhǔn)庫中刪除，并提供了 iostreams 的替代方案。有趣的是，EC++ 的使用并不多，添加模板的“擴展的EC++”超集更受歡迎。

作為對 EC++ 的回應(yīng)，委員會發(fā)布了《性能技術(shù)報告》。性能技術(shù)報告提供了使用各種 C++ 語言和庫功能所隱含的時間和空間開銷的模型。在這樣做的過程中，它解決了對性能問題的擔(dān)憂。此外，它還介紹了有效實施的技術(shù)。因此，ISO 委員會不認可 EC++。

C++11
這個版本引入了許多新的主要功能，所以對于許多程序員來說，它感覺就像一門新語言！

C++11 添加了：
? 內(nèi)存模型
? 并發(fā)
? Auto 和 decltype
? 范圍
? 移動語義和右值引用
? 統(tǒng)一初始化
? 零點
? Constexpr 函數(shù)
? 用戶定義的文本
? 原始字符串文本
? 屬性
? Lambdas
? 可變參數(shù)模板
? 模板別名（使用）
? Noexcept
? 覆蓋和最終
? Static_assert
? Long long
? 默認成員初始值設(shè)定項
? 在構(gòu)造函數(shù)中初始化
? 枚舉類

標(biāo)準(zhǔn)庫也進行了重大補充。1998年，Boost組織成立，提供免費的同行評審的可移植C++源代碼庫。Boost 庫很重要，因為其中很早就提供了各種庫功能，因此 ISO 標(biāo)準(zhǔn)可以從使用中獲得的經(jīng)驗中受益。內(nèi)存模型是并發(fā)支持的重要基礎(chǔ)，它提供了線程和鎖。
移動語義可以提高效率，因為它消除了不必要的副本，這對于大型對象來說可能很昂貴。它允許開發(fā)人員控制是否復(fù)制資源，或者是否應(yīng)將其所有權(quán)轉(zhuǎn)移到另一個對象，從而完成對對象生存期和資源管理的控制。

C++14
ISO C++ 委員會打算對主要和次要版本進行更改，以便 C++14 旨在完成 C++11。它補充道：
? 二進制文本 （0b）
? 數(shù)字分隔符
? 變量模板
? 函數(shù)返回類型推導(dǎo)
? 通用 lambdas
? constexpr 函數(shù)中的局部變量
? 移動捕獲
? 按類型訪問元組
? 標(biāo)準(zhǔn)庫中的用戶定義的文本

C++17
在次要的 C++ 14 發(fā)布之后， C++17 應(yīng)該是一個重大更新。不幸的是，一些主要的預(yù)期功能，如概念和協(xié)程，沒有出現(xiàn)在這個版本中。
新的主要功能包括：
? 類模板參數(shù)推導(dǎo)（介紹推導(dǎo)）
? 結(jié)構(gòu)化綁定
? 內(nèi)聯(lián)變量
? 折疊表達式
? 在條件下進行顯式測試
? 有保證的副本省略
? 更嚴(yán)格的表達式計算順序
? 自動作為模板參數(shù)類型
? 捕獲常見錯誤的標(biāo)準(zhǔn)屬性
? 十六進制浮點文字
? “if constexpr”

一些新功能是增加對函數(shù)式編程風(fēng)格的支持的示例。這方面的關(guān)鍵元素已經(jīng)由C++11中的lambdas提供，但折疊表達式（一種使用運算符將參數(shù)列表簡化為單個值的方便表示法）和推導(dǎo)指南增加了語言的功能風(fēng)味。

C++20
C++17 中沒有的主要功能在 C++20 中添加。因此，這個版本向前邁出了一大步，與從 C++03 到 C++11 的步驟相當(dāng)，所以我們可以說這個版本是 C++17 應(yīng)該的重大升級。

主要的新語言功能包括：
? 推論
? 概念
? 模塊

其他新的語言功能包括編譯時計算支持、宇宙飛船運算符 <=>、并發(fā)性改進、指定的初始值設(shè)定項以及非類型模板參數(shù)中的類類型（還允許字符串文字作為模板參數(shù)）。此外，新的標(biāo)準(zhǔn)庫功能包括范圍、日期、跨度和格式。

模塊最終提供了一種比基于預(yù)處理器的更好的表達模塊化的方式，其中包括繼承自 C 的文件機制。Coroutines為異步執(zhí)行順序代碼提供了一個無堆棧機制，概念是模板參數(shù)上的命名需求集，是模板接口的一部分。它們可以指定模板的預(yù)期用途，并在不滿足約束條件時大大提高編譯錯誤的清晰度。與以前使用“替換失敗不是錯誤”（SFINAE） 的做法相比，這是一個顯著的改進，后者在違反約束時會導(dǎo)致長時間而復(fù)雜的編譯錯誤。

C++的未來
自 1979 年邁出第一步以來，C++ 已經(jīng)走過了漫長的道路，并且還在不斷發(fā)展。

C++23 將很快發(fā)布，并進行了小但重要的調(diào)整，并且 C++26 的工作已經(jīng)開始。

C++的受歡迎程度不斷上升，其使用范圍也在擴大——包括通過虛幻引擎創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實 （VR） 應(yīng)用程序，以及加密貨幣應(yīng)用程序。

信任 C++ 的 Perforce 靜態(tài)分析
30 多年來，Perforce 的靜態(tài)分析工具 Helix QAC 和 Klocwork 因其安全、可靠和高質(zhì)量的 C、C++ 等代碼而備受信賴。我們的工具可在您編碼時識別缺陷、漏洞和合規(guī)性問題，并經(jīng)過認證可用于安全關(guān)鍵型應(yīng)用程序。

Helix QAC 還提供合規(guī)性模塊，用于執(zhí)行 新的 MISRA C++：2023 指南。Perforce 計劃在標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布時提供完整的 MISRA C++：2023 合規(guī)性模塊。