C++ 是什么？语言特点、运行速度与用途

一句话说清 C++

C++ 是一门静态类型的编译型编程语言，它把你的源代码直接转换成本地机器码。正是这一个设计选择（程序和 CPU 之间没有解释器，也没有虚拟机）让 C++ 成为你能用的最快的语言之一，也让它成为那些绝对不能慢的软件背后的语言。

下面是必不可少的第一个程序，直接在这里运行它：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    cout << "Hello, C++!" << endl;
    return 0;
}

这里的结构比脚本语言多，这是有意为之：C++ 要求你把一切写清楚，作为交换，你获得了精确的控制力。接下来的几页会把这段代码的每个部分都讲清楚。

C++ 为什么快

大多数脚本语言通过解释器或虚拟机来运行代码，在运行时读取并执行指令。C++ 跳过了这一切：

1. 编译器（例如 g++ 或 clang++）读取你的 .cpp 源文件，把它翻译成针对某一种处理器和操作系统的机器指令。
2. 结果是一个独立的可执行文件，由 CPU 直接运行，你的代码和硬件之间没有任何东西。

因为程序运行时不需要做任何翻译，C++ 程序启动迅速，并能以处理器的全速运行。你还能对内存和硬件进行细粒度的控制，而这些正是高级语言刻意对你隐藏的。

代价是：机器码是为某一个平台构建的。在 Windows 上编译出的可执行文件无法在 Mac 上运行，你需要针对每个目标平台重新编译源代码。（相比之下，Java 会编译成可移植的字节码，能在任何 JVM 上运行。）

静态类型与多范式

有两个特性决定了 C++ 代码的样子和写法。

静态类型意味着每个变量的类型在编译时就已确定，编译器会在程序运行之前检查你的类型：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    int count = 5;
    string label = "items";
    cout << count << " " << label << endl;
    return 0;
}

count 在整个生命周期里都是 int；试图把 "hello" 存进去是无法通过编译的。这能及早发现一大类错误，代价是前期要多写一些代码。

多范式意味着 C++ 不强迫你使用某一种风格。你可以写普通的过程式代码，可以把逻辑组织成类（面向对象），也可以用模板编写泛型的、可复用的代码。大多数真实的程序三者兼而有之。这种灵活性很强大，但也意味着 C++ 要学的东西很多，我们会一次讲一个概念。

C++ 能用来做什么

只要性能和控制力是硬性要求，就会看到 C++ 的身影：

• 游戏引擎：Unreal Engine、Unity 的核心，以及大多数 3A 游戏的代码。
• 系统软件：操作系统、设备驱动程序，以及 Chrome 和 Firefox 这样的浏览器。
• 高性能服务：数据库、交易系统，以及每一微秒都很重要的搜索基础设施。
• 嵌入式与硬件：汽车、无人机、医疗设备和物联网设备的固件。

如果一款软件必须够快、必须塞进很小的内存，或者需要直接与硬件打交道，那它很可能就是用 C++ 写的。

C++ 不是 C（但它源于 C）

C++ 在 20 世纪 80 年代从 C 发展而来，最初叫“带类的 C”，至今基本上仍是 C 的超集：很多合法的 C 代码都能当作 C++ 编译。但从那以后，这门语言已经有了巨大的发展。

C++ 增加了面向对象编程、用于泛型代码的模板、引用、异常，以及一个装满现成工具的丰富标准库。下面这段代码用到了其中之一：vector，一个会自己管理内存的可变大小数组，在 C 中你得亲手实现它：

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
    vector<int> scores = {90, 85, 100};
    scores.push_back(75);

    for (int s : scores) {
        cout << s << " ";
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

现代 C++（C++11、C++17 和 C++20 标准）大量依赖这类工具，让这门语言比它的 C 语言根源更安全、表达力更强。初学者的一个常见错误是写 C 风格的 C++：手动管理内存，到处都是原始数组，而标准库其实早已替你解决了这些问题。本文档会始终采用现代的写法。