去编程就是去理解。
—Kristen Nyggard
我觉得用C++ 编程序比以往更令人感到愉快。在过去这些年里,C++ 在支持设计和编程方面取得了令人振奋的进步,针对其使用的大量新技术已经被开发出来了。然而,C++ 并不就是好玩。普通的实际程序员在几乎所有种类和规模的开发项目上,在生产率、可维护性、灵活性和质量方面都取得了显著的进步。到今天为止,C++ 已经实现了我当初对它的期望中的绝大部分,还在许多我原来根本没有梦想过的工作中取得了成功。
本书介绍的是标准C++以及由C++ 所支持的关键性编程技术和设计技术。与本书第1版所介绍的那个C++ 版本相比,标准C++ 是一个经过了更仔细推敲的更强大的语言。各种新的语言特征,如名字空间、异常、模板,以及运行时类型识别,使人能以比过去更直接的方式使用许多技术,标准库使程序员能够从比基本语言高得多的层面上起步。
本书第2版中大约有三分之一的内容来自第1版。这个第3版则是重写了比例更大的篇幅的结果。它提供的许多东西是大部分有经验的程序员也需要的,与此同时,本书也比它的以前版本更容易供新手入门。C++ 使用的爆炸性增长和作为其结果的海量经验积累使这些成为可能。
一个功能广泛的标准库定义使我能以一种与以前不同的方式介绍C++ 的各种概念。与过去一样,本书对C++ 的介绍与任何特定的实现都没有关系;与过去一样,教材式的各章还是采用“自下而上”的方式,使每种结构都是在定义之后才使用。无论如何,使用一个设计良好的库远比理解其实现细节容易得多。由于这些情况,在假定读者已经理解了标准库的内部工作原理之前,就可以利用它提供许多更实际更有趣的例子。标准库本身也是程序设计实例和设计技术的丰富源泉。
本书将介绍每种主要的C++ 语言特征和这个标准库,它是围绕着语言和库功能组织起来的。当然,各种特征都将在使用它们的环境中介绍。也就是说,这里所关注的是将语言作为一种设计和编程的工具,而不是语言本身。本书将展示那些使C++ 卓有成效的关键性技术,讲述为掌握它们所需要的那些基本概念。除了专门阐释技术细节的那些地方之外,其他示例都取自系统软件领域。另一本与本书配套出版的书《带标注的C++ 语言标准》(The Annotated C++ Language Standard),将给出完整的语言定义,所附标注能使它更容易理解。
本书的基本目标就是帮助读者理解C++ 所提供的功能将如何支持关键性的程序设计技术。这里的目标是使读者能远远超越简单地复制示例并使之能够运行,或者模仿来自其他语言的程序设计风格。只有对隐藏在语言背后的思想有了一个很好的理解之后,才能真正掌握这个语言。如果有一些具体实现的文档的辅助,这里所提供的信息就足以对付具有挑战性的真实世界中的重要项目。我的希望是,本书能帮助读者获得新的洞察力,使他们成为更好的程序员和设计师。
致谢
除了第1版和第2版的致谢中所提到的那些人之外,我还要感谢Matt Austern,Hans Boehm,Don Caldwell,Lawrence Crowl,Alan Feuer,Andrew Forrest,David Gay,Tim Griffin,Peter Juhl,Brian Kernighan,Andrew Koenig,Mike Mowbray,Rob Murray,Lee Nackman,Joseph Newcomer,Alex Stepanov,David Vandevoorde,Peter Weinberger和Chris Van Wyk,他们对第3版各章的初稿提出了许多评论和意见。没有他们的帮助和建议,这本书一定会更难理解,包含更多的错误,没有这么完全,当然也可能稍微短一点。
我还要感谢C++ 标准化委员会的志愿者们,是他们完成了规模宏大的建设性工作,才使C++ 具有它今天这个样子。要罗列出每个人就会有一点不公平,但一个也不提就更不公平,所以我想特别提出Mike Ball,Dag Br焎k,Sean Corfield,Ted Goldstein,Kim Knuttila,Andrew Koenig,Jos?Lajoie,Dmitry Lenkov,Nathan Myers,Martin O'Riordan,Tom Plum,Jonathan Shopiro,John Spicer, Jerry Schwarz,Alex Stepanov和Mike Vilot,他们中的每个都在C++及其标准库的某些方面直接与我合作过。
在这本书第一次印刷之后,许多人给我发来电子邮件,提出更正和建议。我已经在原书的结构里响应了他们的建议,使后来出版的版本大为改善。将本书翻译到各种语言的译者也提供了许多澄清性的意见。作为对这些读者的回应,我增加了附录D和附录E。让我借这个机会感谢他们之中特别有帮助的几位:Dave Abrahams,Matt Austern,Jan Bielawski,Janina Mincer Daszkiewicz,Andrew Koenig,Dietmar K焗l,Nicolai Josuttis,Nathan Myers,Paul E. Sevinc,Andy Tenne-Sens,Shoichi Uchida,Ping-Fai(Mike) Yang和Dennis Yelle。
Bjarne Stroustrup
Murray Hill,新泽西
第2版序
前路漫漫。
—Bilbo Baggins
正如在本书的第1版所承诺的,C++ 为满足其用户的需要正在不断地演化。这一演化过程得助于许多有着极大的背景差异,在范围广泛的应用领域中工作的用户们的实际经验的指导。在第1版出版后的六年中,C++ 的用户群体扩大了不只百倍,人们学到了许多东西,发现了许多新技术并通过了实践的检验。这些技术中的一些也在这一版中有所反映。
在过去六年里所完成的许多语言扩展,其基本宗旨就是将C++ 提升成为一种服务于一般性的数据抽象和面向对象程序设计的语言,特别是提升为一个可编写高质量的用户定义类型库的工具。一个“高质量的库”是指这样的库,它以一个或几个方便、安全且高效的类的形式,给用户提供了一个概念。在这个环境中,安全意味着这个类在库的使用者与它的供方之间构成了一个特殊的类型安全的界面;高效意味着与手工写出的C代码相比,这种库的使用不会给用户强加明显的运行时间上或空间上的额外开销。
本书介绍的是完整的C++ 语言。从第1章到第10章是一个教材式的导引,第11章到第13章展现的是一个有关设计和软件开发问题的讨论,最后包含了完整的C++ 参考手册。自然,在原来版本之后新加入的特征和变化已成为这个展示的有机组成部分。这些特征包括:经过精化后的重载解析规则和存储管理功能,以及访问控制机制、类型安全的连接、const和static成员函数、抽象类、多重继承、模板和异常处理。
. C++ 是一个通用的程序设计语言,其核心应用领域是最广泛意义上的系统程序设计。此外,C++ 还被成功地用到许多无法称为系统程序设计的应用领域中。从最摩登的小型计算机到最大的超级计算机上,以及几乎所有操作系统上都有C++ 的实现。因此,本书描述的是C++ 语言本身,并不想试着去解释任何特殊的实现、程序设计环境或者库。
本书中给出的许多类的示例虽然都很有用,但也还是应该归到“玩具”一类。与在完整的精益求精的程序中做解释相比,这里所采用的解说风格能更清晰地呈现那些具有普遍意义的原理和极其有用的技术,在实际例子中它们很容易被细节所淹没。这里给出的大部分有用的类,如链接表、数组、字符串、矩阵、图形类、关联数组等,在广泛可用的各种商品的和非商品资源中,都有可用的“防弹”和/或“金盘”版本。那些“具有工业强度”的类和库中的许多东西,实际上不过是在这里可以找到的玩具版本的直接或间接后裔。
与本书的第1版相比,这一版更加强调本书的教学方面的作用。然而,这里的叙述仍然是针对有经验的程序员,并努力不去轻视他们的智慧和经验。有关设计问题的讨论有了很大的扩充,作为对读者在语言特征及其直接应用之外的要求的一种回应。技术细节和精确性也有所增强。特别是,这里的参考手册表现了在这个方向上多年的工作。我的目标是提供一本具有足够深度的书籍,使大部分程序员能在多次阅读中都有所收获。换句话说,这本书给出的是C++ 语言,它的基本原理,以及使用时所需要的关键性技术。欢迎欣赏!
致谢
除了在第1版序中致谢里所提到人们之外,我还要感谢Al Aho,Steve Buroff,Jim Coplien,Ted Goldstein,Tony Hansen,Lorraine Juhl,Peter Juhl, Brian Kernighan,Andrew Koenig,Bill Leggett,Warren Montgomery,Mike Mowbray,Rob Murray,Jonathan Shopiro,Mike Vilot和Peter Weinberger,他们对第2版的初稿提出了许多意见。许多人对C++从1985年到1991年的开发有很大影响,我只能提出其中几个:Andrew Koenig,Brian Kernighan,Doug McIlroy和Johathan Shopiro。还要感谢参考手册“外部评阅”的许多参与者,以及在X3J16的整个第一年里一直在其中受苦的人们。
Bjarne Stroustrup Murray Hill,新泽西
第1 版序
语言磨砺了我们思维的方式,也决定着我们思考的范围。
—B.L. Whorf
C++ 是一种通用的程序设计语言,其设计就是为了使认真的程序员工作得更愉快。除了一些小细节之外,C++ 是C程序设计语言的一个超集。C++ 提供了C所提供的各种功能,还为定义新类型提供了灵活而有效的功能。程序员可以通过定义新类型,使这些类型与应用中的概念紧密对应,从而把一个应用划分成许多容易管理的片段。这种程序构造技术通常被称为数据抽象。某些用户定义类型的对象包含着类型信息,这种对象就可以方便而安全地用在那种对象类型无法在编译时确定的环境中。使用这种类型的对象的程序通常被称为是基于对象的。如果用得好,这些技术可以产生出更短、更容易理解,而且也更容易管理的程序。
C++ 里的最关键概念是类。一个类就是一个用户定义类型。类提供了对数据的隐藏,数据的初始化保证,用户定义类型的隐式类型转换,动态类型识别,用户控制的存储管理,以及重载运算符的机制等。在类型检查和表述模块性方面,C++提供了比C好得多的功能。它还包含了许多并不直接与类相关的改进,包括符号常量、函数的在线替换、默认函数参数、重载函数名、自由存储管理运算符,以及引用类型等。C++ 保持了C高效处理硬件基本对象(位、字节、字、地址等)的能力。这就使用户定义类型能够在相当高的效率水平上实现。
C++ 及其标准库也是为了可移植性而设计的。当前的实现能够在大多数支持C的系统上运行。C的库也能用于C++ 程序,而且大部分支持C程序设计的工具也同样能用于C++。
本书的基本目标就是帮助认真的程序员学习这个语言,并将它用于那些非平凡的项目。书中提供了有关C++ 的完整描述,许多完整的例子,以及更多的程序片段。
致谢
如果没有许多朋友和同事持之以恒的使用、建议和建设性的批评,C++ 绝不会像它现在这样成熟。特别地,Tom Cargill,Jim Coplien,Stu Feldman,Sandy Fraser,Steve Johnson,Brian Kernighan,Bart Locanthi,Doug McIlroy,Dennis Rechie,Larry Rosler,Jerry Schwarz和Jon Shopiro对语言发展提供了重要的思想。Dave Presotto写出了流I/O库的当前实现。
此外,还有成百的人们对C++ 及其编译器的开发做出了贡献:他们给我提出改进的建议,描述他们所遇到的问题,告诉我编译中的错误等。我只能提出其中的很少几位:Gary Bishop,Abdrew Hume,Tom Karzes,Victor Milenkovic,Rob Murray,Leonie Rose,Brian Schmult和Gary Walker。
许多人在本书的撰写过程中为我提供了帮助,特别值得提出的是Jon Bentley,Laura Eaves,Brian Kernighan,Ted Kowalski,Steve Mahaney,Jon Shopiro,以及参加1985年7月26 ~ 27日俄亥俄州哥伦布贝尔实验室C++ 课程的人们。
Bjarne Stroustrup
Murray Hill, 新泽西
中文版序
本书是讲述标准C++的最完整和最新的著作,它拥有最多的读者,使用也最为广泛。按我目前的统计,本书已经被翻译成17种语言(参见http://WWW.research.att.com/~bs/covers.html)。所以,这个译本所依据的原文,已经从成千上万的读者建议中获益匪浅。
现在,中国的程序员和事事学子能够更容易地读到本书,对此我尤感欣慰。我的中国同事,还有许许多多中国的程序员(通过电子邮件)早就向我建议有必要将本书译为中文。因为自己的母语也不是英语,我当然也认识到了这种必要性--何况,我还非常喜欢拿本书译本的总数作为C++得到广泛应用的活生生的例子。
自然了,所谓"仁者乐山,智者乐水",有人会更喜欢英文原版,而另一些人则会感觉阅读翻译成母语的版本更能消除理解上的障碍。我认识许多程序员同时使用原版和译本,这样既能发挥母语的优势,又能用英语与全世界的程序员进行交流。
本书涵盖了标准C++、它的标准库和C++所支持的基本技术,如面向对象程序设计和通用型程序设计。其目的不仅仅是阐述语言的功能,还要提供如何行之有效地使用这些功能的信息,使程序员足以应付大多数开发项目。因此其中对设计的讨论非常重要。
1998年,ISO的C++标准(ISO/IEC 14882 Standond for the C++ Programming Language)得到了批准(各国标准委员会以22-0全票通过)。这是C++发展史上的一个里程碑,开创了C++工具和技术稳定发展的新纪元。
对我本人而言,其中关键在于,标准C++相对于以前的任何版本,更接近于我对C++的目标。标准C++及其标准库使我能够编写出比过去更好、更优雅、更高效的C++程序。
标准化的目的是为一种语言和一个库制定规范,使其能够服务于所有用户群体,而不至偏向于某个用户群、某个公司或某个国家。这是一个以保证质量和达成共识为目的的开放。公正的过程。
开放和民主的标准化过程存在~个潜在的问题:所谓"由委员会设计"。这在C++的标准化中基本上被避免了。原因之一在于,我担任了语言扩展工作组的主席。在此位置上,我负责评估所有关于主要语言扩展方面的建议,并就那些我本人、工作组和委员会都认为值得和可行的建议撰写最终版本。因此,委员会的主要活动是讨论提交上来的相对完整的设计,而不是自己来设计。与此类似,标准库的主要新增部分--"STL"(为容器、迭代器和算法提供了通用的、高效的、类型安全的和可扩展的框架),主要都源自一个人-Alexander stepanov的工作成果。
重要的是,C++标准不仅仅是一份文档。它已经在各种C+十实现产品中得到了体现。所有主要的C++实现产品现在都实现了标准,只有极少的几个例外。为了帮助厂商更好地实现标准,现在至少有两个公司提供了标准C++的验证套件。因此,我现在写代码,只要合适,都会用到标准C++提供的和本书这一版中讲述的功能。
C++语言的改进和标准库的增加,使我自己编写代码的方式发生了显著变化。现在我的程序比原来更加简洁、更加高效。这直接得益于标准C++对抽象更好、更系统和更纯粹的支持。
对模板和异常等功能更好的支持,使对底层处理和更混乱的功能的需要大大降低了。而且,最近几年出现了许多新的设计和编程技术,这在本书的表达方法和实例中都有所反映。
C++现在可以作为高级语言来讲授了。也就是说,重点一开始就可以放在算法和容器上,而不用再在什么位呀,联合呀,C风格字符串,数组等等东西上纠缠不清了。自然,底层的概念(如数组、重要的指针应用和强制转换)最终还是要教要学的。但是,可以等到作为新手的C++程序员、读者或学生已经成熟,能够在实现这些功能的高级概念的大背景中看待它们的时候,再对这些功能进行阐释。
我想特别强调(怎么强调都不过分)的是,应该多使用静态类型安全的字符串和容器,而不要学那些使用大量宏、强制转换和数组的编程风格。在本书中,我能够根本就不用宏,并且只在很少的非用不可的情况下才使用强制转换。我认为C/C++形式的宏是一种严重的缺陷--现在因为有了模板、名字空间、在线函数和常量这些正确的语言功能,它很大程度上更是一种多余了。同样,在任何语言中,强制转换的大量使用都是设计不良的标志。宏和强制转换是错误的主要渊薮。不用它们也能工作,这一点大大提高了C++编程的安全性和优雅性。
标准C++改变了我们使用C++编程、设计程序以及教授C++编程的方式。这些变化不可能"毕其功于一役"。我鼓励你在标准C++、在本书中所用的设计和编程技术,以及自己的编程方式上好好下一番功夫。我想脱胎换骨是有可能的。但是别太死心眼了。奇迹是不存在的,在产品代码中使用仅仅一知半解的语言功能和技术是相当危险的。现在该开始探索,开始试验了--标准C++真正对你有所种益的地方,就在理解新概念和新技术的旅程中!
旅途愉快!
Bjarne Stroustrup