前言

一、 版本說明

本書第1版于1999年出版，第2版于2001年出版，第3版于2003年出版，第4版于2010年出版。第5版是在前4版的基礎(chǔ)上，廣泛聽取了讀者和同行的建議，參考了最新的資料，并根據(jù)作者本人在授課過程中的經(jīng)驗(yàn)修訂而成。第5版的主要修改是增加了C++11、C++14的部分語法，并按照新的C++標(biāo)準(zhǔn)重新修訂更新了原有內(nèi)容。

本書第1版于2001年獲得中國高�？茖W(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)；第3版于2005年獲得北京市高等教育精品教材獎(jiǎng)、2008年獲得清華大學(xué)優(yōu)秀教材特等獎(jiǎng)；第4版于2011年獲得教育部普通高等教育國家級精品教材獎(jiǎng)。同時(shí)，本書也是國家級教學(xué)成果二等獎(jiǎng)、北京市教學(xué)成果一等獎(jiǎng)和二等獎(jiǎng)成果的重要組成部分。該書于2008年和2011年分別獲評教育部“普通高等教育‘十一五’國家級規(guī)劃教材”和“‘十二五’普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材”。該書英文版于2019年由德國德古意特公司正式出版。

二、 本書的編寫背景

C++語言是從C語言發(fā)展演變而來的一種面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言。C++語言的主要特點(diǎn)表現(xiàn)在兩方面： 一是兼容C語言，二是支持面向?qū)ο蟮姆椒ā?/p>

面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)（Object�睴riented Programming，OOP）方法將數(shù)據(jù)及對數(shù)據(jù)的操作方法封裝在一起，作為一個(gè)相互依存、不可分離的整體——對象。對同類型對象抽象出其共性，形成類。類中的大多數(shù)數(shù)據(jù)，只能用本類的方法進(jìn)行處理。類通過一個(gè)簡單的外部接口，與外界發(fā)生關(guān)系，對象與對象之間通過消息進(jìn)行通信。這樣，程序模塊間的關(guān)系簡單，程序模塊的獨(dú)立性、數(shù)據(jù)的安全性具有良好的保障，通過繼承與多態(tài)性，使程序具有很強(qiáng)的可重用性，使得軟件的開發(fā)和維護(hù)都更為方便。

由于面向?qū)ο蠓椒ǖ耐怀鰞?yōu)點(diǎn)，目前它已經(jīng)成為開發(fā)大型軟件時(shí)所采用的主要方法。而C++語言是應(yīng)用最廣泛的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言之一。

長期以來，C++語言被認(rèn)為是較難使用的專業(yè)開發(fā)語言，所以有很多老師和學(xué)生也都認(rèn)為C++語言作為大學(xué)第一門程序設(shè)計(jì)課是很難的。C++語言與面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法真的很難嗎？不是的！

其實(shí)C語言產(chǎn)生的初期，也只被少數(shù)專業(yè)開發(fā)人員使用。但隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)已滲透到各學(xué)科的研究和應(yīng)用中，C語言已經(jīng)被各專業(yè)的工程技術(shù)人員廣泛應(yīng)用于本專業(yè)的科研開發(fā)，也被很多學(xué)校作為第一門程序設(shè)計(jì)語言來講授。C++語言兼容了C語言的主要語法和特點(diǎn)，同時(shí)提供了比C語言更嚴(yán)格、更安全的語法，更適合開發(fā)大型復(fù)雜程序。從這個(gè)意義上講，C++語言首先是一個(gè)更好的C語言。

C++語言是一個(gè)面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，而面向?qū)ο蟮木幊谭椒ㄒ欢缺豢醋魇且婚T比較高深的技術(shù)。這是因?yàn)樵诿嫦驅(qū)ο蠓治觯∣bject�睴riented Analysis,OOA）和面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)（Object�睴riented Design,OOD）理論出現(xiàn)之前，程序員要寫一個(gè)好的面向?qū)ο蟮某绦�，首先要學(xué)會(huì)運(yùn)用面向?qū)ο蟮姆椒▉碚J(rèn)識問題和描述問題。現(xiàn)在，OOP的工作比較簡單了，認(rèn)識問題域與設(shè)計(jì)系統(tǒng)成分的工作已經(jīng)在系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)階段完成，OOP工作就是用一種面向?qū)ο蟮木幊陶Z言把OOD模型中的每個(gè)成分書寫出來。

面向?qū)ο蠓椒ǖ某霈F(xiàn)，實(shí)際上是程序設(shè)計(jì)方法發(fā)展的一個(gè)返璞歸真的過程。軟件開發(fā)從本質(zhì)上講，就是對軟件所要處理的問題域進(jìn)行正確的認(rèn)識，并把這種認(rèn)識正確地描述出來。面向?qū)ο蠓椒ㄋ鶑?qiáng)調(diào)的基本原則，就是直接面對客觀存在的事物來進(jìn)行軟件開發(fā)，將人們在日常生活中習(xí)慣的思維方式和表達(dá)方式應(yīng)用在軟件開發(fā)中，使軟件開發(fā)從過分專業(yè)化的方法、規(guī)則和技巧中回到客觀世界，回到人們通常的思維。

那么，學(xué)習(xí)C++語言是否應(yīng)該首先學(xué)習(xí)C語言呢？不是的，雖然C++語言是從C語言發(fā)展而來的，但是C++語言本身是一個(gè)完整的程序設(shè)計(jì)語言，完全適合作為程序設(shè)計(jì)的入門語言來學(xué)習(xí)。

三、 本書的特色

本書的特色是內(nèi)容全面、深入淺出、靈活剪裁、立體配套。在學(xué)堂在線平臺（https://next.xuetangx.com）上，有與本書配套的國家精品在線開放課程“C++語言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”和“C++語言程序設(shè)計(jì)進(jìn)階”，這兩門在線課程合起來是清華大學(xué)本科生“C++語言程序設(shè)計(jì)”課程的在線版，包括了校內(nèi)授課的全部內(nèi)容、與校內(nèi)學(xué)生作業(yè)相同的在線自動(dòng)評測的編程練習(xí)題，可下載PDF格式的講稿、全部例題的源代碼。

對于使用本書作為教材的老師，可以聯(lián)系清華大學(xué)出版社向教師提供參考講稿（pptx格式和PDF格式的演示文稿，含課堂練習(xí)題）、課堂討論題目和參考答案（可用于混合式教學(xué)的翻轉(zhuǎn)課堂）。

使用本書的教師、學(xué)生和自學(xué)讀者，可以同時(shí)使用配套的《C++語言程序設(shè)計(jì)（第5版）學(xué)生用書》，其中有習(xí)題的參考解答、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。

本書是面向廣大初學(xué)者的教材，也是為大學(xué)的“計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)量身定制的，這類課在多數(shù)學(xué)校一般只有32～48講課學(xué)時(shí)和同等的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，所以本書包含了標(biāo)準(zhǔn)C++的主要內(nèi)容，但是C++的語法并沒有100%涵蓋，對泛型程序設(shè)計(jì)和STL庫只做了簡單介紹。

自1999年第1版出版以來，本書已經(jīng)在清華大學(xué)等100多所學(xué)校的不同專業(yè)中使用，取得了良好的教學(xué)效果。

本書將C++語言作為大學(xué)生的計(jì)算機(jī)編程入門語言，不僅詳細(xì)介紹了語言本身，而且介紹了常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法、面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想和編程方法、UML建模語言。全書以面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法貫穿始終，每章都是首先闡述面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想和方法，由實(shí)際問題入手，然后引出必要的語法知識，在講解語法時(shí)著重從程序設(shè)計(jì)方法學(xué)的角度講述其意義和用途。編寫本書的宗旨是，不僅要使讀者掌握C++語言本身，而且要能夠?qū)ΜF(xiàn)實(shí)世界中較簡單的問題及其解決方法用計(jì)算機(jī)語言進(jìn)行描述。當(dāng)然，要達(dá)到能夠描述較復(fù)雜的問題域還需要學(xué)習(xí)“面向?qū)ο蟮能浖�工程”等其他課程。

針對初學(xué)者和自學(xué)讀者的特點(diǎn)，本書力求做到深入淺出，將復(fù)雜的概念用簡潔淺顯的語言娓娓道來。不同學(xué)�？梢葬槍ψ陨淼慕虒W(xué)特點(diǎn)，選擇不同的章節(jié)組合進(jìn)行教學(xué)。如果學(xué)時(shí)較少，可以只選擇第1～8章、第11章。每章的深度探索也是選學(xué)內(nèi)容，可以根據(jù)不同專業(yè)的教學(xué)需求進(jìn)行選擇。

作者本人使用本書講授的清華大學(xué)本科生課程，有講課32學(xué)時(shí)和48學(xué)時(shí)兩種，實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)數(shù)均為32學(xué)時(shí)，課外學(xué)時(shí)數(shù)為32學(xué)時(shí)，每學(xué)時(shí)45分鐘。建議講課學(xué)時(shí)數(shù)至少32學(xué)時(shí)，分配如下：

第1章2學(xué)時(shí)，第2章4學(xué)時(shí)，第3章2學(xué)時(shí)，第4章4學(xué)時(shí)，第5章2學(xué)時(shí)，第6章 4學(xué)時(shí)，第7章 2學(xué)時(shí)，第8章 2學(xué)時(shí)，第9章4學(xué)時(shí)，第10章 2學(xué)時(shí)，第11章2學(xué)時(shí)，第12章2學(xué)時(shí)。

如果課程安排的講課學(xué)時(shí)超過32學(xué)時(shí)，可以酌情在課上穿插安排課堂練習(xí)、課堂討論等。

實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)的分配請參考配套的《C++語言程序設(shè)計(jì)（第5版）學(xué)生用書》。

四、 內(nèi)容摘要

第1章緒論。從發(fā)展的角度概要介紹了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言的產(chǎn)生和特點(diǎn)；面向?qū)ο蠓椒ǖ挠蓙砗椭饕�的基本概念；并簡單介紹了什么是面向?qū)ο蟮能浖�工程。最后，介紹了信息在計(jì)算機(jī)中的表示和存儲以及程序的開發(fā)過程。

第2章C++語言簡單程序設(shè)計(jì)。講述C++語言程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識。首先簡要介紹C++語言的發(fā)展歷史及其特點(diǎn)；接著學(xué)習(xí)構(gòu)成C++語句的基本部分：字符集、關(guān)鍵字、標(biāo)識符、操作符等。還有C++語言的基本數(shù)據(jù)類型和自定義數(shù)據(jù)類型，以及算法的控制結(jié)構(gòu)：順序、選擇和循環(huán)結(jié)構(gòu)�！吧疃忍剿鳌苯榻B變量的實(shí)現(xiàn)機(jī)制和C++語言表達(dá)式的執(zhí)行原理。

第3章函數(shù)。講述C++語言的函數(shù)。在面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)中，函數(shù)對處理問題過程的基本抽象單元，是對功能的抽象。同時(shí)，使用函數(shù)也為代碼的重用提供了技術(shù)上的支持。我們主要從應(yīng)用的角度講述各種函數(shù)的定義和使用方法�！吧疃忍剿鳌苯榻B運(yùn)行棧與函數(shù)調(diào)用的執(zhí)行、函數(shù)聲明與類型安全。

第4章類與對象。首先介紹面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的基本思想及其主要特點(diǎn)：抽象、封裝、繼承和多態(tài)。接著圍繞數(shù)據(jù)封裝這一特點(diǎn)，著重講解面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法的核心概念——類。其中包括類的定義、實(shí)現(xiàn)以及如何利用類來解決具體問題。最后，簡單介紹了如何用UML描述類的特性。“深度探索”介紹位域、用構(gòu)造函數(shù)定義類型轉(zhuǎn)換，以及對象作為函數(shù)參數(shù)和返回值的傳遞方式。

第5章數(shù)據(jù)的共享與保護(hù)。講述標(biāo)識符的作用域和可見性及變量、對象的生存期；使用局部變量、全局變量、類的數(shù)據(jù)成員、類的靜態(tài)成員和友元來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，共享數(shù)據(jù)的保護(hù)，以及使用多文件結(jié)構(gòu)來組織和編寫程序，解決較為復(fù)雜的問題�！吧疃忍剿鳌苯榻B常成員函數(shù)的聲明原則，代碼的編譯、連接與執(zhí)行過程。

第6章數(shù)組、指針與字符串。討論數(shù)組、指針與字符串。數(shù)組和指針是C++語言中最常用的復(fù)合（構(gòu)造）類型數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)和對象組織、表示的最主要手段，也是組織運(yùn)算的有力工具。本章首先介紹數(shù)組、指針的基本概念，動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配以及動(dòng)態(tài)數(shù)組對象。接著圍繞數(shù)據(jù)和對象組織這一問題，著重講解如何通過使用數(shù)組和指針解決數(shù)據(jù)、函數(shù)以及對象之間的聯(lián)系和協(xié)調(diào)。對于字符串及其處理，本章重點(diǎn)介紹string類。“深度探索”介紹指針與引用的聯(lián)系、指針的安全性隱患及其應(yīng)對方案，以及const_cast的應(yīng)用。

第7章類的繼承。講述類的繼承特性。圍繞派生過程，著重討論不同繼承方式下的基類成員的訪問控制問題、添加構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)。接著討論在較為復(fù)雜的繼承關(guān)系中，類成員的唯一標(biāo)識和訪問問題�！吧疃忍剿鳌苯榻B組合與繼承的區(qū)別與聯(lián)系、派生類對象的內(nèi)存布局，以及基類向派生類的轉(zhuǎn)換及其安全性問題。

第8章多態(tài)性。講述類的另一個(gè)重要特性——多態(tài)性。多態(tài)是指同樣的消息被不同類型的對象接收時(shí)導(dǎo)致完全不同的行為，是對類的特定成員函數(shù)的再抽象。C++語言支持的多態(tài)有多種類型，重載(包括函數(shù)重載和運(yùn)算符重載)和虛函數(shù)是其中主要的方式�！吧疃忍剿鳌苯榻B多態(tài)類型與非多態(tài)類型的區(qū)別、運(yùn)行時(shí)類型識別機(jī)制，以及虛函數(shù)動(dòng)態(tài)綁定的實(shí)現(xiàn)原理。

第9章模板與群體數(shù)據(jù)。群體是指由多個(gè)數(shù)據(jù)元素組成的集合體。群體可以分為兩大類：線性群體和非線性群體。本章介紹模板的基礎(chǔ)語法和幾種常用的群體類模板。

本章討論的群體的組織問題，指的是對數(shù)組元素的排序與查找方法。排序（sorting）又稱分類或整理，是將一個(gè)無序序列調(diào)整為有序序列的過程。查找（searching）是在一個(gè)序列中，按照某種方式找出需要的特定數(shù)據(jù)元素的過程。

最后“深度探索”介紹模板的實(shí)例化機(jī)制、為模板定義特殊的實(shí)現(xiàn)、模板元編程簡介和可變參數(shù)模板簡介。

第10章泛型程序設(shè)計(jì)與C++語言標(biāo)準(zhǔn)模板庫。泛型程序設(shè)計(jì)就是要將程序?qū)懙帽M可能通用，同時(shí)并不損失效率。本章簡單介紹C++語言標(biāo)準(zhǔn)模板庫（STL）中涉及的一些概念、術(shù)語，以及它的結(jié)構(gòu)、主要組件的使用方法。重點(diǎn)介紹容器、迭代器、算法和函數(shù)對象的基本應(yīng)用。目的是使讀者對STL與泛型程序設(shè)計(jì)方法有一個(gè)概要性的了解。“深度探索”深入介紹深層復(fù)制與淺層復(fù)制的問題；還介紹了STL組件的類型特征與STL的擴(kuò)展問題；以及Boost庫。

第11章流類庫與輸入輸出。講述流的概念，然后介紹流類庫的結(jié)構(gòu)和使用。就像C語言一樣，C++語言中也沒有輸入輸出語句。但C++編譯系統(tǒng)帶有一個(gè)面向?qū)ο蟮腎/O軟件包，它就是I/O流類庫。“深度探索”介紹寬字符、寬字符串與寬流，以及對象的串行化問題。

第12章異常處理。講述異常處理問題。異常是一種程序定義的錯(cuò)誤，在C++語言中，異常處理是對所能預(yù)料的運(yùn)行錯(cuò)誤進(jìn)行處理的一套實(shí)現(xiàn)機(jī)制。try、throw和catch語句就是C++語言中用于實(shí)現(xiàn)異常處理的機(jī)制。有了C++異常處理，程序可以向上層模塊傳遞異常事件，這樣程序能更好地從這些異常事件中恢復(fù)過來�！吧疃忍剿鳌苯榻B異常安全性問題和避免異常發(fā)生時(shí)的資源泄露。

五、 作者分工

本書前4版的合作作者董淵、何江舟編寫的內(nèi)容仍繼續(xù)作為本版的重要內(nèi)容。另外，王勇、梁嘉駿參與了本版教材的編寫工作，對全部例題按照C++11、C++14標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了重新調(diào)試，補(bǔ)充了部分新的語法內(nèi)容。

感謝讀者選擇使用本書，歡迎您對本書內(nèi)容提出意見和建議，我們將不勝感激。作者的電子郵件地址為zhengli@tsinghua.edu.cn，來信標(biāo)題請包含“C++ book”。

作者2020年8月于清華大學(xué)