C++ 語言介紹

C++ 語言歷史和設計哲學

C++ 是一種功能強大、通用性強的程式語言，由 Bjarne Stroustrup 在 C 語言的基礎上擴展創建，最初名為「帶類的 C」。它的設計理念是「零開銷原則」，即不使用的特性不應帶來任何性能開銷。C++ 融合了高級和低級程式設計能力，使其適用於廣泛的應用場景。

與 JavaScript 的對比概述

編譯型 vs 解釋型語言

JavaScript（解釋型/JIT 編譯）： JavaScript 程式碼通常由解釋器（如瀏覽器的 JavaScript 引擎或 Node.js）執行。雖然現代 JavaScript 引擎使用即時（JIT）編譯將程式碼在運行時轉換為機器碼以提高性能，但其核心特點是程式碼不會預先編譯成獨立的執行檔。

C++（編譯型）： C++ 程式碼在執行前必須編譯成機器碼。這個過程包括：

1. 預處理： 處理 #include 和 #define 等指令。
2. 編譯： 將預處理後的程式碼轉換為組合語言程式碼。
3. 組合： 將組合語言程式碼轉換為機器碼（目標檔案）。
4. 連結： 將目標檔案和函式庫組合為一個可執行程式。

這個編譯步驟允許進行廣泛的優化，並生成高效的本地程式碼。

C++ 應用場景和優勢

應用場景：

• 系統程式設計： 作業系統、設備驅動、嵌入式系統。
• 遊戲開發： 高性能遊戲引擎（例如 Unreal Engine、Unity 的核心）。
• 高性能計算： 科學模擬、金融建模、交易系統。
• 圖形和多媒體： 圖像/影片處理、3D 圖形。
• 資料庫： 資料庫系統（例如 MySQL、MongoDB）。
• 編譯器和解釋器： 構建程式語言工具。

優勢：

• 性能： 由於直接記憶體存取和編譯，性能接近裸機。
• 控制： 對硬體資源和記憶體的精細控制。
• 可擴展性： 適用於大型複雜系統。
• 可移植性： 程式碼可以在各種平台上編譯和運行。
• 豐富的生態系統： 廣泛的函式庫和工具。

開發環境搭建

要編寫和運行 C++ 程式碼，通常需要：

1. 文字編輯器或 IDE： Visual Studio Code、Visual Studio、CLion、Eclipse 等。
2. C++ 編譯器： GCC (GNU Compiler Collection)、Clang、MSVC (Microsoft Visual C++)。

範例設定（Linux/macOS 與 GCC/Clang）： 安裝 build-essential (Linux) 或 Xcode Command Line Tools (macOS)。

# 在 Ubuntu/Debian 上
sudo apt update
sudo apt install build-essential

# 在 macOS 上
xcode-select --install

你的第一個 C++ 程式

讓我們編寫一個簡單的「Hello, World!」 C++ 程式。

編譯和連結過程

要編譯並運行 C++ 「Hello, World!」 程式（假設你將其保存為 hello.cpp）：

1. 編譯：

   g++ hello.cpp -o hello

   • g++：C++ 編譯器（GCC 的一部分）。
   • hello.cpp：你的原始碼檔案。
   • -o hello：指定輸出的可執行檔案名為 hello。

2. 運行：

   ./hello

   這將執行編譯後的程式，並在你的控制台打印「Hello, World from C++!」。

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練習題：

1. C++ 這樣的編譯型語言與 JavaScript 這樣的解釋型語言之間主要區別是什麼？
2. 列舉三個 C++ 優於 JavaScript 的常見應用領域，並解釋原因。
3. 描述編譯和連結一個簡單的 C++ 程式所涉及的步驟。

專案構想：

• 用 C++ 創建一個簡單的命令行計算器，可以執行基本的算術運算（加、減、乘、除）。