前言

C++ 的发展始于 1982 年。丹麦计算机科学家 Bjarne Stroustrup 以 “C with Classes” 为基础，进一步发展出了这门语言。1985 年，The C++ Programming Language 一书的第一版问世。C++ 的首个标准化版本发布于 1998 年，即 C++98。2003 年发布的 C++03 只包含少量小幅更新。此后的一段时间里，语言演进相对沉寂，但势头随后逐渐积聚，最终在 2011 年迎来了一次重大升级——C++11。自那以后，C++ 标准委员会基本维持三年一个版本的节奏，先后带来了 C++14、C++17、C++20，而现在则是 C++23。总体来说，随着 2023 年 C++23 的发布，C++ 已接近 40 岁，但依然活力十足。2023 年大多数编程语言排行榜中，C++ 依旧稳居前四。它被广泛应用在各种硬件环境中，从带嵌入式微处理器的小型设备，到多机架超级计算机，几乎无所不包。除了硬件覆盖面极广之外，C++ 几乎可以胜任任何类型的编程工作：移动平台游戏、对性能要求极高的人工智能（AI）与机器学习（ML）软件、自动驾驶汽车组件、实时三维图形引擎、底层硬件驱动、完整操作系统、网络设备软件栈、Web 浏览器等等。C++ 程序的性能很难被其他编程语言匹敌，因此它事实上已成为构建快速、强大、企业级程序的首选语言。Microsoft、Facebook、Amazon、Google 等大型科技公司，都在用 C++ 编写的服务支撑其基础设施。尽管 C++ 非常流行，但要真正全面掌握这门语言并不容易。专业 C++ 程序员所使用的许多简单却强大的技巧，在传统教材中并不常见；即使是经验丰富的 C++ 开发者，也常常对某些实用能力知之甚少。

太多编程书籍只聚焦语言语法，而忽略其在真实世界中的使用方式。典型的 C++ 教材通常每章介绍语言中的一大块内容，讲清语法，再附上示例。Professional C++ 并不采用这种写法。它不会只给你一堆脱离实践语境的“零件”和“螺丝”，而是教你如何在现实工作中使用 C++。本书会介绍那些鲜为人知、但能显著提升开发效率的特性，也会带你掌握把初学者与专业程序员区分开来的编程技巧。

本书适合谁阅读

即使你已经使用 C++ 多年，你也可能仍不熟悉它的一些高级特性，或者尚未真正发挥这门语言的全部能力。也许你还不了解最新版 C++23 引入的新特性；也许你已经能写出合格的 C++ 代码，但希望进一步掌握 C++ 设计与良好编程风格；又或者你接触 C++ 时间还不长，但希望一开始就按“正确的方法”来学习。本书正是为这几类读者准备的，它会帮助你把 C++ 水平提升到专业开发者的层次。

由于本书关注的是如何从 C++ 的基础或中级水平进阶为专业的 C++ 程序员，因此它默认你已经具备一定的编程基础。第 1 章“C++ 与标准库速成导论”会对 C++ 基础做一次回顾，但它并不能替代系统性的编程训练。如果你刚开始学习 C++，但已经掌握了其他编程语言，例如 C、Java 或 C#，那么你应该能够从第 1 章中获得绝大多数所需的入门补充。

无论如何，你都应当具备扎实的编程基本功。你需要了解循环、函数与变量，知道如何组织一个程序，并熟悉递归等基础技巧。你还应该对常见数据结构（例如队列）以及排序、查找等常用算法有一定认识。你暂时还不必掌握面向对象编程——这部分内容会在第 5 章“基于类的设计”中讲解。

你还需要熟悉自己用于编译代码的编译器。后文会介绍两种编译器：Microsoft Visual C++ 与 GCC。至于其他编译器，请参考各自随附的官方文档。

本书涵盖的内容

Professional C++ 所采用的 C++ 学习路径，既能提升代码质量，也能提高你的编程效率。在本书第六版中，你会在各处看到关于 C++23 新特性的讨论。这些新特性并不是零散地分布在少数几个章节里，而是尽可能融入了全书的示例之中：凡是适合使用新特性的地方，相关示例都已经更新。

Professional C++ 讲授的不只是 C++ 的语法与语言特性。本书同样强调编程方法论、可复用的设计模式，以及良好的编程风格。Professional C++ 的方法体系覆盖了完整的软件开发过程——从设计与编码，到调试，再到团队协作。通过这种方式，你不仅能掌握 C++ 语言及其细微特性，还能把它强大的能力真正运用到大规模软件开发之中。

想象一下：有些人学会了 C++ 的全部语法，却从未见过任何真实用法的示例。他们懂得恰好足以“把事情搞砸”的那一点知识！如果没有例子，他们可能会以为程序里的所有代码都该写进 main() 函数，或者所有变量都该是全局变量——而这些做法显然都不能算是良好编程的典范。

专业的 C++ 程序员除了懂语法之外，更懂如何正确使用这门语言。他们理解良好设计的重要性，理解面向对象编程的思想，也懂得如何恰当地利用现有库。他们还会逐步积累一整套实用代码与可复用思路。

通过阅读并真正理解本书，你将成长为一名专业的 C++ 程序员。你对 C++ 的认识将扩展到许多鲜少被提及、又常常被误解的语言特性；你会更深刻地理解面向对象设计，并掌握高水平的调试技能。也许最重要的是，读完本书后，你将带着一整套可以真正用于日常工作的可复用思想离开。

努力成为专业的 C++ 程序员，而不仅仅是“懂 C++ 的程序员”，其收益是多方面的。理解语言真实的运行机制，能提升代码质量；学习不同的编程方法与流程，能帮助你更好地与团队协作；掌握可复用库与常见设计模式，能提升你每天的开发效率，让你不再反复“造轮子”。这些经验都会让你成为更出色的开发者，也让你在职场中更具价值。虽然本书不能保证你因此获得晋升，但它肯定不会拖你的后腿。

本书结构

本书共分为五个部分。

第一部分“走进 Professional C++”从一章 C++ 基础速成开始，帮助读者夯实 C++ 知识底座。在这次速成回顾之后，第一部分还会进一步深入字符串处理，因为本书大多数示例都会频繁用到字符串。该部分的最后一章则探讨如何编写可读性强的 C++ 代码。

第二部分“Professional C++ 软件设计”讨论 C++ 设计方法论。你将读到设计的重要性、面向对象方法论，以及代码复用的重要意义。

第三部分“以专业方式编写 C++”从专业开发者的视角，对 C++ 做一次技术巡礼。你将学习如何以最佳方式管理 C++ 内存、如何创建可复用的类，以及如何利用继承等重要语言特性。你还会学到输入输出技巧、错误处理、字符串本地化、正则表达式，以及如何通过名为“模块”的可复用组件来组织代码。你还将了解如何实现运算符重载、如何编写模板、如何使用 concepts 对模板参数施加约束，以及如何释放 lambda 表达式与函数对象的威力。本部分还会讲解 C++ 标准库，包括容器、迭代器、范围与算法；同时也会介绍标准中提供的其他一些库，例如与时间、日期、时区、随机数以及文件系统相关的库。

第四部分“精通 C++ 高级特性”展示如何把 C++ 的能力真正发挥到极致。本部分会揭开 C++ 某些“神秘感”背后的机制，并说明如何使用其中较为高级的特性。你将学习如何按自身需求定制与扩展 C++ 标准库、模板编程中的高级细节（包括模板元编程），以及如何利用多线程来发挥多处理器与多核系统的能力。

第五部分“C++ 软件工程”聚焦如何编写企业级质量的软件。你将读到当代软件团队采用的工程实践；如何编写高效的 C++ 代码；软件测试相关概念，例如单元测试与回归测试；调试 C++ 程序常用的技术；如何把设计技巧、框架以及概念层面的面向对象设计模式融入自己的代码；以及跨语言、跨平台代码的解决方案。

全书最后还附有一章实用的 C++ 技术面试逐章指南、一份带注释的参考书目、标准中可用 C++ 头文件的汇总，以及对统一建模语言（UML）的简要介绍。

本书并不是一部罗列 C++ 中每个类、每个成员函数、每个函数的纯参考手册。Peter Van Weert 与 Marc Gregoire 合著的 C++17 Standard Library Quick Reference（Apress，2019，ISBN：978-1-4842-4923-9）则是一部更精炼的参考书，它汇总了截至 C++17 标准为止 C++ 标准库提供的所有核心数据结构、算法与函数。¹ 附录 B“带注释的参考书目”中还列出了更多参考资料。另有两个非常优秀的在线参考站点：

cppreference.com：你可以在线使用，也可以下载离线版本，以便在无法联网时查阅。
cplusplus.com/reference

本书中凡提到“标准库参考（Standard Library Reference）”，指的就是这类详尽的 C++ 参考资料。

以下还有一些同样非常出色的在线资源：

github.com/isocpp/CppCoreGuidelines：C++ Core Guidelines 由 C++ 语言的发明者 Bjarne Stroustrup 牵头，是跨多个组织、多年讨论与设计的协作成果。其目标是帮助开发者高效地使用现代 C++。这套指南更关注相对高层的问题，例如接口、资源管理、内存管理以及并发。
github.com/Microsoft/GSL：这是微软对 Guidelines Support Library（GSL）的实现，包含 C++ Core Guidelines 推荐使用的函数与类型。它是一个仅包含头文件的库。
isocpp.org/faq：这里收集了大量常见的 C++ 问题与解答。
stackoverflow.com：你既可以搜索常见编程问题的答案，也可以自己提问。

约定说明

为了帮助你更高效地阅读本书并跟上讲解节奏，全书采用了若干统一约定。

像这样的方框用于承载重要且不应忽略的信息，并且它们与上下文内容直接相关。

正文中的格式约定如下：

重要术语在首次出现时使用斜体表示。
键盘按键写法示例如下：Ctrl+A。
文件名以及正文中的代码会以这样的形式展示：monkey.cpp。
URL 会以这样的形式展示：wiley.com。

代码会以三种不同方式呈现：

// 代码中的注释显示如下。
在代码示例中，新的且重要的代码会以这种方式突出显示。
在当前语境下不那么重要，或前文已经出现过的代码，会以这种形式呈现。

带有 C++23 小图标的段落或章节，表示其中内容专门针对 C++23 标准，就像本段一样。C++11、C++14、C++17 与 C++20 的特性不会额外标注图标。

使用本书所需条件

使用本书，你只需要一台装有 C++ 编译器的计算机即可。本书只关注已经标准化的 C++ 内容，不涉及各家厂商特有的编译器扩展。

任意一款 C++ 编译器

你可以使用任何你喜欢的 C++ 编译器。如果你还没有 C++ 编译器，也可以免费下载一个。可选项很多。例如，在 Windows 上，你可以下载免费的 Microsoft Visual Studio Community Edition，其中包含 Visual C++；在 Linux 上，则可以使用同样免费的 GCC 或 Clang。

接下来的两个小节会简要说明如何使用 Visual C++ 与 GCC。更详细的信息，请参考你所使用编译器附带的官方文档。

编译器与 C++23 特性支持

本书讨论了 C++23 标准引入的新特性。在我写作本书时，还没有任何编译器能够完整符合 C++23 标准。有些新特性只被部分编译器支持，另一些则尚未被任何编译器支持。各家编译器厂商都在积极补齐这些新特性，我相信用不了太久，就会出现完整支持 C++23 的编译器。你可以在 en.cppreference.com/w/cpp/compiler_support 上持续查看不同编译器对各项特性的支持情况。

编译器与 C++ 模块支持

在我写作本书时，并非所有编译器都已经完整支持模块；不过至少主流编译器都已经在一定程度上支持了它。本书会始终使用模块。如果你的编译器尚未支持模块，也可以像第 11 章“模块、头文件及其他主题”中简要说明的那样，把使用模块的代码改写为不使用模块的形式。

示例：Microsoft Visual C++ 2022

首先，你需要创建一个项目。启动 Visual C++ 2022，在欢迎界面点击 Create A New Project。如果欢迎界面没有显示，请选择 File ➪ New ➪ Project。在 Create A New Project 对话框中，搜索带有 C++、Windows 和 Console 标签的 Console App 项目模板，然后点击 Next。接着指定项目名称和保存位置，再点击 Create。

新项目加载完成后，你会在 Solution Explorer 中看到项目文件列表。如果这个停靠窗口未显示，请选择 View ➪ Solution Explorer。新建项目默认会在 Source Files 节点下包含一个名为 <projectname>.cpp 的文件。你可以直接在该 .cpp 文件中编写自己的 C++ 代码；如果你想编译本书配套源码压缩包中的源文件，也可以先在 Solution Explorer 中选中 <projectname>.cpp 并删除它。你可以通过右键单击项目名，然后选择 Add ➪ New Item 或 Add ➪ Existing Item 来添加新文件或已有文件。

在我写作本书时，Visual C++ 2022 还不会自动启用 C++23 特性。若要开启 C++23，请在 Solution Explorer 窗口中右键项目并选择 Properties。在 Properties 窗口中进入 Configuration Properties ➪ General，把 C++ Language Standard 选项设置为 ISO C++23 Standard，或设置为你当前 Visual C++ 版本中可用的 Preview - Features from the Latest C++ Working Draft，然后点击 OK。

最后，选择 Build ➪ Build Solution 来编译你的代码。编译无误后，即可通过 Debug ➪ Start Debugging 来运行程序。

示例：GCC

你可以使用任意喜欢的文本编辑器创建源代码文件，并将其保存到某个目录。要编译代码，打开终端并运行以下命令，显式列出你需要编译的所有 .cpp 文件：

g++ -std=c++2b -o <executable_name> <source1.cpp> [source2.cpp …]

-std=c++2b 选项用于通知 GCC 启用 C++23 特性。待 GCC 完整支持 C++23 后，这个选项会变为 -std=C++23。

模块支持

在 GCC 中，可通过 -fmodules-ts 选项启用模块支持。

在我写作本书时，GCC 尚不支持第 1 章中提到的 C++23 标准命名模块 std。要让此类代码能够编译，你需要先把 import std; 替换为对具体标准库头文件的 import 声明。完成这一步后，对于如下这类标准库头文件的 import 声明，还需要先对其进行预编译：

import <iostream>;

以下是对 <iostream> 进行预编译的示例：

g++ -std=c++2b -fmodules-ts -xc++-system-header iostream

例如，第 1 章中的 AirlineTicket 示例使用了模块。要让它在 GCC 下编译，首先需要把 std::println() 改写为 std::cout，因为在我写作本书时 GCC 还不支持 <print> 功能。接下来，把 import std; 替换成合适的 import 声明；在这个例子中需要的是 <string> 与 <iostream>。你可以在可下载源码归档中的 Examples\Ch00\AirlineTicket 目录下找到已经调整好的代码。

然后，先编译两个标准头文件 <iostream> 与 <string>：

g++ -std=c++2b -fmodules-ts -xc++-system-header iostream
g++ -std=c++2b -fmodules-ts -xc++-system-header string

再编译模块接口文件：

g++ -std=c++2b -fmodules-ts -c -x c++ AirlineTicket.cppm

最后，编译应用程序本身：

g++ -std=c++2b -fmodules-ts -o AirlineTicket AirlineTicket.cpp AirlineTicketTest.cpp AirlineTicket.o

编译成功后，可以按如下方式运行：

./AirlineTicket

C++23 中对范围打印的支持

第 2 章“字符串与字符串视图”中解释过：你可以很方便地把标准库容器（例如 std::vector）中的全部内容打印到屏幕上。这是 C++23 的新特性，而在我写作本书时，并不是所有编译器都已支持它。

举例来说，第 2 章说明了你可以像下面这样输出 std::vector 的内容。如果你现在还看不懂全部语法，也不用担心——读完第 2 章后你就会明白：

std::vector values { 11, 22, 33 };
std::print("{:n}", values);

它的输出结果为：

11, 22, 33

如果你的编译器尚不支持这种用 std::print() 打印容器内容的 C++23 特性，那么可以把第二行代码改写为：

for (const auto& value : values) { std::cout << value << ", "; }

其输出结果为：

11, 22, 33,

同样地，如果你现在还不理解这段语法，也不必担心。读完第 2 章之后，一切都会变得清晰。

本书读者支持

以下小节说明了获取本书相关支持的几种方式。

配套下载文件

在学习本书示例时，你既可以选择手动输入全部代码，也可以直接使用本书附带的源码文件。不过，我仍然建议你尽量自己动手录入代码，因为这会显著提升学习效果，也更有助于记忆。本书全部源码都可以从 www.wiley.com/go/proc++6e 下载，也可以从 GitHub 仓库 github.com/Professional-CPP/edition-6 获取。

下载完代码后，只需使用你喜欢的解压工具将其解压即可。

如何联系出版社

如果你认为自己在本书中发现了错误，请务必告知我们。John Wiley & Sons 深知为读者提供准确内容的重要性，但即便我们已经尽了最大努力，仍然可能出现疏漏。

如果你想提交勘误，请发送邮件至客户服务团队 wileysupport@wiley.com，邮件主题请写为 “Possible Book Errata Submission”。

如何联系作者

如果你在阅读本书过程中有任何问题，可以通过 marc.gregoire@nuonsoft.com 联系作者。作者会尽量及时回复。

说明

在我写作本书时，一本更新版的 C++23 Standard Library Quick Reference 正在编写中。它与前作一样，是一部精炼的参考书，但将纳入全部 C++20 与 C++23 特性。 ↩