1. 前言

最初，我设计 C++ 是为了回答这样的一个问题：如何直接操作硬件，同时又支持高效、高级的抽象？C++ 在 1980 年代仅仅是一个基于 C 和 Simula 语言功能的组合，在当时的计算机上作为系统编程的相对简单的解决方案，经过多年的发展，已经成长为一个远比当年更复杂和有效的工具，应用极其广泛。它保持了如下两方面的关注：

语言结构到硬件设备的直接映射
零开销抽象

这种组合是 C++ 区别于大多数语言的决定性特征。“零开销”是这样解释的 [Stroustrup 1994]：

你不用的东西，你就不需要付出代价（“没有散落在各处的赘肉”）。
你使用的东西，你手工写代码也不会更好。

抽象在代码中体现为函数、类、模板、概念和别名。

C++ 是一种活的语言，因此它会不断变化以应对新出现的挑战和演变中的使用风格。2006 年至 2020 年期间的这些挑战和变化是本文的重点。当然，一门语言本身不会改变；是人们改变了它。所以这也是参与 C++ 演化的人们的故事，他们识别出面临的挑战，诠释解决方案的局限，组织他们的工作成果，并解决他们之间必然出现的分歧。当我呈现一种语言或标准库特性时，其背景是 C++ 的一般发展和当时参与者的关切。对于在早期被接受的许多特性，我们现在从大量的工业使用中获得了后见之明。

C++ 主要是一种工业语言，一种构建系统的工具。对于用户来说，C++ 不仅仅是一种由规范定义的语言；它是由许多部分组成的工具集的一部分：

语言
标准库
许多的其他库
庞大的——常常是旧的——代码库
工具（包括其他语言）
教学和培训
社区支持

只要有可能，只要合适，我就会考虑这些组成部分之间的相互作用。

有一种流传广泛的谬见，就是程序员希望他们的语言是简单的。当你不得不学习一门新的语言、不得不设计一门编程课程、或是在学术论文中描述一门语言时，追求简单显然是实情。对于这样的用途，让语言干净地体现一些明确的原则是一个明显的优势，也是理想情况。当开发人员的焦点从学习转移到交付和维护重要的应用程序时，他们的需求从简单转移到全面的支持、稳定性（兼容性）和熟悉度。人们总是混淆熟悉度和简单，如果可以选择的话，他们更倾向于熟悉度而不是简单。

看待 C++ 的一种方式是，把它看成几十年来三种相互矛盾的要求的结果：

让语言更简单！
立即添加这两个必要特性！！
不要搞砸我的（任何）代码！！！

我添加了感叹号，因为这些观点的表达常常带着不小的情绪。

我想让简单的事情简单做，并确保复杂的事情并非不可能或没有必要地难。前者对于不是语言律师的开发者来说是必不可少的；后者对于基础性代码的实现者是必要的。稳定是所有意图持续运行几十年的系统的基本属性，然而一种活的语言必须适应不断变化的世界。

C++ 有一些总体构想。我阐述了一些（如《C++ 语言的设计和演化》（The Design and Evolution of C++）[Stroustrup 1994]（§2）、设计原则（§9.1），以及 C++ 模型（§11.1））并试图让语言在演化时遵循它们。然而，C++ 的开发由 ISO 标准委员会控制，它主要关注的是长长的新特性列表，以及对实际细节的关心。这是社区里最能表达和最有影响力的人所坚持的东西，仅仅基于哲学或理论观点就否认他们的关切和意见的话，恐怕就失之鲁莽了。

1.1 年表

为了给出一个快速的概述，这里有一个粗略的年表。如果你不熟悉 C++，很多术语、构造、库都会晦涩难懂；大多数在以前的 HOPL 论文 [Stroustrup 1993, 2007] 或本文中有详细解释。

1979 年：工作始于“带类的 C”，它变成了 C++；拥有了第一个非研究性的用户；
- 语言：class、构造函数/析构函数、public/private、简单继承、函数参数类型检查
- 库：task（协程和仿真支持）、用宏参数化的 vector
1985 年：C++ 的首次商业发行；TC++PL1 [Stroustrup 1985b]
- 语言：virtual 函数、运算符重载、引用、常量
- 库：complex 算法，流输入输出
1989–91 年：ANSI 和 ISO 标准化开始；TC++PL2 [Stroustrup 1991]
- 语言：抽象类、多重继承、异常、模板
- 库：输入输出流（但没有 task）
1998 年：C++98、第一个 ISO C++ 标准 [Koenig1998]、TC++PL3 [Stroustrup 1997]
- 语言：namespace、具名类型转换[^1]、bool、dynamic_cast
- 库：STL（容器和算法）、string、bitset
2011 年：C++11 [Becker 2011]，TC++PL4 [Stroustrup 2013]
- 语言：内存模型、auto、范围 for、constexpr、lambda 表达式、用户定义字面量……
- 库：thread 和锁、future、unique_ptr、shared_ptr、array、时间和时钟、随机数、无序容器（哈希表）……
2014 年：C++14 [du Toit 2014]
- 语言：泛型 lambda 表达式、constexpr 函数中的局部变量、数字分隔符……
- 库：用户定义字面量……
2017 年：C++17 [Smith 2017]
- 语言：结构化绑定、变量模板、模板参数的构造函数推导……
- 库：文件系统、scoped_lock、shared_mutex（读写锁）、any、variant、optional、string_view、并行算法……
2020 年：C++20 [Smith 2020]
- 语言：concept、module、协程、三路比较、改进对编译期计算的支持……
- 库：概念、范围、日期和时区、span、格式、改进的并发和并行支持……

请注意，早年 C++ 的库是很匮乏的。事实上，当时还是存在大量各种各样的库（包括图形用户界面库），但很少被广泛使用，并且很多库是专有软件。这是在开源开发普及之前的事。这造成了 C++ 社区没有一个重要的共享基础库。在我的 HOPL2 论文 [Stroustrup 1993] 的回顾中，我认为那是早期 C++ 最糟糕的错误。

任务库 [Stroustrup 1985a,c] 是一个基于协程的库，支持事件驱动的仿真（例如随机数生成），与替代方案相比是非常高效的，甚至可以运行在很小的计算机上。例如，我在 256KB 的内存中运行了 700 个任务的仿真。任务库在 C++ 早期非常重要，是贝尔实验室和其他地方许多重要应用的基础。然而，它有点丑陋，并且不容易移植到 Sun 的 SPARC 体系结构，因此大多数 1989 年以后的实现都不支持它。2020 年，协程才刚刚回归（§9.3.2）。

总的来说，C++ 的特性不断增多。ISO 委员会也废除了一些特性，对语言进行了稍许清理，但是考虑到 C++ 的大量使用（数十亿行代码），重要的特性是永远不会被移除的。稳定性也是 C++ 的关键特性。要解决跟语言不断增长的规模和复杂性相关的问题，办法之一是通过编码指南（§10.6）。

1.2 概述

这篇论文是按照 ISO 标准发布的大致时间顺序组织的。

§1：前言
§2：背景：C++ 的 1979–2006
§3：C++ 标准委员会
§4：C++11：感觉像是门新语言
§5：C++14：完成 C++11
§6：概念
§7：错误处理
§8：C++17：大海迷航
§9：C++20：方向之争
§10：2020 年的 C++
§11：回顾

如果一个主题跨越了一段较长的时间，比如“概念”和标准化流程，我会把它放在一个地方，让内容优先于时间顺序。

这篇论文特别长，真是一篇专题论文了。但是从 2006 年到 2020 年，C++ 经历了两次主要修订：C++11 和 C++20；而论文的早期读者们也都要求获得更多的信息。结果就是论文的页数几乎翻倍。即使以目前的篇幅，读者也会发现某些重要的主题没有得到充分的展现，如并发和标准库。

[^1]: 译注：即新的、非 C 风格的类型转换