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- C vs C++ - 类型系统 - 作用域 & 生命周期

Lecture 1：C++ 回顾与系统编程背景 / C vs C++ / 类型系统 / 作用域与生命周期

🎓 Lecture 1 的定位：为“C++是系统编程语言”做铺垫

Lecture 1 不是教语法，而是搭建整个课程的思想框架：

让学生理解： C++ ≠ “更复杂的 C”，而是“一种用来管理资源、构建抽象、写系统级高性能代码”的语言。

因此，本讲重点不是语法，而是：

C 与 C++ 的哲学差异
C++ 的内存模型
资源管理理念（RAII 的铺垫）
对象的生命周期
编译器如何理解作用域与对象生灭
类型系统如何帮助系统级编程

这是为了让学生从一开始就明白：后面学到的 指针对象、代理对象、智能指针、所有权语义 都不是“技巧”，而是 C++ 思想的自然延伸。

🧩 第一部分：C vs C++ — 语言哲学差异

讲三个核心思想差异，而不是细节语法差异。

⭐ 1. C 是“结构化过程式语言”，C++ 是“零开销抽象语言”

C 的思维方式是：

用最小抽象直接操纵内存和硬件。

C++ 的核心理念：

用“抽象”表达设计，抽象必须在编译期完全消失（Zero-cost abstraction）。

例如：

特性	C	C++
封装	无	类、访问控制
类型系统	弱（struct 只是数据包）	强（类型表达语义）
资源管理	手工 memory/IO	RAII
抽象机制	函数 + struct	类、模板、operator overload、泛型

会强调：

C++ 的“类”不是 OOP 的重点，而是“资源抽象的单元”。

这为智能指针铺垫：智能指针 = 对内存资源的抽象。

⭐ 2. C 构建“程序”，C++ 构建“系统”

C++ 的目标：

大规模代码库
构建库/组件
表达复杂语义（生命周期、所有权）
可扩展的抽象层次

说一句很经典的：

C++ 的发明目的：让你用更高层的思维写底层逻辑。

⭐ 3. C 的资源管理靠“约定”，C++ 靠“语义与类型”

C：

FILE* fp = fopen(...);
...
fclose(fp);  // 记得关哦

C++：

std::ifstream f("data.txt"); // 自动关闭

这是 RAII 的第一节预埋。

🧩 第二部分：C++ 类型系统（为什么比 C 强）

本节极关键，因为全部智能指针、代理对象、所有权，都依附于 C++ 的类型系统来表达。

涉及以下内容：

⭐ 1. C++ 的类型系统表达语义，而不是只表达数据结构

C++ 类型系统能表达：

拷贝 vs 不可拷贝（delete copy ctor）
持有 vs 不持有（unique_ptr vs weak_ptr）
移动语义（T&&）
生命周期（构造/析构）
资源管理（RAII class）
所有权（智能指针）

C 的类型系统做不到这些。

⭐ 2. POD 类型 vs 非 POD 类型

解释：

C struct 在 C++ 里仍然是 POD
类可以有构造、析构、拷贝、移动、虚函数 → 可表达复杂行为

强调这一点是为了说明：

智能指针本质上是“有行为的指针类型”。

⭐ 3. 语义层次上的类型：C++ 重载运算符构造抽象

举例子：

p->foo();

这里 -> 可以由类定义 → 这是智能指针的基础。

C 不能这么做。

⭐ 4. 类型安全与转换规则（隐式 vs 显式）

因为文档里讲 explicit，所以第一节必然讲：

隐式构造危险
设计禁止隐式转换的策略（explicit）
强类型检查对系统编程的重要性

🧩 第三部分：作用域（Scope）与生命周期（Lifetime）

这个部分是智能指针的“思想前置”。

需要把 C++ 的对象生命周期讲得非常清楚：

⭐ 1. 三类存储（三种生命周期）

（1）自动存储（auto / stack）

int x;     // 活在作用域内，作用域结束自动销毁

（2）动态存储（heap）

int* p = new int;
// 直到 delete 之前都不会销毁

（3）静态存储（global/static）

static int x;

尤其强调：

C++ 的一切复杂错误，几乎都源于“生命周期不清楚”。

这是所有权模型（ownership semantics）出现的历史背景。

⭐ 2. 对象的构造与析构顺序

stack 上 → 进入作用域构造，离开作用域析构
heap 上 → new 时构造，delete 时析构
static → 程序开始前构造，结束后析构

这为 RAII 做铺垫：

智能指针用析构函数自动调用 delete。

⭐ 3. 生命周期决定资源管理策略

这里提出两个典型问题：

🎯 谁决定删除某个资源？

🎯 删除什么时候发生？

🎯 程序能不能因为异常而跳过删除？

这些问题没有答案，就是智能指针出现的原因。

⭐ 4. 作用域泄漏 vs 内存泄漏

作用域泄漏是：

int* p = new int;
if (...) throw;   // delete 不会执行，资源泄漏

这直接引出：

RAII + 智能指针 = 异常安全的资源管理

⭐ 5. 设计良好的 C++ 程序，绝不手写 delete

一句经典结语：

C++ 的目标是让你永远不再写 delete。

🧩 第四部分：智能指针思想的伏笔（第一讲的结尾）

教授不会讲智能指针，但会讲以下内容为后面打基础：

⭐ 1. 资源是对象，生命周期由类型负责（RAII）

比如：

std::lock_guard<std::mutex> lock(m);

资源管理交给类型，而不是程序员：

资源 = 类型生命周期 = 析构函数负责安全性 = 编译器确保

这是后面 unique_ptr / shared_ptr 的基础思想。

⭐ 2. 指针不是地址，而是关系（this 是开始）

：

this

不是地址，而是：

表达对象身份
表达对象关系
表达调用语境

这是“指针有语义”的第一步。

⭐ 3. 如果类型可以封装资源，那么也可以封装指针资源（智能指针）

一个“后续预告”：

class SmartPointer {
public:
    T& operator*();
    T* operator->();
    ~SmartPointer();   // 自动释放资源
};

Lecture 1：C++ 回顾与系统编程背景