C++ (язык программирования)

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 21:35, 8 июня 2016.
C++
Парадигма объектно-ориентированное, обобщённое, процедурное, метапрограммирование
Спроектировано Бьёрн Страуструп
Печать дисциплины статическая
OS кроссплатформенное программное обеспечение
Главная реализация
GNU C++,[[ Microsoft Visual C++]], Intel C++ compiler, Open64 C++ Compiler, Clang, Comeau C/C++, Embarcadero C++ Builder, Watcom C++ compiler, Digital Mars C++, Oracle Solaris Studio C++ compiler, Turbo C++
Диалект
ISO/IEC 14882 C++
Влияние
C++, Objective-C, C#, Cyclone, Java, BitC

C++компилируемый, статически типизированный язык программирования общего назначения.

Поддерживает такие парадигмы программирования как процедурное программирование, объектно-ориентированное программирование, обобщённое программирование, обеспечивает модульность, раздельную компиляцию, обработку исключений, абстракцию данных, объявление типов (классов) объектов, виртуальные функции. Стандартная библиотека включает, в том числе, общеупотребительные контейнеры и алгоритмы. C++ сочетает свойства как высокоуровневых, так и низкоуровневых языков. В сравнении с его предшественником — языком C, — наибольшее внимание уделено поддержке объектно-ориентированного и обобщённого программирования.

C++ широко используется для разработки программного обеспечения, являясь одним из самых популярных языков программирования. Область его применения включает создание операционных систем, разнообразных прикладных программ, драйверов устройств, приложений для встраиваемых систем, высокопроизводительных серверов, а также развлекательных приложений. Существует множество реализаций языка C++, как бесплатных, так и коммерческих и для различных платформ.

История

Создание

Язык программирования С++ был создан в начале 1980-х годов, его создатель сотрудник фирмы Bell Laboratories — Бьёрн Страуструп. Он придумал ряд усовершенствований к языку программирования C, для собственных нужд. Т. е. изначально не планировалось создания языка программирования С++. Ранние версии языка С++, известные под именем «Cи с классами», начали появляться с 1980 года. Язык C, будучи базовым языком системы UNIX, на которой работали компьютеры фирмы Bell, является быстрым, многофункциональным и переносимым. Страуструп добавил к нему возможность работы с классами и объектами, тем самым зародил предпосылки нового, основанного на синтаксисе С, языка программирования. Синтаксис C++ был основан на синтаксисе C, так как Бьёрн Страуструп стремился сохранить совместимость с языком C.

Развитие

Первое издание «Языка программирования C++» вышло в 1985 году. Обеспечивает первое описание этого языка, что было важно из-за отсутствия официального стандарта. В 1989 году вышла версия 2.0 языка C++. Его новые возможности включали множественное наследование, абстрактные классы, статические функции-члены, функции-константы и защищённые члены. В 1990 году вышло «Комментированное справочное руководство по C++», положенное впоследствии в основу стандарта. Последние обновления включали шаблоны, исключения, пространства имён, новые способы приведения типов и логический тип.

В 1998 году был опубликован стандарт языка ISO/IEC 14882:1998 (известный как C++98), разработанный комитетом по стандартизации C++ (ISO/IEC JTC1/SC22/WG21 working group). Стандарт состоит из двух частей — основы языка (core language) и стандартной библиотеки языка, которая включает Standard Template Library (STL) и модифицированный вариант стандартной библиотеки языка C.

В 2003 году был опубликован стандарт языка ISO/IEC 14882:2003, где были исправлены выявленные ошибки и недочёты предыдущей версии стандарта.

В 2005 году был выпущен отчёт Library Technical Report 1. Отчёт описывает расширения стандартной библиотеки, которые, должны быть включены в следующую версию языка C++.

С 2009 года велась работа по обновлению предыдущего стандарта, предварительной версией нового стандарта сперва был C++09, а спустя год C++0x, сегодня — C++11, куда были включены дополнения в ядро языка и расширение стандартной библиотеки.

Название

Название C++ придумал Рик Масситти. Название указывает на эволюционную природу перехода к нему от C. "++" - это операция приращения в C. Чуть более короткое имя C+ является синтаксической ошибкой; кроме того, оно уже было использовано как имя совсем другого языка. Знатоки семантики C находят, что C++ хуже, чем ++C. Названия D язык не получил, поскольку он является расширением C и в нем не делается попыток исцеляться от проблем путем выбрасывания различных особенностей.

Обзор языка

Необъектно-ориентированные особенности

Типы:

  • Символьные: char, wchar_t (char16_t и char32_t, в стандарте C++11).
  • Целочисленные знаковые: signed char, short int, int, long intlong long int, в стандарте C++11).
  • Целочисленные беззнаковые: unsigned char, unsigned short int, unsigned int, unsigned long intunsigned long long int, в стандарте C++11).
  • С плавающей точкой: float, double, long double.
  • Логический: bool.

Операции сравнения возвращают тип bool. Выражения в скобках после if, while приводятся к типу bool.

Функции могут принимать аргументы по ссылке. Функции могут возвращать результат по ссылке. Cсылки сходны с указателями, со следующими особенностями: перед использованием ссылка должна быть инициализирована; ссылка всегда указывает на один и тот же адрес; в выражении ссылка обозначает непосредственно тот объект или ту функцию, на которую она указывает, обращение же к объекту или функции через указатель требует разыменование указателя.

Нововведения:

  • inline функции.
  • Описатель volatile
  • Пространства имён (namespace)
  • Шаблоны template
  • Операторы new, new[], delete и delete[]

Объектно-ориентированные особенности

C++ добавляет к C объектно-ориентированные возможности. Он вводит классы, которые обеспечивают три самых важных свойства ООП: инкапсуляцию, наследование и полиморфизм.

Методы класса — это функции, которые смогут применяться к экземплярам класса. Грубо говоря, метод — это функция объявленная внутри класса и предназначенная для работы с его объектами. Методы объявляются в теле класса. Описываться могут там же, но могут и за пределами класса (внутри класса в таком случае достаточно представить прототип метода, а за пределами класса определять метод поставив перед его именем — имя класса и оператор ::). Методы и поля входящие в состав класса называются членами класса. При этом методы часто называют функциями-членами класса.

Наследование

В C++ при наследовании одного класса от другого наследуется реализация класса, плюс класс-наследник может добавлять свои поля и функции или переопределять функции базового класса. Множественное наследование разрешено.

Конструктор наследника вызывает конструкторы базовых классов, а затем конструкторы нестатических членов-данных, являющихся экземплярами классов. Деструктор работает в обратном порядке.

Наследование бывает публичным, защищённым и закрытым.

Полиморфизм

Целью полиморфизма, применительно к объектно-ориентированному программированию, является использование одного имени для задания общих для класса действий. Выполнение каждого конкретного действия будет определяться типом данных.

Преимуществом полиморфизма является то, что он помогает снижать сложность программ, разрешая использование того же интерфейса для задания единого класса действий. Выбор же конкретного действия, в зависимости от ситуации, возлагается на компилятор. Полиморфизм может применяться также и к операторам.

Инкапсуляция

Основным способом организации информации в C++ являются классы. В отличие от структуры (struct) языка C, которая может состоять только из полей и вложенных типов, класс (class) C++ может состоять из полей, вложенных типов и функций-членов. Инкапсуляция в С++ реализуется через указание уровня доступа к членам класса: они бывают публичными (public), защищёнными (protected) и закрытыми (private). В C++ структуры отличаются от классов тем, что по умолчанию члены и базовые классы у структуры публичные, а у класса — собственные.

Стандартная библиотека

В языке программирования C++ термин Стандартная Библиотека означает коллекцию классов и функций, написанных на базовом языке. Стандартная Библиотека поддерживает несколько основных контейнеров, функций для работы с этими контейнерами, объектов-функции, основных типов строк и потоков (включая интерактивный и файловый ввод-вывод), поддержку некоторых языковых особенностей, и часто используемые функции для выполнения таких задач, как, например, нахождение квадратного корня числа. Стандартная Библиотека языка C++ также включает в себя спецификации стандарта ISO C90 стандартной библиотеки языка Си. Функциональные особенности Стандартной Библиотеки объявляются внутри пространства имен std.

Стандартная библиотека шаблонов (STL) — подмножество стандартной библиотеки C++ и содержит контейнеры, алгоритмы, итераторы, объекты-функции и т. д.

Заголовочные файлы стандартной библиотеки C++ не имеют расширения «.h».

Стандартная библиотека C++ содержит последние расширения C++ стандарта ANSI (включая библиотеку стандартных шаблонов и новую библиотеку iostream). Она представляет собой набор файлов заголовков.

Отличия от Си

Новые возможности:

В С++ не разрешается:

  • вызывать функцию main() внутри программы, в то время как в C это действие правомерно.
  • неявное приведение типов между несвязанными типами указателей.
  • использовать функции, которые ещё не объявлены.

Достоинства и недостатки

С++ — язык, складывающийся эволюционно. Каждый элемент С++ заимствовался из других языков отдельно и независимо от остальных элементов (ничто из предложенного С++ за всю историю его развития не было новшеством в Computer Science), что сделало язык чрезвычайно сложным, со множеством дублирующихся и взаимно противоречивых элементов, блоки которых основаны на разных формальных базах.

Критики С++ не противопоставляют ему какой-либо конкретный язык, а наоборот, утверждают, что для всякого случая применения С++ всегда существует альтернативный инструментарий, позволяющий решить ту же задачу более эффективно и качественно. В свою очередь, сторонники С++ считают некорректным сравнивать различные аспекты С++ с совершенно различными языками, так как общий набор средств и возможностей С++ существенно шире, чем в большинстве языков, с которыми проводится сравнение, и сама по себе широта возможностей, на их взгляд, является веским оправданием несовершенства каждой отдельно взятой возможности. Более того, по их мнению, высокая совместимость с Си является одной из принципиальных черт языка, и потому все недостатки С++ оправданы преимуществами, предоставляемыми этой совместимостью.

Достоинства:

  • Высокая совместимость с языком Си
  • Вычислительная производительность
  • Поддержка различных стилей программирования: структурное, объектно-ориентированное, обобщённое программирование, функциональное программирование, порождающее метапрограммирование.
  • Автоматический вызов деструкторов объектов (в порядке обратном вызову конструкторов) упрощает и повышает надёжность управления памятью и другими ресурсами (открытыми файлами, сетевыми соединениями, т. п.).
  • Перегрузка операторов
  • Шаблоны (дают возможность построения обобщённых контейнеров и алгоритмов для разных типов данных)
  • Возможность расширения языка для поддержки парадигм, которые не поддерживаются компиляторами напрямую
  • Доступность. Для С++ существует огромное количество учебной литературы, переведённой на всевозможные языки

Недостатки:

  • Плохо продуманный синтаксис сужает спектр применимости языка
  • Язык не содержит многих важных возможностей
  • Язык содержит опасные возможности
  • Производительность труда программистов на языке оказывается неоправданно низка
  • Громоздкость синтаксиса
  • Тяжелое наследие
  • Необходимость следить за памятью

Примеры программ

Печать "Hello, World!":

#include <iostream>

int main()
{
    std::cout << "Hello, world!\n";
    return 0;
}

Сортировка пузырьком:

#include<stdio.h>
#define N 1000
int main()
{
	int n, i, j;
	int a[N];

	scanf(%d, &amp;n);

	for(i = 0 ; i < n; i++)
	{
		scanf(%d, &amp;a[i]);
	}

	for(i = 0 ; i < n ; i++)
	{
		for(j = 0 ; j < n  i  1 ; j++)
		{
			if(a[j] > a[j+1])
			{
				int tmp = a[j]; a[j] = a[j+1] ; a[j+1] = tmp;
			}
		}
	}
}

Литература

Ссылки

  1. Комитет по стандартизации языка C++
  2. C++11
  3. Основы программирования на C++