ARCHIV

C/C++ (31) - Jazyk C++, historie, charakteristika, vztah k C

Ve druhé části našeho seriálu se budeme věnovat C++. Dnes se stručně podíváme na vývoj jazyka, základní vlastrnosti a především jeho vztah k jazyku C. Napíšeme a přeložíme první program.

9.1.2006 06:00 | Jan Němec | Články autora | přečteno 28812×

Historie C++

C++ navrhl Bjarne Stroustrup. Příčinou byla jeho negativní zkušenost z disertační práce, jež obsahovala program v jazyce Simula. Tento (na svou dobu velmi moderní) objektově orientovaný jazyk mu umožnil efektivní analýzu problému a vývoj programu, ale pro použití na reálných datech byl příliš pomalý. Alternativu poskytovaly nižší jazyky, zejména BCPL - prapředek dnešního C. Ty byly dostatečně rychlé, ale neumožnily dostatečně přirozený návrh a tím i efektivní vývoj programu.

Později v Bellových laboratořích řešil Stroustrup podobný problém jako ve své disertační práci. Navrhl a implementoval proto jazyk, který měl být stejně efektivní a přenositelný jako C, umožnil vytváření knihoven, kombinování s jinými jazyky (C, Fortran, ...), ale zároveň měl obsahovat podporu pro objektově orientované programování. Tento jazyk se jmenoval C with Classes, umožnil do C přidat simulovské třídy a překládal se pomocí speciálního preprocesoru Cpre do čistého C. Důvodem byla především dostupnost a efektivita jazyka C, navíc nebylo nutné psát pro každou platformu zvlášť generátor kódu. V dalších verzích se nový jazyk přejmenoval na C++ a překladač na Cfront. Překladač byl postupně uvolněn pro školy, později vyšla i komerční verze. Zároveň s překladačem se podstatným způsobem vyvíjel i samotný jazyk, úpravami prošel návrh objektově orientovaného programování, přidaly se výjimky, šablony a prostory jmen. Neoficiální normou se stala kniha The C++ Annotated Reference Manual z roku 1990. Organizace ANSI a ISO začaly postupně vyvíjet standard. Jednotlivé verze návrhu standardu uvolňovaly, aby mohli výrobci překladačů implementovat změny. Standard byl schválen v roce 1998.

Dnes existuje celá řada překladačů, pro nás bude nejzajímavější podpora C++ v gcc, na Windows se nejčastěji setkáme s překladačem firmy Microsoft, případně Borland.

Co je v C++ nové

Kromě několika drobných omezení a poměrně málo významných rozšíření najdeme v C++ navíc především podporu objektově orientovaného programování (OOP), možnost psát šablony s nimiž můžeme nějakou funkci nebo třídu parametrizovat typem a zpracování chybových stavů pomocí výjimek. Za zmínku stojí také prostory jmen a přetěžování funkcí a operátorů. Nejdůležitější novou vlastností je určitě podpora OOP. Při správném návrhu vyvíjeného programu podle ideologie OOP je v C++ určitě menší riziko konfliktu identifikátorů, menší množství paměťových chyb typu n + 1 (vyvážené spoustou nových a stejně nebezpečných chyb spojených s OOP). Je-li vyvíjen program, který řeší problém, jež je už "od přírody" a nikoli násilným návrhem objektově orientovaný, pomůže v C++ OOP na úrovni syntaxe jazyka k čistšímu kódu méně náchylnému na chyby. Někteří lidí soudí, že používání výjimek v C++ zjednoduší (zlepší) oproti C zpracování chybových stavů.

Co je v C++ při starém

C++ se snaží být s C v maximální rozumné míře zpětně kompatibilní, takže většina dobrých vlastností a problémů C se přenáší i do C++. Záleží ovšem na stylu práce programátora. I C++ umožňuje víceméně přímý přístup do paměti bez omezení, ale správně použité OOP poskytuje oproti C vyšší formu abstrakce nad pamětí jako polem bytů, takže riziko paměťových chyb je přeci jen trochu menší.

C++ sice má i vlastní standardní knihovnu (a rovněž celá řada jiných, především GUI knihoven je určena výhradně pro C++), ale běžně se používá také standardní knihovna jazyka C a podobná sada ostatních knihoven. I zde tedy znalosti C využijeme.

Vztah mezi C a C++

Jazyk C++ vznikl především převzetím jazyka C, z o něco menší části přidáním nových možností, a úplně nejméně omezeními a změnami jiného druhu. V případě omezení se vždy jedná o nějakou vlastnost jazyka C, jejíž využívání je považované za špatný programátorský návyk.

Ohledně přenositelnosti na úrovni zdrojového kódu z toho vyplývá následující:

• Rozumně napsaný program v C půjde přeložit i překladačem C++.
• Je možné napsat program v C, který překladačem C++ přeložit nepůjde.
• "Správně" napsaný program v C++ nepůjde přeložit překladačem C.
• Je možné napsat program v C++, který překladačem C přeložit půjde.

Je také možné v jednom projektu oba jazyky na binární úrovni kombinovat a spojovat přeložený kód, kde na některé zdrojové soubory použijeme překladač C a na jiné C++. To je běžné především, pokud v projektu napsaném v C++ potřebujeme nějakou knihovnu v C. Máme-li celý kód pod kontrolou a pouze v části chceme použít možnosti C++, je obvykle (tj. zejména pokud nechceme C část použít i v nějakém jiném projektu) lepší použít překladač C++ i na zbytek projektu, i kdyby šel přeložit jako C. V jednom ze závěrečných dílů si ukážeme, jak se kód spojuje. Jednodušší je z C++ volat C, ale jde to i naopak.

Někteří lidé se vyjadřují dosti nepřesně, takže pokud uslyšíte, že je program napsaný v céčku a máte pochybnosti, je vždy lepší se zeptat, zda je míněno čisté C nebo C++. Setkáme se s tím zejména u lidí neznalých (podobně, jako se záměnou Javy a JavaScriptu), ale bohužel běžně i u zkušených C++ programátorů, které často ani nenapadne, že by někdo mohl psát v C.

Kdy použít C a kdy C++

C použijeme zpravidla, pokud

• Vlastnosti C++ nepotřebujeme.
• Jde nám o přenositelnost a na jedné z cílových platforem není C++.
• Chceme mít program víc pod kontrolou.
• Je pro nás kriticky důležitá rychlost a nenáročnost programu.
• Píšeme ovladač, operační systém a podobně.
• Píšeme knihovnu k použití z C i C++.

První bod je zřejmý. Pokud v obou jazycích napíšeme program se stejnou námahou, zpravidla sáhneme po čistém C, neboť má s přenositelností ještě menší problémy než C++ a ještě lepší dostupnost překladačů. S tím souvisí i druhý bod. Jazyk C má tu výhodu, že jeho kód je poměrně jasný, je zřejmé, co jaký příkaz nebo řídící struktura provádějí na úrovni asembleru (když nepočítám optimalizace překladače). Runtime podpora je jednoduchá, nehrozí například alokace paměti v místech, kde to programátor neočekává a podobně. Každého céčkaře pobaví historky z Javy, kdy "došla paměť kvůli garbage collectoru". Program napsaný v C je tak dobrý, jak dobrý je jeho programátor, zatímco C++ má přeci jenom o krok blíž vyšším jazykům. Díky tomu je C stále hlavní (a v některých případech i jediný možný) jazyk pro ovladače, operační systémy a podobně. C rozhraní je široce podporováno nejrůznějšími jazyky, operačními systémy, databázemi a podobně, navíc C se z C++ volá snadněji než naopak. Proto nejrůznější knihovny určené k co nejširšímu použití (s výjimkou GUI, kde je objektově orientovaní programování velmi přirozené) bývají obvykle napsané v C nebo alespoň mají C rozhraní.

C++ použijeme zpravidla, pokud

• Potřebujeme (nebo chceme) objektově orientované programování, například GUI, simulace, datové struktury...
• Chceme využívat další vlastnosti jazyka C++, hlavně šablony, výjimky, prostory jmen...
• Chceme využívat C++ knihovnu, hlavně hotové datové struktury.
• Jsme k C++ přinuceni knihovnou 3. strany, například Qt.

První program

Vytvořte soubor program.cpp a zapište do něj

#include <stdio.h>

int main(void) {  
  puts("Ahoj světe");
  return 0;
}

nebo, pokud je pro vás čistota návrhu v duchu C++ OOP důležitější než okamžité vysvětlení, raději

#include <iostream>

int main(void) {  
  std::cout << "Ahoj světe" << std::endl;
  return 0;
}

Zdrojový kód přeložte

$ g++ program.cpp -o program

a spusťte

$ ./program

Pokud vám to přijde moc jednoduché, můžete si zkusit přeložit libovolný z příkladů předchozích dílů jako C++, aspoň si ověříte, že slušně napsaný kód v C jde přeložit i pomocí překladače C++. Důležité je volat g++ místo gcc a také přípona souboru. Zde bohužel není jednotná konvence, běžně se používá cpp (hlavně ve světě KDE, Qt, DOSu a Windows), setkáme se však také s cc, cxx nebo C. Ta poslední je tak trochu na truc uživatelům nejmenovaných operačních systémů, které nerozlišují velikost písmen v názvech souboru.

Pokračování příště

Příště si ukážeme drobná omezení C++ oproti C a některá méně významná vylepšení.

Verze pro tisk

DISKUZE typová kontrola 9.1.2006 10:55 camlost Re: typová kontrola 9.1.2006 11:12 Jan Němec Re: typová kontrola 18.1.2006 11:46 elviin GUI a OOP 9.1.2006 12:19 Johann von Nepomuk Re: GUI a OOP 9.1.2006 15:37 Jan Němec Re: GUI a OOP 18.1.2006 11:48 elviin Vyhody a nevyhody 9.1.2006 13:10 Aleš Hakl Re: Vyhody a nevyhody 10.1.2006 07:49 MaReK Olšavský   Re: Vyhody a nevyhody 10.1.2006 08:04 Jan Němec   Re: Vyhody a nevyhody 10.1.2006 10:02 MaReK Olšavský   Re: Vyhody a nevyhody 10.1.2006 15:37 Aleš Hakl Re: Píšeme knihovnu k použití z C i C++. 15.1.2006 20:06 Ondřej Surý Pekny clanek! 18.1.2006 12:02 elviin c versus c++ 28.1.2006 12:32 KinDo Zobrazit označené Zobrazit vše Příspívat do diskuze mohou pouze registrovaní uživatelé.