Для чего хорош C++?

C++ хорош для проектов, в которых важна производительность кода. Почему это так, и в каких областях применяется C++? Разбираем в этом материале.

С++ — это как Си, только с ООП[1. Строго говоря, это не совсем верно. Хотя C++ произошёл от Си, с тех пор оба языка изменились и стали совершенно разными. Вы можете писать на C++ без ООП и использовать ООП в Си. ООП — это скорее подход или методология, а не конкретная функциональность. Но в C++ однозначно больше возможностей для реализации принципов ООП.].

• можно работать с памятью на низком уровне;
• нет «виртуальных машин» или фреймворков, которые занимаются, например, сборкой мусора или выделением памяти;
• быстрое (иногда очень быстрое) выполнение кода по сравнению с более высокоуровневыми языками (Python, C#, Java и другими);
• полный доступ к API операционной системы без обёрток (в которых может быть реализовано не всё).

Но чем больше силы, тем больше ответственности. По сравнению с языками более высокого уровня, на С++ проще ошибиться. Причём так, что компилятор не подскажет и вы сразу не поймёте, в чём дело.

C++ хорош для проектов, в которых важна производительность кода.

Где применяется С++?

В недавнем интервью по ссылке ниже создатель языка рассказал, что C++ используют практически во всех областях. Мы выделим три направления, в которых лучше всего раскрываются преимущества языка.

Бьёрн Страуструп: что в C++ надо было сделать по-другому, зачем его учить и совет начинающим программистам

Оптимизация

Перепишите любой код с языка более высокого уровня на C++, чтобы программа работала быстрее. Так часто делают в сфере глубокого обучения и других алгоритмических областях, где важна скорость. Подход может выглядеть так:

• пишу код на Python;
• заставляю работать нейросеть, которая решит мою проблему;
• переношу код на C++.

Но это не всегда приносит пользу: иногда быстрая разработка важнее производительности, или выгода от переноса кода на C++ совсем незначительна.

Игры

В инди-играх обычно используются высокоуровневые языки и игровые движки (C# и Unity, Java и jMonkeyEngine), но на том же Unreal Engine можно создавать игры и на C++. Множество игр AAA-класса пишутся на C++ по нескольким причинам:

• топовые игры надо хорошо оптимизировать, а С++ достаточно гибкий для этого. Но вместе с тем на нём удобно писать в ООП-стиле, не спускаясь до очень низкого уровня;
• использование собственного движка для полного контроля любых игровых механик. Да, так делают не всегда, но часто — в основном из-за проблем с лицензиями и необходимостью делить прибыль с продаж;
• кроссплатформенность: игра должна хорошо работать на всех поддерживаемых устройствах. Хотя многие движки по умолчанию предоставляют эту особенность, она не всегда эффективна: у кого-то игра может работать быстрее, а у кого-то медленнее. Код пишется так, чтобы оптимизировать компиляцию в бинарные файлы на разных платформах.

GPU-вычисления

Nvidia CUDA и OpenCL — две платформы, позволяющие запускать код C++ на графическом процессоре. GPU содержат сотни небольших вычислительных ядер, которые могут одновременно выполнять простые математические операции. Написав код для GPU, распараллеливающий сложные вычисления, можно добиться очень высокой производительности и скорости. C++ отлично подходит для этого.

Среди возможных применений:

• майнинг биткоинов: код на C++ помогает майнить быстрее;
• обучение нейросетей: большинство библиотек Deep Learning используют C/C++ код на CUDA или OpenCL, чтобы нейросети обучались и работали быстрее. Однако многие функции доступны как на C++, так и на более высокоуровневых языках;
• шейдеры для игр и графического ПО. Шейдеры — небольшие участки кода, параллельно запускающиеся на GPU и выполняющие сложные графические задачи (например, трассировку лучей).

Чтобы работать с языком было комфортно, нужно выбрать хорошую среду разработки. Это поможет сделать наша подборка с популярными IDE для программирования на C++.

Следите за новыми постами по любимым темам

Подпишитесь на интересующие вас теги, чтобы следить за новыми постами и быть в курсе событий.

Язык программирования С/C++

Язык C/C++ является самым популярным языком программирования. При правильном использовании преимуществ языка на C/C++ можно создавать наиболее быстрые и экономичные по памяти решения.

Цель этого урока — дать вам сведения о языке программирования C/C++ в достаточной мере для решения на нём олимпиадных задач (создания консольных приложений с вводом-выводом при помощи текстовых файлов).

Преимущества и недостатки языка C/C++

Преимущества:

1. Скорость работы итоговой программы (по сравнению с Java / Python).
2. Прямое управление димамической памятью, что опять же важно для скорости работы.

Недостатки:

1. Трудный для понимания синтаксис, который вызывает ошибки. Близкие по обозначению разнонаправленные операции (можно спутать).
2. 3 основных операции (присваивание, инкрементация, декрементация) в сочетании с другими операциями предполагает создание сложных для чтения выражений (усложняет диагностику).
3. Необходимо очень внимательно работать с указателями, ссылками, динамической памятью, проверять не происходит ли выход за границы массива.

Историческая справка

Язык Си (С) был создан Деннисом Ричи (Ritchie, Dennis M.; р. 1941) в 1973 году в Bell Labs в ходе разработки операционной системы UNIX. Он развивал язык Би (B), который основывался на созданном в Кембриджском университете языке BCPL (от Basic Combined Programming Language), который в свою очередь был потомком Алгола-60.

K&R C

В 1978 году Брайан Керниган и Деннис Ритчи опубликовали первую редакцию книги «Язык программирования Си». Эта книга, известная среди программистов как «K&R», служила многие годы неформальной спецификацией языка. Версию языка Си, описанную в ней, часто называют «K&R C». Вторая редакция этой книги посвящена более позднему стандарту ANSI C.

K&R C часто считают самой главной частью языка, которую должен поддерживать компилятор Си. Многие годы даже после выхода ANSI C, он считался минимальным уровнем, которого следовало придерживаться программистам, желающим добиться от своих программ максимальной переносимости, потому что не все компиляторы тогда поддерживали ANSI C, а хороший код на K&R C был верен и для ANSI C.

Установка интерпретатора MinGW

Установка под Linux: обычно компилятор GNU C/C++ входит в дистрибутив и устанавливается при установке Linux. Установить в любой момент можно командой: sudo apt-get install g++

Установка под Windows:

Скачать на странице http://sourceforge.net/projects/mingw/files/ инсталлятор mingw-get-inst-_версия_.exe и запустить его (он скачает все нужные компоненты с интернета).

Нажимаем Next >

Нам предлагают выбор:

• использовать версию компонент соответствующую этому инсталлятору;
• скачать самую последнюю версию.

Поскольку мы только скачали инсталлятор, разницы нет. Нажимаем Next >

MinGW распространяется под лицензией GNU GPL (GNU General Public License), нам нужно с ней согласиться, чтобы установить MinGW, выбираем «I accept the agreement» (я принимаю соглашение).

Выбор каталога установки, я оставляю «по-умолчанию» С:\MinGW чтобы не менять пути в различных скриптах. Next >.

Как назвать ярлык MinGW в кнопке Пуск. Мне трудно представить ситуацию когда нужно менять это значение 🙂 Нажимаем Next >.

Выбираем компоненты для установки C / C++.

Инсталлятор показывает нам выбранные пакеты. Нажимаем Install, начинают скачиваться пакеты.

Пакеты скачиваются и устанавливаются.

Всё, нажимаем Finish.

Теперь надо добавить в переменную окружения PATH пути к компиляторам C:\MinGW\bin. Для вызова окна со свойствами системы нажмите Win + Pause, выберите «Дополнительные параметры системы».

Ввод / вывод при помощи потоков

#include 
#include using namespace std; int main()< freopen("sum.in", "r", stdin); // Ввод из файла вместо клавиатуры freopen("sum.out", "w", stdout); // Вывод в файл вместо экрана long long a,b; // 64-битное целое со знаком cin >> a >> b; cout 

Форматирование до заданного числа знаков:

#include 
#include using namespace std; int main()< double x = 3.14159265358; cout 

Типы данных языка C/C++

В С++ имеется набор встроенных типов данных для представления целых и вещественных чисел, символов, а также тип данных “символьный массив”, который служит для хранения символьных строк. Тип char служит для хранения отдельных символов и небольших целых чисел. Он занимает один машинный байт. Типы short, int и long предназначены для представления целых чисел. Эти типы различаются только диапазоном значений, которые могут принимать числа, а конкретные размеры перечисленных типов зависят от реализации. Обычно short занимает половину машинного слова, int – одно слово, long – одно или два слова. В 32-битных системах int и long, как правило, одного размера.

Типы float, double и long double предназначены для чисел с плавающей точкой и различаются точностью представления (количеством значащих разрядов) и диапазоном. Обычно float (одинарная точность) занимает одно машинное слово, double (двойная точность) – два, а long double (расширенная точность) – три. char, short, int и long вместе составляют целые типы, которые, в свою очередь, могут быть знаковыми (signed) и беззнаковыми (unsigned). В знаковых типах самый левый бит служит для хранения знака (0 – плюс, 1 – минус), а оставшиеся биты содержат значение. В беззнаковых типах все биты используются для значения. 8-битовый тип signed char может представлять значения от -128 до 127, а unsigned char – от 0 до 255.

Когда в программе встречается некоторое число, например 1, то это число называется литералом, или литеральной константой. Константой, потому что мы не можем изменить его значение, и литералом, потому что его значение фигурирует в тексте программы. Литерал является неадресуемой величиной: хотя реально он, конечно, хранится в памяти машины, нет никакого способа узнать его адрес. Каждый литерал имеет определенный тип. Так, 0 имеет тип int, 3.14159 – тип double.

Целочисленные типы

• char - 8-битный знаковый тип.
• short - 16-битный знаковый тип.
• int - 32-битный знаковый тип.
• long - 64-битный знаковый тип.

• signed - знаковый.
• unsigned - беззнаковый.

• float - 32-битный знаковый тип.
• double - 64-битный знаковый тип.

• bool - принимает два значения - "true" или "false".

• char - 16-битный Unicode-символ.

• Строки реализованы как массив символов char[].

Работа с классами

#include #include using namespace std; // === Объявление всех классов === class Pair < private: // Метка доступа private - доступно только в пределах класса int x,y; // Объявили два поля: x и y. Они имеют целый тип (int) public: // Метка доступа. public - всё что будет перечислено далее открыто для всех void init(int _x, int _y)< x = _x; y = _y; >friend void print(ostream& os,Pair& pair) < os friend ostream& operator <<(ostream& os,Pair& pair)< os << " (" << pair.x << ", " << pair.y << ") "; return os; >>; int main(int argc, char* argv[]) < // Использование класса Pair p; p.init(2,3); // Пользуемся методом init для заполнения закрытых полей класса print(cout,p); getch(); return 0; >

Структуры (записи) в C/С++

type Point = Record x,y : Integer; end;

Перечисления в C/C++

#include #include using namespace std; int main() < vector v; vector v(количество); v.push_back([выражение]); v.resize([количество]); v.size(); // Возвращает количество элементов в векторе (размер массива) return 0; >

enum [имя]

Утверждения - assert

Для C - assert.h, для C++ - cassert.

// Использование утверждений #include int main() < // Если утверждение не сработает, то мы получим // останов программы и сообщение об ошибке assert( 2 * 2 == 4 ); return 0; >

Урок №2. Введение в языки программирования C и С++

Перед C++ был C. C (произносится как «Си») был разработан в 1972 году Деннисом Ритчи в Bell Telephone Laboratories как системный язык программирования, т.е. язык для написания операционных систем. Основной задачей Ритчи было создание легко компилируемого минималистического языка, который предоставлял бы эффективный доступ к памяти, относительно быстро выполнялся, и на котором можно было бы писать эффективный код. Таким образом, при разработке высокоуровневого языка, был создан язык Си, который во многом относился к языкам низкого уровня, оставаясь при этом независимым от платформ, для которых мог быть написан код.

Cи в конечном итоге стал настолько эффективным и гибким, что в 1973 году Ритчи и Кен Томпсон переписали больше половины операционной системы UNIX, используя этот язык. Многие предыдущие операционные системы были написаны на языке ассемблера. В отличие от Ассемблера, на котором пишутся программы под конкретные процессоры, высокая портируемость языка Cи позволила перекомпилировать UNIX и на другие типы компьютеров, ускоряя его популяризацию. Язык Cи и операционная система UNIX тесно связаны между собой, и популярность первого отчасти связана с успехом второго.

В 1978 году Брайан Керниган и Деннис Ритчи опубликовали книгу под названием «Язык программирования Cи». Эта книга, более известна как «K&R» (первые буквы фамилий авторов), стала стандартом и своеобразной инструкцией к Си. Когда требовалась максимальная портируемость, то программисты придерживались рекомендаций в «K&R», поскольку большинство компиляторов в то время были реализованы в соответствии со стандартами, присутствующими в этой книге.

В 1983 году Американский национальный институт стандартов (сокр. «ANSI» от англ. «American National Standards Institute») сформировал комитет для утверждения официального стандарта языка Cи. В 1989 году они закончили и выпустили стандарт C89, более широко известный, как ANSI C. В 1990 году Международная организация по стандартизации (сокр. «ISO» от англ. «International Organization for Standardization») приняла ANSI C (с небольшими изменениями). Эта версия языка Cи стала известна как C90. В конечном счете, компиляторы адаптировались под требования ANSI C/C90 и программы, в которых требовалась максимальная портируемость, писались в соответствие с этими стандартами.

В 1999 году комитет ANSI выпустил новую версию языка Cи, которая получила название C99. Она приняла много особенностей, которые были реализованы в компиляторах (в виде различных расширений) или уже в языке C++.

Язык C++

Язык программирования C++ (произносится как «Си плюс плюс») был разработан Бьёрном Страуструпом в Bell Telephone Laboratories в качестве дополнения к Cи в 1979 г. Он добавил множество новых фич в язык Си. Его популярность была вызвана объектно-ориентированностью языка. Об объектно-ориентированном программировании (ООП) и его отличиях от традиционных методов программирования мы поговорим на соответствующих уроках.

Язык C++ был ратифицирован (одобрен) комитетом ISO в 1998 году и потом снова в 2003 году (под названием C++03). Потом были следующие версии стандарта языка С++ (выпускаются раз в 3 года), которые добавили еще больше функционала:

Философия С и С++

Смысл философии языков С и C++ можно определить выражением «доверять программисту». Например, компилятор не будет вам мешать сделать что-то новое, что имеет смысл, но также не будет мешать вам сделать что-то такое, что может привести к сбою. Это одна из главных причин, почему так важно знать то, что вы не должны делать, как и то, что вы должны делать, создавая программы на языках С/С++.

Примечание: Вам не нужны знания языка Си, чтобы проходить данные уроки. В процессе изучения этих уроков вы получите необходимую базу/фундамент знаний.

При подготовке материала использовались источники:
https://tproger.ru/articles/what-cpp-is-good-for/
https://lisiynos.github.io/s3/cpp.html
https://ravesli.com/urok-2-vvedenie-v-yazyki-programmirovaniya-c-i-s/