C++

C++
ISO C++ Logo.svg
Paradigmamultiparadigmatický, procedurální, funkcionální, objektově orientovaný, generický
Vznikl v1985 (před 37 lety)
AutorBjarne Stroustrup
Poslední verzeC++20 ISO/IEC 14882:2020 (15. prosince 2020)
Typová kontrolastatické, slabé, nominativní, částečně inferentní
Hlavní implementaceG++ (GNU C++),
Microsoft Visual C++,
Borland C++Builder
Clang
DialektyISO/IEC 14882:1998
ISO/IEC 14882:2003
ISO/IEC 14882:2011
ISO/IEC 14882:2014
ISO/IEC 14882:2017
ISO/IEC 14882:2020
Ovlivněn jazykyC, Simula, Ada 83, ALGOL 68, CLU, ML
Ovlivnil jazykyAda 95, C#, Java, PHP, D, Aikido, Dao
OSmultiplatformní
Webhttp://www.stroustrup.com/C++.html
Přípona souboru.C, .cc, .cpp, .cxx, .c++, .h, .hh, .hpp, .hxx, .h++

C++ je multiparadigmatický programovací jazyk, který vyvinul Bjarne Stroustrup a další v Bellových laboratořích AT&T rozšířením jazyka C. C++ podporuje několik programovacích stylů (paradigmat) jako je procedurální programování, objektově orientované programování a generické programování, není tedy jazykem čistě objektovým. V současné době patří C++ mezi nejrozšířenější programovací jazyky.

Historie

Název C++

Starší verze jazyka, společně označované jako „C with Classes“ (česky C s třídami), byly používány od roku 1980. Jméno C++ vymyslel Rick Mascitti v létě 1983. Toto jméno zdůrazňuje evoluční povahu změn oproti jazyku C; „++“ je operátor inkrementace v C. Kratší jméno „C+“ je syntaktická chyba a bylo též použito jako jméno jiného nesouvisejícího jazyka.

Standardy C++

Přestože byl jazyk vyvíjen již od počátku 80. let, první oficiální norma C++ byla přijata v roce 1998, další v roce 2003 (INCITS/ISO/IEC 14882-2003). V roce 2006 a 2007 byly přijaty některé aktualizace. Standard označovaný jako C++11, značně rozšířil C++ a byl přijat organizací ISO v září 2011 jako ISO/IEC 14882:2011.[1] Současný standard je C++20 (ISO/IEC 14882:2020).

Kompatibilita s jazykem C

Jazyk C je až na několik jasně definovaných výjimek podmnožinou C++. Jak uvádí Bjarne Stroustrup, všechny programy uvedené ve slavné učebnici jazyka C The C Programming Language od Briana W. Kernighana a Dennise M. Ritchieho jsou zároveň programy v C++.

První překladače C++ byly preprocesory, které překládaly z C++ do čistého C. Považovat jazyk C++ za pouhé rozšíření jazyka C by ale bylo chybou, protože není s jazykem C zcela kompatibilní. Některé programy v jazyce C nelze překládat překladači pro C++.

Vlastnosti jazyka a rozdíly oproti jazyku C

Primitivní typy

C++ obsahuje 18 primitivních datových typů.

Celá čísla:

TypVelikostRozsahZnaménko
charjako signed char nebo unsigned char
signed charmin. 8 bitůalespoň -128 až 127ano
unsigned charmin. 8 bitůalespoň 0 až 255ne
shortmin. 16 bitůalespoň -32768 až 32767ano
unsigned shortmin. 16 bitůalespoň 0 až 65535ne
intmin. 16 bitůalespoň -32768 až 32767ano
unsigned intmin. 16 bitůalespoň 0 až 65535ne
longmin. 32 bitůalespoň -2147483648 až 2147483647ano
unsigned longmin. 32 bitůalespoň 0 až 4294967295ne
long longmin. 64 bitůalespoň -9223372036854775808 až 9223372036854775807ano
unsigned long longmin. 64 bitůalespoň 0 až 18446744073709551615ne

Čísla s plovoucí desetinnou čárkou:

TypPopis
floatjednoduchá přesnost (obvykle 32 bitů)
doubledvojitá přesnost (obvykle 64 bitů)
long doublerozšířená přesnost (obvykle 80 nebo 128 bitů)

Znaky:

TypVelikost
charmin. 8 bitů
wchar_t16 nebo 32 bitů
char16_t16 bitů
char32_t32 bitů

Logická hodnota:

TypVelikost
boolmin. 8 bitů

Objekty

Koncepce objektů jazyka C++ byla převzata z jazyka Simula 67. Objekty (třídy) jsou pojaty jako přirozené rozšíření datových struktur jazyka C o možnost vkládání členských funkcí. C++ umožňuje řídit viditelnost složek objektů pro ostatní části programu.

Modifikátory viditelnosti

ModifikátorKdo může přistupovat k dané složce
publickdokoli
protectedstejná třída nebo potomek
privatestejná třída

Dědičnost

V C++ existuje na rozdíl od jiných jazyků vícenásobná dědičnost, tj. třída C může dědit od třídy A i B. Pro případ, že by třídy B a C dědily od A a třída D dědila od B i C je nutno u tříd B a C použít virtuální dědění. Kromě virtuální dědičnosti má ještě C++ tři druhy klasické dědičnosti:

  • public (veřejná), modifikátory oprávnění zděděných metod a atributů se nezmění
  • protected (chráněná), veřejné a chráněné složky základní třídy budou v odvozené třídě chráněné
  • private (soukromá), veřejné a chráněné složky základní třídy budou v odvozené třídě soukromé

Polymorfismus

C++ umožňuje překrývat metody v základních třídách metodami z rozšířených tříd. Tento mechanismus se jmenuje polymorfismus. Pro využití polymorfismu je nutné v základní třídě u polymorfické metody uvést klíčové slovo virtual. Polymorfismus je podobný přetěžování, ale u přetěžování probíhá rozhodování o tom, která metoda se bude volat, při překladu, u polymorfismu až za běhu.

RTTI

Podrobnější informace naleznete v článku RTTI.

Run-Time Type Information resp. Run-Time Type Identification je způsob, jakým se v C++ získávají informace o typu objektu za běhu programu. RTTI se skládá z dvou hlavních částí, operátoru informací o typu typeid a operátoru přetypování dynamic_cast<>.

Přetypování

Na rozdíl od jiných jazyků obsahuje C++ čtyři metody přetypování.

  • Statické přetypování – static_cast<typ>(výraz) – slouží k přetypování primitivních typů nebo rychlému přetypování objektů. Vzhledem k tomu, že při přetypování neprobíhají kontroly, je doporučeno takto přetypovat pouze objekty, u kterých je již při kompilaci známo, že je lze přetypovat na cílový typ.
  • Dynamické přetypování – dynamic_cast<typ>(výraz) – slouží k přetypování ukazatelů nebo referencí na objekty. Při přetypování dochází ke kontrolám, v případě chyby při přetypování ukazatelů je vrácena hodnota NULL, v případě chyby při přetypování referencí je vyhozena výjimka std::bad_cast.
  • Obecné přetypování – reinterpret_cast<typ>(výraz) – slouží k přetypování nesouvisejících dat. Například pole znaků je takto možné přetypovat na strukturu se stejným počtem znaků.
  • Konstantní přetypování – const_cast<typ>(výraz) – umožňuje přidávat a odebírat modifikátory const a volatile.

C++ také podporuje přetypování (typ)výraz převzaté z jazyka C.

Šablony

Šablony rozšiřují znovupoužitelnost kódu, neboť umožňují napsat kód se zcela obecným (neurčeným) datovým typem. Jiné jazyky mohou dosáhnout stejné funkcionality použitím kořene objektové hierarchie nebo genericitou.

Přetěžování funkcí a operátorů

Jazyk C++ umožňuje deklarovat více funkcí se stejným názvem. Kompilátor určí správné volání podle počtu a typu argumentů. Tato technika se nazývá přetěžování funkcí. Velmi silnou vlastností jazyka je i možnost přetěžovat standardní operátory (například '+' nebo '=') a tak přirozeně využívat tyto operátory pro nově vytvářené třídy a tvorbu abstraktních datových typů.

Standardní knihovna

Standard jazyka C++ z roku 1998 se skládá ze dvou částí: popisu jazyka a standardní knihovny. Standardní knihovna jazyka C++ obsahuje mírně modifikovanou verzi standardní knihovny jazyka C a Standard Template Library (STL).

Standard Template Library

STL obsahuje velké množství užitečných datových struktur a algoritmů, jako například vektory (dynamické pole), spojové seznamy, iterátory, zobecněné ukazatele, (multi)mapy, (multi)sety. Všechny tyto struktury mají konzistentní rozhraní. S použitím šablon je pak možné programovat generické algoritmy schopné pracovat s kterýmkoliv kontejnerem nebo sekvencí definovanou iterátory.

Používání standardní knihovny – například používání std::vector nebo std::string místo polí ve stylu jazyka C – může vést k bezpečnějšímu a lépe škálovatelnému softwaru.

STL byla původně vytvořena a používána firmou Hewlett-Packard a později také Silicon Graphics. Standard se na ni neodkazuje jako na „STL“, ale jen jako na část standardní knihovny, přesto mnoho lidí stále používá tento pojem na odlišení od ostatních částí knihovny.

Většina překladačů poskytuje implementaci standardu C++ včetně STL. Existují také implementace standardu nezávislé na kompilátoru (např. STLPort[pozn. 1]). Jiné projekty také vytvářejí různé zákaznické implementace knihovny jazyka a STL s různými cíli návrhu.

Příklady

„Hello, World!“

Následující jednoduchá aplikace vypíše „Hello, world!“ na standardní výstup.

#include <iostream> // zpřístupní komponenty hlavičkového souboru iostream (in-stream a out-stream)

int main(int argc, char *argv[]) { // hlavní funkce programu
    std::cout << "Hello, world!" << std::endl; // vypsání „Hello, world!“ na standardní výstup
    return 0; // konec programu, return označuje ukončení funkce a navrácení hodnoty, v tomto případě úspěch (nula)
}

Parametry programu

Tato aplikace vypíše všechny argumenty programu zadané při spuštění

#include <iostream>

int main(int argc, char *argv[]) {
    for(int i = 0; i < argc; i++) {
        std::cout << i + 1 << ": " << argv[i] << std::endl; // argv obsahuje cestu k souboru spuštěného programu a jeho parametry spuštění
    }
    return 0;
}

Polymorfismus

Pro zkrácení kódu je uvedena deklarace a definice tříd najednou. Správně by deklarace měla být v hlavičkovém souboru, definice v souboru s kódem. Navíc je doporučeno, aby každá třída byla v samostatném souboru.

#include <iostream>
#include <string>

class A {
public:
    virtual std::string ahoj() { // je virtual
        return "Ahoj z A\n";
    }

    std::string cau() { // není virtual
        return "Cau z A\n";
    }
};

class B : public A {
public:
    virtual std::string ahoj() { // virtual zde není nutné, ale je doporučené
        return "Ahoj z B\n";
    }

    std::string cau() {
        return "Cau z B\n";
    }
};

int main(int argc, char *argv[]) {
    A a;
    std::cout << a.ahoj(); // „Ahoj z A“
    std::cout << a.cau();  // „Čau z A“

    B b;
    std::cout << b.ahoj(); // „Ahoj z B“
    std::cout << b.cau();  // „Čau z B“, viz řádek 44

    A *aPtr = &b;
    std::cout << aPtr->ahoj(); // „Ahoj z B“, zavolá se metoda z B
    std::cout << aPtr->cau();  // „Čau z A“, zavolá se metoda z A, protože kvůli chybějícímu virtual není metoda překrytá, viz řádek 40

    B *bPtr = dynamic_cast<B*>(aPtr); // přetypování aPtr na B*
    if (bPtr != nullptr) { // pokud se povedlo přetypovat
        std::cout << bPtr->ahoj(); // „Ahoj z B“
        std::cout << bPtr->cau();  // „Čau z B“, zavolá se metoda z B, protože bPtr je typu B*
    } else {
        std::cout << "aPtr není typu B*" << std::endl; // vypsání chybové hlášky
    }

    return 0;
}

Algoritmy

Ve standardní knihovně jsou k dispozici algoritmy pro práci s datovými strukturami. Na příkladu je pomocí standardních algoritmů vygenerována a vypsána Fibonacciho posloupnost.

#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <vector>

/**
 * Třída vygeneruje při volání přetíženého operátoru volání funkce (funktoru)
 * následující číslo z Fibonacciho poslouposti
 */
class Generator {
private:
    int i; // předposlední číslo F. posloupnosti
    int j; // poslední číslo F. posloupnosti
    int krok; // počet vygenerovaných čísel F. poslopnosti

public:
    Generator() : i(0), j(1), krok(0) { // jeden ze způsobů inicializace složek třídy v C++
    }

    int operator () () {
        int vratit = 0; // pro 0. krok
        if (krok == 1) { // pro 1. krok
            vratit = 1;
        } else if (krok > 1) { // pro ostatní kroky
            vratit = i + j; // výpočet další hodnoty
            i = j; // dvoukroková příprava na výpočet následující hodnoty
            j = vratit;
        }
        krok++;
        return vratit;
    }
};

/**
 * Funkce vypíše předané číslo na standardní výstup a odřádkuje.
 */
void vypisovac(int i) {
    std::cout << i << std::endl;
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    Generator f; // instance generátoru Fibonacciho posloupnosti
    std::vector<int> vektor(20); // vytvoření vektoru s kapacitou 20
    std::generate(vektor.begin(), vektor.end(), f); // vygenerování hodnot do vektoru, generátor je zde funktor
    std::for_each(vektor.begin(), vektor.end(), &vypisovac); // vypsání posloupnosti pomocí algoritmu for_each a funkce vypisovac
    return EXIT_SUCCESS; // vrácení nuly (úspěch)
}

Varianty

Rozšířeními jazyka C++ jsou C++/CLI a C++/CX od Microsoftu a Objective-C++ od Applu.

Odkazy

Poznámky

Reference

  1. ISO/IEC 14882:2011 [online]. ISO [cit. 2011-08-03]. Dostupné online. 

Literatura

Související články

Knihovny

Software pro vývoj

Externí odkazy

Média použitá na této stránce

ISO C++ Logo.svg
The officially endorsed logo of isocpp.org.