Почему стоит изучать язык программирования C++

Содержание:

• Как развивался C++
• Особенности языка 
• В каких решениях его использовали 
• Чем C++ отличается от других языков программирования
• Перспективы C++. Полезные ресурсы по изучению языка

C++ — язык программирования, который лежит в основе множества программ, операционных систем и игр. Востребованность языка подтверждает индекс TIOBE, который ежегодно отдает С++ лидерские места. Но почему этот язык так популярен?

Дело в масштабности — язык используют в разных областях разработки ПО. Среди примеров — ОС Windows и Linux, игры Doom 3 и Unreal Engine, финансовые приложения вроде Bloomberg Terminal.
Именно поэтому С++ десятилетиями остается важным инструментом для разработчиков, которые стремятся создавать быстрое, функциональное и надежное ПО.

Как развивался C++

C++ появился в начале 80-х. Датский программист Бьёрн Страуструп, работая над своим докторским проектом в Bell Labs, стал экспериментировать с расширением языка C. Он хотел создать более гибкий и эффективный язык, который бы был способен управлять сложными системами. 

Одним из важнейших событий в истории C++ стала его стандартизация в 1998 году. Этот стандарт, известный как C++98, установил принципы языка и сделал его более структурированным и переносимым. Последующие обновления стандарта внесли значительные изменения и дополнения в язык, добавив новые возможности и улучшив синтаксис. Они сделали его более мощным и гибким, более переносимым и удобным для использования в разных областях разработки.

Например:

• Стандарт C++11. Внес улучшения и нововведения, который сделали язык более современным и выразительным. Появились лямбда-выражения, автоматический тип auto, decltype, диапазоны циклов for, перемещающие семантики (std::move), умные указатели (std::unique_ptr, std::shared_ptr), многопоточность (std::thread, std::mutex) и constexpr. Этот стандарт даже заслужил похвалы от Марка Элендта, победителя премии «Оскар» в 2017 году в номинации «Лучшие спецэффекты» за создание и разработку системы визуальных эффектов и анимации Houdini.
• Стандарт C++14. Был скорее эволюционным, чем революционным обновлением, которое добавило небольшие улучшения и исправления к предыдущему стандарту. Появились дополнительные возможности для constexpr, более гибкие лямбда-выражения, расширенный decltype, улучшения в библиотеке STL.
• Стандарт C++17. Принес несколько значительных нововведений, которые упростили код и добавили новой функциональности. Например, if constexpr, структуры данных std::variant и std::optional, параллельные алгоритмы, различные улучшения в стандартной библиотеке, std::filesystem.
• Стандарт C++20. Одно из самых крупных обновлений языка за последние годы, которое добавило множество новых функций и улучшений. Ключевые изменения включают модули, корутины, концепции, расширенные шаблоны, диапазоны, constexpr исправления.

Особенности языка С++

У C++ немало особенностей, которые сделали его гибким, хотя и сложным для новичков, инструментом. Однако такие особенности помогают создавать эффективный, гибкий и модульный код, который способен решать разные задачи вроде:

• Поддержки объектно-ориентированного программирования (ООП). C++ полностью поддерживает ООП, включая классы, наследование, инкапсуляцию и полиморфизм. Эти концепции помогают писать модульный и масштабируемый код, разделяя его на отдельные объекты с определенными характеристиками и поведением. Наследование позволяет создавать иерархии классов, что способствует повторному использованию кода и улучшает его структуру.
• Обобщенного программирования (шаблонов). Шаблоны в C++ помогают создавать обобщенные алгоритмы и структуры данных, которые работают с разными типами данных без повторного кодинга. С шаблонами программисты пишут универсальные и гибкие функции и контейнеры, что упрощает разработку.
• Метапрограммирования. C++ обладает такими средствами, как предварительная компиляция, макросы и шаблоны. Эти возможности позволяют программистам создавать программы, которые могут генерировать и изменять код во время компиляции. Метапрограммирование часто используется для оптимизации кода и создания более выразительных абстракций и реализации сложных алгоритмов на этапе компиляции.

В каких решениях использовали C++

Благодаря своей эффективности, производительности и гибкости С++ нашел применение в различных областях разработки. Среди примеров использования С++ можно отметить:

• Разработку программ. Многие крупные проекты программного обеспечения разрабатывают на C++, включая операционные системы, компиляторы, базы данных.  Примеры: ОС Windows и Linux.
• Системное программирование. C++ используют в разработке системного ПО — драйверов устройств, встроенного программного обеспечения. Примеры: драйверы графических карт, системное ПО для встраиваемых систем, движки поисковиков Google и Yandex.
• Игровую индустрию. С++ активно используют для создания высокопроизводительных и графически ультрареалистичных игр. Примеры: игры известных серий вроде Call of Duty, Crysis, Grand Theft Auto, игровые движки Unreal Engine и Unity.
• Встраиваемые системы. С++ используется для встраиваемых систем, как микроконтроллеров, автомобильных систем, медицинского оборудования и промышленных устройств. Примеры: автомобильная навигация и управление двигателем, медицинские устройства для мониторинга здоровья, промышленные контроллеры.
• Финансовые приложения. Язык применяется для разработки финансовых приложений — торговых платформ, алгоритмического трейдинга и аналитических приложений. Примеры: торговые платформы Bloomberg Terminal и MetaTrader, алгоритмические торговые боты.

Чем C++ отличается от других языков программирования

В зависимости от конкретных требований и предпочтений разработчиков, каждая из языковых сред подходит для определенных задач. C++ обычно выбирают в случаях, когда требуется максимальная производительность, контроль над ресурсами и доступ к низкоуровневым возможностям системы. Рассмотрим преимущества и недостатки популярных языков программирования. Более подробно об этом можно почитать здесь.

Python

Преимущества:

• Простота изучения и использования, чистый и читаемый синтаксис.
• Высокая скорость разработки благодаря динамической типизации и автоматическому управлению памятью.
• Большое количество сторонних библиотек для решения различных задач.

Недостатки:

• Небольшая скорость выполнения по сравнению с компилируемыми языками вроде C++.
• Ограниченные возможности в области системного программирования и высокопроизводительных программ.

C#

Преимущества:

• Интеграция с платформой .NET, что дает высокую производительность и безопасность.
• Язык с синтаксисом, похожим на Java. Поэтому считается более привлекательным вариантом для разработчиков, умеющих работать с Java.
• Поддержка асинхронного программирования и LINQ (Language Integrated Query).

Недостатки:

• Ограниченная переносимость из-за зависимости от платформы .NET.
• Менее обширная экосистема библиотек по сравнению с Python и Java.

Перспективы C++. Полезные ресурсы по изучению языка

Несмотря на появление новых сред для разработки, С++ остается одним из самых востребованных и влиятельных языков в мире. В 2024 году он вошел в тройку лидеров индекса TIOBE, а в 2003 и 2022 году его признавали языком года. Опросы разработчиков на survey.stackoverflow.co показали, что 22,42% респондентов отдают предпочтение C++. 

Конечно, он непростой, но и создан был для решения более серьезных задач. Новичкам на первых порах разобраться в С++ будет сложнее, чем в том же Python. Но в их распоряжении есть немало ресурсов, которые помогают его подробнее изучить и получить профессиональную поддержку.

Чтобы было проще ориентироваться в потоке информации, редакция Skillbox.by подготовила список полезных ресурсов для изучения C++.

Литература:

• Бьёрн Страуструп «Программирование. Принципы и практика использования C++» — книга, написанная создателем языка, дает понятное и систематическое введение с упражнениями и примерами кода.
• Стэнли Липпман, Жозе Лажуа и Барбара Э. Му «C++ Primer» — одна из наиболее популярных книг для изучения, которая описывает как основы, так и более продвинутые темы.
• Андрей Александреску «Современное проектирование на С++: Обобщенное программирование и прикладные шаблоны проектирования (Modern C++ Design)» — в книге рассматриваются современные методы проектирования на С++, которые помогают делать код гибким и повторно используемым.

Интернет-ресурсы:

• Stack Overflow — форум, где можно задавать вопросы и получать ответы по всем аспектам разработки программного обеспечения.
• C++ Forum — форум с активным сообществом разработчиков, где можно задавать вопросы, участвовать в обсуждениях и получать советы.
• CppCon — крупная конференция, с выступлениями экспертов и специалистов. Предлагает глубокое погружение в различные аспекты языка С++.
• Reddit r/cpp — специализированный подраздел на Reddit для обсуждения С++ и обмена опытом.
• C++ reference — ресурс, который содержит обширную документацию и справочные материалы по С++.