C++

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
C++
Paradigma multiparadigmatický
Vznikl v 1983
Autor Bjarne Stroustrup
Poslední verze ISO/IEC 14882:2014 (17.prosince 2014)
Typová kontrola statické, slabé, nominativní
Hlavní implementace G++ (GNU C++),
Microsoft Visual C++,
Borland C++Builder
Clang
Dialekty ISO/IEC 14882:1998
ISO/IEC 14882:2003
ISO/IEC 14882:2011
ISO/IEC 14882:2014
Ovlivněn jazyky C, Simula, Ada 83, ALGOL 68, CLU, ML
Ovlivnil jazyky Ada 95, C#, Java, PHP, D, Aikido, Dao
Web http://www.stroustrup.com/C++.html

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[editovat | editovat zdroj]

Název C++[editovat | editovat zdroj]

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++[editovat | editovat zdroj]

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++14.

Kompatibilita s jazykem C[editovat | editovat zdroj]

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[editovat | editovat zdroj]

Primitivní typy[editovat | editovat zdroj]

C++ obsahuje 18 primitivních datových typů.

Celá čísla:

Typ Velikost Rozsah Znaménko
char jako signed char nebo unsigned char
signed char min. 8 bitů alespoň -128 až 127 ano
unsigned char min. 8 bitů alespoň 0 až 255 ne
short min. 16 bitů alespoň -32768 až 32767 ano
unsigned short min. 16 bitů alespoň 0 až 65535 ne
int min. 16 bitů alespoň -32768 až 32767 ano
unsigned int min. 16 bitů alespoň 0 až 65535 ne
long min. 32 bitů alespoň -2147483648 až 2147483647 ano
unsigned long min. 32 bitů alespoň 0 až 4294967295 ne
long long min. 64 bitů alespoň -9223372036854775808 až 9223372036854775807 ano
unsigned long long min. 64 bitů alespoň 0 až 18446744073709551615 ne

Čísla s plovoucí desetinnou čárkou:

Typ Popis
float jednoduchá přesnost (obvykle 32 bitů)
double dvojitá přesnost (obvykle 64 bitů)
long double rozšířená přesnost (obvykle 80 nebo 128 bitů)

Znaky:

Typ Velikost
char min. 8 bitů
wchar_t 16 nebo 32 bitů
char16_t 16 bitů
char32_t 32 bitů

Logická hodnota: bool velikost: min. 8 bitů

Objekty[editovat | editovat zdroj]

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[editovat | editovat zdroj]

Modifikátor Kdo může přistupovat k dané složce
public kdokoli
protected stejná třída nebo potomek
private stejná třída

Dědičnost[editovat | editovat zdroj]

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 sourkomé

Polymorfismus[editovat | editovat zdroj]

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[editovat | editovat zdroj]

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[editovat | editovat zdroj]

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 neprobíhají při přetypování 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[editovat | editovat zdroj]

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[editovat | editovat zdroj]

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[editovat | editovat zdroj]

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

Standard Template Library[editovat | editovat zdroj]

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[editovat | editovat zdroj]

„Hello, World!“[editovat | editovat zdroj]

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

1 #include <iostream> // zpřístupní komponenty hlavičkového souboru iostream (in-stream a out-stream)
2 
3 int main(int argc, char *argv[]) { // hlavní funkce programu
4     std::cout << "Hello, world!" << std::endl; // vypsání „Hello, world!“ na standardní výstup
5     return 0; // konec programu, return označuje ukončení funkce a navrácení hodnoty, v tomto případě úspěch (nula)
6 }

Parametry programu[editovat | editovat zdroj]

Tato aplikace vypíše všechny argumenty programu zadané při spuštění

1 #include <iostream>
2 
3 int main(int argc, char *argv[]) {
4     for(int i = 0; i < argc; i++) {
5         std::cout << i + 1 << ": " << argv[i] << std::endl; // argv obsahuje cestu ke souboru spuštěného programu a jeho parametry spuštění
6     }
7     return 0;
8 }

Polymorfismus[editovat | editovat zdroj]

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.

 1 #include <iostream>
 2 #include <string>
 3 
 4 class A {
 5 public:
 6     virtual std::string ahoj() { // je virtual
 7         return "Ahoj z A\n";
 8     }
 9 
10     std::string cau() { // není virtual
11         return "Cau z A\n";
12     }
13 };
14 
15 class B : public A {
16 public:
17     virtual std::string ahoj() { // virtual zde není nutné, ale je doporučené
18         return "Ahoj z B\n";
19     }
20 
21     std::string cau() {
22         return "Cau z B\n";
23     }
24 };
25 
26 int main(int argc, char *argv[]) {
27     A a;
28     std::cout << a.ahoj(); // „Ahoj z A“
29     std::cout << a.cau();  // „Čau z A“
30 
31     B b;
32     std::cout << b.ahoj(); // „Ahoj z B“
33     std::cout << b.cau();  // „Čau z B“, viz řádek 44
34 
35     A *aPtr = &b;
36     std::cout << aPtr->ahoj(); // „Ahoj z B“, zavolá se metoda z B
37     std::cout << aPtr->cau();  // „Čau z A“, zavolá se metoda z A, protože kvůli chybějícímu virtual není metoda překrytá, viz řádek 40
38 
39     B *bPtr = dynamic_cast<B*>(aPtr); // přetypování aPtr na B*
40     if (bPtr != nullptr) { // pokud se povedlo přetypovat
41         std::cout << bPtr->ahoj(); // „Ahoj z B“
42         std::cout << bPtr->cau();  // „Čau z B“, zavolá se metoda z B, protože bPtr je typu B*
43     } else {
44         std::cout << "aPtr není typu B*" << std::endl; // vypsání chybové hlášky
45     }
46 
47     return 0;
48 }

Algoritmy[editovat | editovat zdroj]

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

 1 #include <algorithm>
 2 #include <iostream>
 3 #include <vector>
 4 
 5 /**
 6  * Třída vygeneruje při volání přetíženého operátoru volání funkce (funktoru)
 7  * následující číslo z Fibonnaciho poslouposti
 8  */
 9 class Generator {
10 private:
11     int i; // předposlední číslo F. posloupnosti
12     int j; // poslední číslo F. poslopnosti
13     int krok; // počet vygenerovaných čísel F. poslopnosti
14 
15 public:
16     Generator() : i(0), j(1), krok(0) { // jeden ze způsobů inicializace složek třídy v C++
17     }
18 
19     int operator () () {
20         int vratit = 0; // pro 0. krok
21         if (krok == 1) { // pro 1. krok
22             vratit = 1;
23         } else if (krok > 1) { // pro ostatní kroky
24             vratit = i + j; // výpočet další hodnoty
25             i = j; // dvoukroková příprava na výpočet následující hodnoty
26             j = vratit;
27         }
28         krok++;
29         return vratit;
30     }
31 };
32 
33 /**
34  * Funkce vypíše předané číslo na standardní výstup a odřádkuje.
35  */
36 void vypisovac(int i) {
37     std::cout << i << std::endl;
38 }
39 
40 int main(int argc, char *argv[]) {
41     Generator f; // instance generátoru Fibonacciho posloupnosti
42     std::vector<int> vektor(20); // vytvoření vektoru s kapacitou 20
43     std::generate(vektor.begin(), vektor.end(), f); // vygenerování hodnot do vektoru, generátor je zde funktor
44     std::for_each(vektor.begin(), vektor.end(), &vypisovac); // vypsání posloupnosti pomocí algoritmu for_each a funkce vypisovac
45     return EXIT_SUCCESS; // vrácení nuly (úspěch)
46 }

Odkazy[editovat | editovat zdroj]

Poznámky[editovat | editovat zdroj]

  1. Oficiální stránky STLPort

Reference[editovat | editovat zdroj]

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

Literatura[editovat | editovat zdroj]

Související články[editovat | editovat zdroj]

Knihovny[editovat | editovat zdroj]

Software pro vývoj[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]