C++

C++

Paradigma	multiparadigmatický, procedurální, funkcionální, objektově orientovaný, generický
Vznik	1985 (před 39 lety)
Autor	Bjarne Stroustrup
Poslední verze	C++20 ISO/IEC 14882:2020 (15. prosince 2020)
Typová kontrola	statické, slabé, nominativní, částečně inferentní
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 ISO/IEC 14882:2017 ISO/IEC 14882:2020
Ovlivněn jazyky	C, Simula, Ada 83, ALGOL 68, CLU, ML
Ovlivnil jazyky	Ada 95, C#, Java, PHP, D, Aikido, Dao
OS	multiplatformní
Web	http://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. 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:

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:

Typ	Velikost
bool	min. 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

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

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

Literatura

• STROUSTRUP, Bjarne. The C++ Programming Language. 4. vyd. [s.l.]: Addison-Wesley, 2013. ISBN 978-0-321-56384-2. (anglicky) 
• The C++ Standard: Incorporating Technical Corrigendum No. 1. [s.l.]: John Wiley & Sons Inc, 2003. 816 s. ISBN 978-0-470-84674-2. (anglicky) 
• KERNIGHAN, Brian; RITCHIE, Dennis. The C Programming Language. 2. vyd. [s.l.]: Prenctice Hall, 1988. Dostupné v archivu pořízeném dne 2012-12-02. ISBN 0-13-110370-9. (anglicky)  Archivováno 2. 12. 2012 na Wayback Machine.
• VIRIUS, Miroslav. Programování v C++. 2. vydání. vyd. Praha: České vysoké učení technické, 2004. ISBN 80-01-02978-6. 
• JONES, Bredley; LIBERTY, Jesse. Naučte se C++ za 21 dní. 2. aktualizované vydání. vyd. [s.l.]: Computer Press, 2007. 800 s. ISBN 978-80-25-11583-1. 
• ŠALOUN, Petr. Programovací jazyk C++ pro zelenáče. Praha: Neocortex, 2005. ISBN 80-86330-18-4. 
• KOENIG, Andrew; MOO, Barbara. Rozumíme C++. [s.l.]: Computer Press 412 s. ISBN 978-80-72-26656-2. 
• ČEPEK, Aleš. Úvod do C++. Praha: České vysoké učení technické, 2004. 
• STROUSTRUP, Bjarne. C++ Programovací jazyk. 1. vyd. [s.l.]: BEN - technická literatura ISBN 80-86056-20-1, ISBN 80-90150-72-1. 

Související články

Knihovny

• GTK+
• Qt
• Ultimate++
• wxWidgets

Software pro vývoj

• Anjuta
• C++Builder
• Clang
• Code::Blocks
• Dev-C++
• Eclipse
• GCC
• KDevelop
• Microsoft Visual Studio
• NetBeans
• Turbo C++

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu C++ na Wikimedia Commons
• (anglicky) stroustrup.com – domovská stránka Bjarne Stroustrupa; mimo jiné uvádí historii C++, odpovědi na často kladené otázky a podrobný glosář. Jde o základní zdroj informací a odkazů věnovaných C++.
• builder.cz, sekce C, C++
• vsb.cz, český tutoriál programování v C++
• (anglicky) cplusplus.com – referenční příručka
• (anglicky) Thinking in C++ – dvoudílná učebnice od Bruce Eckela, volně ke stažení. První díl vyšel knižně i v českém jazyce.

Autoritní data	NKC: ph116956 PSH: 12477 BNE: XX540250 BNF: cb12139768z (data) GND: 4193909-8 LCCN: sh87007505 NLI: 987007539277905171 SUDOC: 029859778