Программы, соответствующие стандарту языка, могут компилироваться под различные архитектуры https://deveducation.com/blog/luchshie-ide-dlya-razrabotki-na-c/ компьютеров. Обязанность по эффективному управлению памятью ложится на плечи разработчика и зависит от навыков разработчика. Для автоматического управления памятью в C++ традиционно используются так называемые «умные указатели», ручное же управление памятью снижает эффективность самих программистов[⇨].
Стандарт C++11: дополнения в ядре языка
Например, в [38] приводится учебно-рекомендательный пример реализации класса «список» как подкласса от класса «элемент списка», который, в свою очередь, содержит функции доступа к другим элементам списка. Такое отношение типов является абсурдом с точки зрения математики и невоспроизводимо на более строгих языках. Идеология некоторых библиотек требует ручного приведения типов вверх и вниз по иерархии классов (static_cast и dynamic_cast), что нарушает типобезопасность языка. Высокая вязкость решений на C++ может требовать повторной разработки значительных частей проекта при необходимости внесения минимальных изменений на поздних стадиях разработки. Стандартная библиотека C++ включает в себя набор средств, которые должны быть доступны для любой реализации языка, чтобы обеспечить программистам удобное пользование языковыми средствами и создать базу для разработки как прикладных приложений самого широкого спектра, так и специализированных библиотек. Стандарт C++ содержит нормативную ссылку на стандарт C от 1990 года и не определяет самостоятельно те функции стандартной библиотеки, которые заимствуются из стандартной библиотеки Си.
Избыточные и опасные возможности
Однако все функции, работающие с ASCII-строками, рассматривают каждый символ как байт, что ограничивает применение стандартных функций при использовании данной кодировки. Целочисленные типы данных используются для хранения целых чисел (тип char также используется для хранения ASCII-символов). Все размеры диапазонов представленных ниже типов данных минимальны и на отдельно взятой платформе могут быть больше[12].
Сравнение с альтернативными языками
Функции для работы с широкими строками описаны в заголовочном файле wchar.h, а функции для работы с широкими символами описаны в заголовочном файле wctype.h. Таким образом, размеры некоторых типов по количеству байт могут совпадать, если будет удовлетворяться условие по минимальному количеству бит. Даже char и long могут иметь одинаковый размер, если один байт будет занимать 32 бита или более, но такие платформы будут очень редки или не будут существовать. Размер байта в битах определяется константой CHAR_BIT из заголовочного файла limits.h, у POSIX-совместимых систем равен 8 битам[13]. После появления язык был хорошо принят, потому что он позволял быстро создавать компиляторы для новых платформ, а также позволял программистам довольно точно представлять, как выполняются их программы.
- В одном эксперименте[22] скриптовые и функциональные языки, в частности, Haskell, показали 2-3 кратный выигрыш во времени программирования и объёме кода по сравнению с программами на C++.
- В частности, о планах частичной замены Си и C++ на Rust объявила в 2019 компания Microsoft[57].
- В отдельные части такого освобождения можно сделать переход с помощью оператора goto[66].
- В Си существует набор функций для преобразования строк из многобайтовых в рамках текущей локали в широкие и наоборот.
C++ и функциональные и скриптовые языки
Единственным прямым потомком C++ является язык D, задуманный как переработка C++ для устранения наиболее очевидных его проблем. Авторы отказались от совместимости с Си, сохранив синтаксис и многие базовые принципы C++ и введя в язык возможности, характерные для новых языков. Порождающее метапрограммирование C++ основано на шаблонах и препроцессоре, оно трудоёмко и ограничено по возможностям. Система шаблонов C++ фактически является вариантом примитивного функционального языка программирования, исполняемого на этапе компиляции. Этот язык почти не пересекается с самим C++, из-за чего потенциал роста сложности абстракций оказывается ограниченным. Программы, использующие шаблоны C++, имеют крайне низкие показатели понимаемости и тестируемости, а само разворачивание шаблонов порождает неэффективный код, так как язык шаблонов не предоставляет никаких средств для оптимизации (см. также раздел #Вычислительная эффективность).
Развитие и стандартизация языка
Отсутствие единой практики обработки ошибок в стандартной библиотеке приводит к появлению собственных способов обработки ошибок и комбинированию часто используемых способов в сторонних проектах. Например, в проекте systemd совместили идеи возвращения кода ошибки и числа -1 в качестве маркера — возвращается отрицательный код ошибки[61]. А в библиотеке GLib ввели в практику возвращение в качестве маркера ошибки значение булева типа, в то время как подробная информация об ошибке помещается в специальную структуру, указатель на которую возвращается через последний аргумент функции[62].
Операторы работы с указателями и членами класса
Внутри объединения может быть объявлено произвольное количество пересекающихся полей, которые по факту предоставляют доступ к одной и той же области памяти как к разным типам данных. Размер объединения выбирается компилятором исходя из размера самого большого поля в объединении. Следует иметь в виду, что изменение одного поля объединения приводит к изменению и всех других полей, но гарантированно правильным будет только значение того поля, которое менялось. Альтернативой обычным строкам могут служить широкие строки, в которых каждый символ хранится в специальном типе wchar_t. Данный тип по стандарту должен быть способен уместить в себе все символы самой большой из существующих локалей.
Неправильное использование указателей может порождать неопределённое поведение программы и приводить к серьёзным последствиям. К примеру, указатель может быть неинициализированным или, в результате неверных арифметических операций, указывать в произвольное место памяти. Наконец, за более чем 40 лет существования язык успел несколько устареть, и в нём достаточно проблематично использовать многие современные приёмы и парадигмы программирования. Также для Си существуют и другие инструменты, облегчающие и дополняющие разработку, включая статические анализаторы и утилиты для форматирования кода. А автоматическое форматирование кода упрощает организацию совместной работы в системах контроля версий, минимизируя конфликты из-за стилевых правок.
В языках с доказанной корректностью, даже с развитыми макросредствами, нанести урон подобным образом невозможно. Программисты — это зачастую яркие люди, которые гордятся … своей способностью справляться со сложностями и ловко обращаться с абстракциями. Часто они состязаются друг с другом, пытаясь выяснить, кто может создать «самые замысловатые и красивые сложности». … соперники полагают, что должны соревноваться с чужими «украшательствами» путём добавления собственных. Нет убедительных данных о преимуществе C++ перед Си ни по производительности программистов, ни по свойствам программ. Хотя есть исследования[32], утверждающие, что программисты на Си тратят около % общего времени разработки (не считая отладки) на управление памятью, при сопоставлении общей производительности разработчиков[22] Си и C++ оказываются близки.
Например, на большинстве платформ следующая программа печатает «С», если компилируется компилятором C, и «C++» — если компилятором C++. Так происходит из-за того, что символьные константы в C (например, ‘a’) имеют тип int, а в C++ — тип char, а размеры этих типов обычно различаются. Контейнеры, строки, алгоритмы, итераторы и основные утилиты, за исключением заимствований из библиотеки C, собирательно называются STL (Standard Template Library — стандартная шаблонная библиотека).
Заголовочные файлы, имена которых соответствуют шаблону «cX», где X — имя заголовочного файла стандартной библиотеки C без расширения (cstdlib, cstring, cstdio и пр.), содержат объявления, соответствующие данной части стандартной библиотеки Си. В переменную argc при вызове передаётся количество аргументов, переданных программе, включая и путь к самой программе, поэтому обычно переменная argc содержит значение не меньшее, чем 1. В переменную argv передаётся сама строка запуска программы в виде массива текстовых строк, последним элементом которого является NULL. Компилятор гарантирует, что на момент запуска функции main() все глобальные переменные в программе будут инициализированы[44]. Тип wchar_t задумывался для того, чтобы в него мог поместиться любой символ, а широкие строки — для хранения строк любой локали, но в результате API оказался неудобным, а реализации — платформозависимыми.
Благодаря близости к языкам низкого уровня программы на Си работали эффективнее написанных на многих других языках высокого уровня, и лишь оптимизированный вручную код на ассемблере мог работать ещё быстрее, потому что давал полный контроль над машиной. Язык Си разрабатывался как язык системного программирования, для которого можно создать однопроходный компилятор. К тому же, несмотря на свою низкоуровневую природу, язык ориентирован на переносимость.
Поскольку типы с альтернативными названиями являются лишь синонимами оригинальным типам, то между ними сохраняется полная совместимость и взаимозаменяемость. Также в заголовочном файле math.h присутствуют два дополнительных типа float_t и double_t, которые соответствуют как минимум типам float и double соответственно, но могут быть отличными от них. Типы float_t и double_t добавлены в стандарте C99, а их соответствие основным типам определяется значением макроса FLT_EVAL_METHOD. Типы с приставками least- и fast- можно считать заменой типам int, short, long, с той лишь разницей, что первые дают программисту выбрать между скоростью и размером. Формально это отдельный тип, но фактически char эквивалентен либо signed char, либо unsigned char, в зависимости от компилятора[14].
Например, программистами часто игнорируется проверка результата типа ssize_t, а сам результат используется дальше в вычислениях, что приводит к трудно уловимым ошибкам, если возвращается -1[59]. Препроцессор работает до компиляции и преобразует текст файла программы согласно встреченным в нём или переданным в препроцессор директивам. Технически препроцессор может быть реализован по-разному, но логически его удобно представлять именно как отдельный модуль, целиком обрабатывающий каждый предназначенный для компиляции файл и формирующий текст, попадающий затем на вход компилятора.
Первым добавлением к стандартной библиотеке C++ стали потоки ввода-вывода, обеспечивающие средства для замены традиционных функций C printf и scanf. Позднее самым значительным развитием стандартной библиотеки стало включение в неё Стандартной библиотеки шаблонов. Язык Си уникален с той точки зрения, что именно он стал первым языком высокого уровня, всерьёз потеснившим ассемблер в разработке системного программного обеспечения.
Вспомнив опыт своей диссертации, Страуструп решил дополнить язык C (преемник BCPL) возможностями, имевшимися в языке Симула. Язык Си, будучи базовым языком системы Unix, на которой работали компьютеры Bell, является быстрым, многофункциональным и переносимым. В результате практические задачи моделирования оказались доступными для решения как с точки зрения времени разработки (благодаря использованию cимулаподобных классов), так и с точки зрения времени вычислений (благодаря быстродействию C). В первую очередь в C были добавлены классы (с инкапсуляцией), наследование классов, строгая проверка типов, inline-функции и аргументы по умолчанию.
В то же время использование сборщика мусора и виртуальной машины создают труднопреодолимые ограничения. Программы на Java, как правило, медленнее, требуют значительно больше памяти, к тому же виртуальная машина изолирует программу от операционной системы, делая невозможным низкоуровневое программирование. Некоторые особенности C++ позднее были перенесены в C, например, ключевые слова const и inline, объявления в циклах for и комментарии в стиле C++ (//). В более поздних реализациях C также были представлены возможности, которых нет в C++, например макросы va_arg и улучшенная работа с массивами-параметрами. Проверка доступа происходит во время компиляции, попытка обращения к недоступному члену класса вызовет ошибку компиляции.
IT курсы онлайн от лучших специалистов в своей отросли https://deveducation.com/ here.
