C++: Historia, cechy, typy danych, przykłady

C++⁚ Historia, cechy, typy danych, przykłady

C++ jest językiem programowania ogólnego przeznaczenia, opracowanym przez Bjarne Stroustrupa w Bell Labs jako rozszerzenie języka C; C++ jest językiem kompilowanym, zorientowanym obiektowo, który wspiera wiele paradygmatów programowania, w tym programowanie proceduralne, obiektowe i generyczne.

Wprowadzenie

C++ to jeden z najbardziej popularnych i wszechstronnych języków programowania, używany do tworzenia szerokiej gamy aplikacji, od systemów operacyjnych i gier wideo po oprogramowanie biznesowe i narzędzia naukowe. Jego popularność wynika z połączenia wydajności, elastyczności i bogatego zestawu funkcji. C++ został stworzony przez Bjarne Stroustrupa w Bell Labs jako rozszerzenie języka C, dodając do niego funkcje programowania obiektowego. C++ jest językiem kompilowanym, co oznacza, że kod źródłowy jest tłumaczony na kod maszynowy przed jego uruchomieniem. Jest to język statycznie typowany, co oznacza, że typ danych każdej zmiennej musi być określony w momencie deklaracji. C++ jest również językiem silnie typowanym, co oznacza, że ​​kompilator sprawdza zgodność typów danych podczas kompilacji, zapobiegając błędom związanym z nieprawidłowym użyciem typów danych.

C++ jest językiem zorientowanym obiektowo, co oznacza, że ​​umożliwia programistom organizowanie kodu w postaci obiektów i klas. Obiekty są instancjami klas, które reprezentują dane i zachowanie. Klasy definiują struktury i zachowanie obiektów. C++ oferuje również wiele innych funkcji, takich jak obsługa wyjątków, zarządzanie pamięcią, obsługa plików i wiele innych.

Historia języka C++

Historia języka C++ sięga początków lat 80. XX wieku, kiedy Bjarne Stroustrup, pracując w Bell Labs, rozpoczął prace nad rozszerzeniem języka C o funkcje programowania obiektowego. Początkowo język ten nazywał się “C with Classes” i był przeznaczony do ułatwienia tworzenia złożonych programów. W 1983 roku Stroustrup zmienił nazwę języka na “C++”, dodając do niej symbol “++” często używany w C do inkrementacji zmiennej. W kolejnych latach C++ ewoluował, dodając nowe funkcje i ulepszenia, takie jak szablony, obsługa wyjątków i standardowa biblioteka szablonów (STL).

W 1998 roku opublikowano pierwszy standard języka C++, który zdefiniował formalne specyfikacje języka i biblioteki standardowej. Od tego czasu C++ był kilkakrotnie uaktualniany, a ostatnia wersja standardu C++20 została opublikowana w 2020 roku. C++ jest językiem stale rozwijającym się, a jego popularność w ostatnich latach wzrosła, dzięki czemu jest jednym z najpopularniejszych języków programowania na świecie.

Cechy języka C++

C++ to język programowania charakteryzujący się wieloma cechami, które czynią go potężnym i wszechstronnym narzędziem do tworzenia oprogramowania. Jedną z kluczowych cech C++ jest jego wieloparadygmatowość. Oznacza to, że C++ wspiera wiele paradygmatów programowania, takich jak programowanie proceduralne, obiektowe i generyczne. Programowanie proceduralne polega na rozbijaniu programu na sekwencje instrukcji, które są wykonywane w określonej kolejności. Programowanie obiektowe skupia się na tworzeniu obiektów, które reprezentują dane i zachowanie. Programowanie generyczne pozwala na tworzenie kodu, który może działać z różnymi typami danych, bez konieczności pisania osobnego kodu dla każdego typu.

C++ jest językiem kompilowanym, co oznacza, że ​​kod źródłowy jest tłumaczony na kod maszynowy przed jego uruchomieniem. Kompilator analizuje kod źródłowy i generuje kod maszynowy, który może być wykonywany przez procesor. C++ jest językiem statycznie typowanym, co oznacza, że ​​typ danych każdej zmiennej musi być określony w momencie deklaracji. Kompilator sprawdza zgodność typów danych podczas kompilacji, zapobiegając błędom związanym z nieprawidłowym użyciem typów danych. C++ jest również językiem silnie typowanym, co oznacza, że ​​kompilator sprawdza zgodność typów danych podczas kompilacji, zapobiegając błędom związanym z nieprawidłowym użyciem typów danych.

3.1. Język wieloparadygmatowy

Jedną z kluczowych cech języka C++ jest jego wieloparadygmatowość. Oznacza to, że C++ wspiera wiele paradygmatów programowania, co daje programistom dużą elastyczność w wyborze najlepszego podejścia do rozwiązania konkretnego problemu. Wśród paradygmatów programowania wspieranych przez C++ znajdują się⁚ programowanie proceduralne, obiektowe i generyczne. Programowanie proceduralne polega na rozbijaniu programu na sekwencje instrukcji, które są wykonywane w określonej kolejności. W programowaniu obiektowym program jest organizowany wokół obiektów, które reprezentują dane i zachowanie. Obiekty są instancjami klas, które definiują ich strukturę i zachowanie. Programowanie generyczne pozwala na tworzenie kodu, który może działać z różnymi typami danych, bez konieczności pisania osobnego kodu dla każdego typu.

Dzięki swojej wieloparadygmatowości C++ jest językiem bardzo wszechstronnym, który może być stosowany do tworzenia szerokiej gamy aplikacji, od systemów operacyjnych i gier wideo po oprogramowanie biznesowe i narzędzia naukowe.

3.2. Język kompilowany

C++ jest językiem kompilowanym, co oznacza, że ​​kod źródłowy napisany przez programistę jest tłumaczony na kod maszynowy, który może być bezpośrednio wykonywany przez procesor. W przeciwieństwie do języków interpretowanych, które są wykonywane linia po linii, kod C++ jest kompilowany w całości do pliku wykonywalnego przed jego uruchomieniem. Proces kompilacji przeprowadzany jest przez specjalne oprogramowanie nazywane kompilatorem. Kompilator analizuje kod źródłowy i generuje kod maszynowy, który jest następnie zapisywany do pliku wykonywalnego. Plik wykonywalny może być następnie uruchomiony na dowolnym komputerze z odpowiednim systemem operacyjnym, bez potrzeby kompilacji kodu źródłowego.

Kompilacja kodu C++ zapewnia kilka korzyści. Po pierwsze, kod kompilowany jest generalnie szybszy od kodu interpretowanego, ponieważ kod maszynowy jest wykonywany bezpośrednio przez procesor, bez potrzeby dodatkowej interpretacji. Po drugie, kompilacja pozwala na wykrycie błędów w kodzie przed jego uruchomieniem, co ułatwia debugowanie i poprawianie błędów.

3.3. Język statycznie typowany

C++ jest językiem statycznie typowanym, co oznacza, że ​​typ danych każdej zmiennej musi być określony w momencie jej deklaracji. Kompilator sprawdza zgodność typów danych podczas kompilacji, zapobiegając błędom związanym z nieprawidłowym użyciem typów danych. Na przykład, jeśli deklarujemy zmienną o nazwie “liczba” jako zmienną typu “int” (liczba całkowita), to kompilator nie pozwoli nam przypisać do tej zmiennej wartości typu “double” (liczba zmiennoprzecinkowa).

Statyczne typowanie w C++ zapewnia kilka korzyści. Po pierwsze, pozwala na wykrycie błędów w kodzie przed jego uruchomieniem, co ułatwia debugowanie i poprawianie błędów. Po drugie, statyczne typowanie zwiększa czytelność kodu, ponieważ typ danych każdej zmiennej jest jasno określony. Po trzecie, statyczne typowanie może poprawić wydajność kodu, ponieważ kompilator może optymalizować kod na podstawie typów danych zmiennych.

3.4. Język silnie typowany

C++ jest językiem silnie typowanym, co oznacza, że ​​kompilator sprawdza zgodność typów danych podczas kompilacji, zapobiegając błędom związanym z nieprawidłowym użyciem typów danych. W języku silnie typowanym, operacje na danych różnych typów są niedozwolone, chyba że zostaną jawnie przekonwertowane. Na przykład, nie można dodawać wartości typu “int” do wartości typu “string” bez jawnej konwersji jednego z tych typów.

Silne typowanie w C++ jest ważnym elementem bezpieczeństwa i niezawodności. Pozwala na wykrycie błędów w kodzie przed jego uruchomieniem, co ułatwia debugowanie i poprawianie błędów. Silne typowanie może również poprawić czytelność kodu, ponieważ typ danych każdej zmiennej jest jasno określony.

3.5. Język oparty na obiektach

C++ jest językiem zorientowanym obiektowo, co oznacza, że ​​umożliwia programistom organizowanie kodu w postaci obiektów i klas. Obiekty są instancjami klas, które reprezentują dane i zachowanie. Klasy definiują struktury i zachowanie obiektów. W programowaniu obiektowym, obiekty komunikują się ze sobą poprzez wysyłanie i odbieranie wiadomości.

Programowanie obiektowe w C++ oferuje wiele korzyści, takich jak⁚ – Modularność⁚ Kod jest podzielony na mniejsze, niezależne moduły, które są łatwiejsze do zarządzania i testowania. – Polimorfizm⁚ Obiekty różnych klas mogą być używane w ten sam sposób, co ułatwia tworzenie elastycznego i rozszerzalnego kodu. – Dziedziczenie⁚ Nowe klasy mogą dziedziczyć cechy i zachowanie z istniejących klas, co pozwala na ponowne wykorzystanie kodu i tworzenie hierarchii klas. – Enkapsulacja⁚ Dane i metody obiektu są ukryte przed dostępem z zewnątrz, co pozwala na kontrolowanie dostępu do danych i chroni je przed przypadkowym modyfikowaniem. – Abstrakcja⁚ Skupia się na istotnych cechach obiektu, ukrywając szczegóły implementacji.

Typy danych w C++

C++ oferuje bogaty zestaw typów danych, które umożliwiają programistom reprezentowanie różnych rodzajów informacji w swoich programach. Typy danych określają sposób przechowywania i przetwarzania danych w pamięci komputera. C++ dzieli typy danych na dwie główne kategorie⁚ typy danych podstawowe i typy danych złożone.

Typy danych podstawowych to podstawowe typy danych, które są wbudowane w język C++. Należą do nich⁚ – int⁚ liczby całkowite – float⁚ liczby zmiennoprzecinkowe pojedynczej precyzji – double⁚ liczby zmiennoprzecinkowe podwójnej precyzji – char⁚ pojedyncze znaki – bool⁚ wartości logiczne (prawda lub fałsz) – void⁚ brak wartości

Typy danych złożonych są zbudowane z typów danych podstawowych i umożliwiają tworzenie bardziej złożonych struktur danych. Należą do nich⁚ – Tablice⁚ sekwencje elementów tego samego typu – Struktury⁚ zbiory różnych typów danych – Unie⁚ zbiory różnych typów danych, z których tylko jeden może być używany w danym momencie – Wyliczenia⁚ zbiory nazwanych stałych – Wskaźniki⁚ adresy pamięci – Klasy⁚ definicje obiektów

4.1. Typy danych podstawowych

Typy danych podstawowych to podstawowe typy danych, które są wbudowane w język C++. Są one używane do reprezentowania prostych wartości, takich jak liczby, znaki i wartości logiczne. Typy danych podstawowych są zdefiniowane w języku C++ i nie wymagają definicji przez programistę.

Do najważniejszych typów danych podstawowych należą⁚ – int⁚ liczby całkowite. Typ int jest używany do przechowywania liczb całkowitych, takich jak -10, 0, 5, 100. – float⁚ liczby zmiennoprzecinkowe pojedynczej precyzji; Typ float jest używany do przechowywania liczb zmiennoprzecinkowych, takich jak 3.14, -2.5, 1.0e-6. – double⁚ liczby zmiennoprzecinkowe podwójnej precyzji. Typ double jest używany do przechowywania liczb zmiennoprzecinkowych o większej precyzji niż float. – char⁚ pojedyncze znaki. Typ char jest używany do przechowywania pojedynczych znaków, takich jak ‘a’, ‘B’, ‘!’, ‘?’. – bool⁚ wartości logiczne (prawda lub fałsz). Typ bool jest używany do przechowywania wartości logicznych, takich jak true (prawda) i false (fałsz). – void⁚ brak wartości. Typ void jest używany do reprezentowania braku wartości.

4.2. Typy danych złożonych

Typy danych złożonych są zbudowane z typów danych podstawowych i umożliwiają tworzenie bardziej złożonych struktur danych. Typy danych złożonych pozwalają na grupowanie i organizowanie danych w bardziej złożony sposób, co ułatwia tworzenie bardziej złożonych programów.

Do najważniejszych typów danych złożonych należą⁚ – Tablice⁚ sekwencje elementów tego samego typu. Tablice są używane do przechowywania kolekcji elementów tego samego typu, takich jak tablica liczb całkowitych, tablica znaków lub tablica obiektów. – Struktury⁚ zbiory różnych typów danych. Struktury są używane do grupowania różnych typów danych w jedną strukturę, na przykład do przechowywania informacji o osobie (imię, nazwisko, wiek, adres). – Unie⁚ zbiory różnych typów danych, z których tylko jeden może być używany w danym momencie. Unie są używane do przechowywania danych, które mogą mieć różne typy, ale tylko jeden typ jest używany w danym momencie. – Wyliczenia⁚ zbiory nazwanych stałych. Wyliczenia są używane do definiowania zbioru nazwanych stałych, które reprezentują różne wartości. – Wskaźniki⁚ adresy pamięci. Wskaźniki są używane do przechowywania adresów pamięci innych zmiennych. – Klasy⁚ definicje obiektów. Klasy są używane do definiowania struktury i zachowania obiektów.

Przykładowe programy w C++

Aby lepiej zrozumieć podstawy języka C++, przedstawiamy kilka przykładowych programów.

Programy te ilustrują podstawowe składnie języka C++, takie jak deklaracja zmiennych, przypisanie wartości, operatory arytmetyczne, instrukcje sterujące i funkcje.

Programy te są proste, ale demonstrują podstawowe koncepcje języka C++, które są niezbędne do tworzenia bardziej złożonych programów.

W kolejnych rozdziałach omówimy bardziej zaawansowane koncepcje języka C++, takie jak programowanie obiektowe, obsługa wyjątków, zarządzanie pamięcią i biblioteki standardowe.

5.1. Prosty program “Hello, world!”

Pierwszym programem, który zazwyczaj pisze się w każdym języku programowania, jest program “Hello, world!”. Program ten wyświetla na ekranie tekst “Hello, world!”. W języku C++ program ten wygląda następująco⁚

#include <iostream>

int main {
 std⁚⁚cout << "Hello, world!" << std⁚⁚endl;
 return 0;
}

W tym programie⁚ – #include <iostream> ‒ dyrektywa preprocesora, która włącza strumień wejścia/wyjścia (iostream). – int main ౼ funkcja główna programu, która jest punktem wejścia do programu. – std⁚⁚cout << "Hello, world!" << std⁚⁚endl; ‒ instrukcja wyświetlająca tekst “Hello, world!” na ekranie. – return 0; ౼ instrukcja zwracająca wartość 0 do systemu operacyjnego, sygnalizując prawidłowe zakończenie programu.

Program ten jest bardzo prosty, ale demonstruje podstawowe elementy języka C++, takie jak dyrektywy preprocesora, funkcje, instrukcje wejścia/wyjścia i instrukcje zwrotne.

5.2. Program obliczający sumę dwóch liczb

Kolejny prosty program w C++ to program obliczający sumę dwóch liczb. Program ten pobiera od użytkownika dwie liczby, a następnie oblicza i wyświetla ich sumę.

#include <iostream>

int main {
 int liczba1, liczba2, suma;

 std⁚⁚cout << "Podaj pierwszą liczbę⁚ ";
 std⁚⁚cin >> liczba1;

 std⁚⁚cout << "Podaj drugą liczbę⁚ ";
 std⁚⁚cin >> liczba2;

 suma = liczba1 + liczba2;

 std⁚⁚cout << "Suma liczb " << liczba1 << " i " << liczba2 << " wynosi⁚ " << suma << std⁚⁚endl;

 return 0;
}

W tym programie⁚ – int liczba1, liczba2, suma; ౼ deklaracja zmiennych typu int, które będą przechowywać dwie liczby i ich sumę. – std⁚⁚cin >> liczba1; ‒ instrukcja pobierająca pierwszą liczbę od użytkownika i zapisująca ją do zmiennej liczba1. – std⁚⁚cin >> liczba2; ౼ instrukcja pobierająca drugą liczbę od użytkownika i zapisująca ją do zmiennej liczba2. – suma = liczba1 + liczba2; ‒ instrukcja obliczająca sumę dwóch liczb i zapisująca wynik do zmiennej suma. – std⁚⁚cout << "Suma liczb " << liczba1 << " i " << liczba2 << " wynosi⁚ " << suma << std⁚⁚endl; ‒ instrukcja wyświetlająca wynik na ekranie.

5.3. Program wyświetlający tablicę liczb

Kolejny przykład programu w C++ to program wyświetlający tablicę liczb. Program ten tworzy tablicę liczb całkowitych, a następnie wyświetla jej zawartość na ekranie.

#include <iostream>

int main {
 int liczby[5] = {1, 2, 3, 4, 5};

 std⁚⁚cout << "Tablica liczb⁚ " << std⁚⁚endl;
 for (int i = 0; i < 5; i++) {
 std⁚⁚cout << liczby[i] << " ";
 }

 std⁚⁚cout << std⁚⁚endl;

 return 0;
}

W tym programie⁚ – int liczby[5] = {1, 2, 3, 4, 5}; ‒ deklaracja tablicy liczb całkowitych o nazwie “liczby” o rozmiarze 5 elementów. – for (int i = 0; i < 5; i++) { ... } ‒ pętla for, która iteruje po elementach tablicy. – std⁚⁚cout << liczby[i] << " "; ‒ instrukcja wyświetlająca wartość elementu tablicy na ekranie.

Program ten demonstruje użycie tablic w C++, a także pętle for, które są często używane do iterowania po elementach tablic.

Podsumowanie

C++ to potężny i wszechstronny język programowania, który jest używany do tworzenia szerokiej gamy aplikacji, od systemów operacyjnych i gier wideo po oprogramowanie biznesowe i narzędzia naukowe. Jego popularność wynika z połączenia wydajności, elastyczności i bogatego zestawu funkcji. C++ jest językiem kompilowanym, zorientowanym obiektowo, który wspiera wiele paradygmatów programowania, w tym programowanie proceduralne, obiektowe i generyczne.

C++ oferuje bogaty zestaw typów danych, które umożliwiają programistom reprezentowanie różnych rodzajów informacji w swoich programach. Typy danych określają sposób przechowywania i przetwarzania danych w pamięci komputera. C++ dzieli typy danych na dwie główne kategorie⁚ typy danych podstawowych i typy danych złożonych.

C++ jest językiem stale rozwijającym się, a jego popularność w ostatnich latach wzrosła, dzięki czemu jest jednym z najpopularniejszych języków programowania na świecie.