در این جا قصد دارم که یه توضیح مختصر راجع به برنامه نویسی برای افرادی بدم که نمیدونن برنامه نویسی یعنی چی.

فرض کنید به شما  کنترل یه ربات رو بدن که 5 تا کار می تونه انجام بده. مثال

  • روشن شو(ON)
  •  یک گام به جلو برو(step)
  •  به اندازه دلخواه در جهت عقربه های ساعت بچرخ(rotate)
  •  جسم کوچک جلوت رو بردار(take)
  • خاموش شو(off)

حالا اگه این روبات رو بذارن تویه اتاق و یه توپ کوچیک رو یه طرف اتاق بندازن بگن با این ربات این توپ رو بردار، احتمالا با چند حرکت این کار و انجام میدین.

من به این کاری که شما می کنید میگم برنامه نویسی! البته شاید اینجا شما فقط دکمه فشار می دهید ولی حالتی را تصور کنید که شما بخواهید همین را بنویسید. یه چیزی این طوری میشه:

ON

Step

Rotate 45

Step

Step

Step

Rotate 30

Take

Off

برنامه نویسییه چیزی شبیه به همین کد های بالاست. برنامه نویسی یعنی نوشتن یه سری دستورات برای یه ماشین (کم فهم!) که این ماشین فقط اون دستورات رو می فهمه. حالا نکته اینجاست که شما می تونی این برنامه رو اینقدر خوب بنویسی که بهترین حات ممکن باشه و سریع به جواب برسی و می تونی هم نه این قدر بد و غیر بهینه برنامه بنویسی که دیر یا اصلا به جواب نرسی. مثلا تو همون مثال بالا شما می تونی جوری برنامه ریزی کنی که ماشین مستقیم به توپ برسه میشه هم 10 دور زد بعد رسید به توپه!

حالا اگه تصور کنید که ما می خوایم برای یه کامپیوتر برنامه بنویسیم، اولین چیزی که باید بپرسیم اینه که این ماشین چیا رو می فهمه؟! و چی نمی فهمه! مثالا به ماشین مثال بالا نمی شه گفت خوب یه توپ رو بردار و رنگ سفید بزن! خوب شما سریع جواب میدی که اصلا این ماشین این قابلیت رو نداره. البته ممکنه ماشین شما این قدر هوشمند باشه  بتونه چیز های جدید هم یاد بگیره!

حالا کاری به اینا نداریم. کامپیوتر چیا می فهمه؟ اگه بخوام خلاصه بگم میگم کامپیوتر های امروزه فقط یک چیز می فهمن. اونم اینه که باشن یا نباشن! یعنی آره  یا نه! یعنی 0 یا 1. شاید این مسائل خیلی پیچیده باشه که از پایه حرف بزنیم. که مثلا وقتی کامپیوتر می خواد یه عدد رو تو حافظه بذاره یه مداری یه جایی بسته میشه یا باز میشه! واقعیت اینه که اگه در سطح برنامه نویسی assemblyنگاه کنیم شاید کل دستوراتی که میشه به CPUداد صد نوع هم نشه، ولی بیاید از این جا شروع کنیم که کامپیوتر ما یه سری دستورات رو می فهمه و می تونه اون ها رو با یه سری ترفند هایی به همون زبان قابل فهم کامپیوتر تبدیل کنه. در واقع تمام زبان هایی که ما می شناسیم  مثل pascalو Cو fortranو همین کارو می کنن. یعنی یه چیزی بنام کامپایلر(compiler) میاد و برنامه هایی که شما به اون زبان نوشتید رو به زبان سطح پایین قابل فهم واسه ماشین مثه assemblyدر میاره که بعد به زبان 1و0 در میاد.

پس وقتی ما از برنامه نویسی حرف می زنیم می خوایم در مورد یه زبان سطح بالاتر از assemblyحرف بزنیم. دلیلشم اینه که assemblyخیلی سخته و کلا کارهای بزرگ کردن باهاش خیلی سخت و وقت گیره. البته واضحه که برنامه های assemblyسرعتشون بیشتره. چون وقتی که ما به یه کامپایلر میگیم برنامه ای که مثلا با Cنوشتیم به assemblyتبدیل کن، این کارو بهینه انجام نمیده و در نتیجه سرعت بیشتری در زمان اجرا می گیره.

از این حرفا که بگذریم می خوام خلاصه بگم با یه زبان برنامه نویسی سطح بالا مثل Cچیا میشه به کامپیوتر گفت. در واقع مثل اون مثال رباته، Cمثلا چند تا دکمه داره که میشه به کامپیوتر گفت چی کار کنه؟! آیا میشه یه دستور داد کامپیوتر رو خاموش کرد؟ آیا میشه یه دستور بدیم یه فایل رو پرینت بگیره؟ میشه یه دستور بدیم دترمینان ماتریس بگیره؟ اصلا می فهمه ماتریس چیه؟! و ...

اگه هنوز علاقه مندی به برنامه نویسی تا دفعه بعد صبر کن تا توضیح بدم یه زبانی مثل cیا fortranیا pascalچه توانایی هایی دارن. و اصلا چه فرقی با هم دارن و از کدوم باید استفاده کنیم.

این مقدمه را با این جمله به پایان می‌برم:

«برنامه نویسی هنر است، هنر استفاده از ابزار محدود در خلق موجودیتی نامحدود.»

طراحی یک برنامه

قبل از شروع یادگیری برنامه نویسی به زبان سی پلاس پلاس (++C) نیازمند یادگیری طراحی و کدنویسی برنامه‌هایمان هستیم.

به نظر شما تفاوت یک برنامه نویسی با کدنویس چیست؟ آیا اصلا تفاوتی با هم دارند؟ بله، با هم متفاوت هستند؛ کسی که خود را برنامه نویس می‌داند، ابتدا توانایی طراحی برنامه اش را به دست آورده است و سپس به کدنویسی برنامه‌اش می‌پردازد؛ ولی یک کدنویسی فقط روش کدنویسی به یک زبان خاص (که در اینجا سی پلاس پلاس است) را فرا گرفته است و هنوز نیازمند یادگیری و به دست آوردن تجربه در زمینه‌ی طراحی می‌باشد.

حال که کمی با تفاوت های طراحی یک برنامه با کد نویسی آن آشنا شدیم، به توضیح طراحی و کدنویسی برنامه‌، می‌پردازیم.

طراحی

 ما برای نوشتن موفق یک برنامه باید مراحلی را طی کنیم، که اولین مرحله‌ی آن طراحی برنامه‌مان است، ما در طراحی سعی می‌کنیم به این پرسش‌ها، پاسخ دهیم: برنامه‌ی ما قرار است چه کاری انجام دهد؟ ما باید با چه الگوریتمی (در ادامه به آن پرداخته می‌شود) تولید برنامه را پیش ببریم تا برنامه به بهترین صورت اجرا شود؟ اگر کد برنامه برای تکمیل قرار باشد، به شخص دیگری سپرده شود، آیا او قادر به خواندن کدها هست؟ اگر برنامه دچار مشکل شود، چگونه آن را برطرف کنیم؟

کدنویسی

پس از اینکه طراحی یک برنامه را انجام دادیم، به کدنویسی آن می‌پردازیم، که خود مهارتی جداگانه‌ است، زیرا برای طراحی یک برنامه لازم نیست که حتما روش کد نویسی به زبان خاصی را بدانیم، ولی برای کدنویسی باید روش کد نویسی به زبان خاصی را بدانیم.

ما در این آموزش سعی داریم که هر دو مقوله‌ طراحی و کد نویسی را همپای هم پیش ببریم، تا برنامه نویسی را به طور کامل فرا گرفته باشید.

خب پس از این مقدمه خسته کننده! به سراغ شروع طراحی یک برنامه ساده می‌رویم، و در بین آن به آموزش نکته‌های مختلف می‌پردازیم.

 الگوریتم

به راه و روش حل یک مساله یا مشکل، که ما هم هر روز از آن برای انجام کارهای روزانه از آن استفاده میکنیم، الگوریتم گویند. (چه تعریف گویایی!)

به عنوان مثال فرض کنید، ما می‌خواهیم الگوریتم بازگشتن از مدرسه را بنویسیم، پس به این صورت عمل می‌کنیم:

1. صدای زنگ به گوش ما می‌رسد.

2. وسایل خود را جمع می‌کنیم.

3. آن‌ها را در کیفمان می‌گذاریم.

4. بلند می‌شویم.

5. به سمت درب کلاس می‌رویم.

6. از آن خارج می‌شویم.

7. به سمت درب خروجی مدرسه می‌رویم.

8. از آن خارج می‌شویم.

9. به سمت خانه می‌ رویم.

این یک الگوریتم ساده برای انجام کار بازگشتن از مدرسه بود که اگر دقت کنید، ما بدون توجه به مراحل بالا، این کار را انجام می‌دهیم، صد در صد ما به تمام کارهای روزمره‌مان به صورت مثال بالا توجه ریزبینانه نمی‌کنیم، ولی در طراحی یک برنامه باید این توجه ریزبینانه وجود داشته باشد، چرا؟ زیرا ما برای نوشتن برنامه‌هایمان از رایانه استفاده میکنیم که دارای مغزی مصنوعی است و نمی‌تواند خود در شرایط مختلف تصمیم گیری کند، به بیان دیگر رایانه برای انجام دستورات ما همانند کودکی است که ما می‌خواهیم به او راه رفتن را بیاموزیم! به همین دلیل باید به صورت دقیق و ریز تمام شرایط برنامه را معین کنیم.

حال الگوریتم برنامه‌ای را می‌نویسیم که دو عدد را که از کاربر برنامه دریافت می‌کند و آن‌ها را با یکدیگر جمع می‌کند:

1. شروع.

2. عدد اول را از کاربر بگیر.

3. عدد دوم را از کاربر بگیر.

4. عدد اول را با عدد دوم جمع کن.

5. حاصل جمع را به کاربر نمایش بده.

6. پایان.

++C (بخوانید سی پلاس‌پلاس) یک زبان برنامه‌نویسی رایانه‌ای همه‌منظوره، شیءگرا، سطح بالا و چندرگه (که از برنامه‌نویسی رویه‌ای، تجرید داده‌ها و برنامه‌نویسی شیءگرا پشتیبانی می‌کند)، عمومی و با قابلیت‌های سطح بالا و سطح پایین می‌باشد. این زبان دارای قابلیت‌های انواع داده ایستا، نوشتار آزاد، چندمدلی، معمولاً زبان ترجمه شده با پشتیبانی از برنامه‌نویسی ساخت‌یافته، برنامه‌نویسی شیءگرا، برنامه‌نویسی جنریکاست. از آنجا که در سی++ اشیاء را می‌توان ابتدا به ساکن از کلاس‌هایی ایجاد کرد که به هیچگونه سلسله مراتب رده‌ها و وراثت مقید نیستند، لذا سی++ از برنامه‌سازی شیء بنیاد (object-based programming) نیز پشتیبانی می‌کند. ++C به همراه جد خود C از پرطرفدارترین زبان‌های برنامه‌نویسی تجاری هستند.

++C یک زبان سطح میانی در نظر گرفته می‌شود؛ این زبان دارای قابلیت زبان‌های سطح بالا و پایین به‌صورت هم‌زمان است.

++C توسط بی‌یارنه استراس‌تروپ ریاضیدان دانمارکی در سال ۱۹۷۹ در آزمایشگاه‌های بل (Bell Labs)، برای بهبود زبان سی و بر مبنای آن ساخته شد و آن را «C با کلاس» (C With Classes) نام‌گذاری نمود. در سال ۱۹۸۳ به ++C تغییر نام داد. توسعه با اضافه نمودن کلاس‌ها و ویژگی‌های دیگری مانند توابع مجازی، سربارگزاری عملگرها، وراثت چندگانه، قالب توابع، و پردازش استثناء انجام شد. این زبان برنامه‌نویسی در سال ۱۹۹۸ تحت نام ISO/IEC ۱۴۸۸۲:۱۹۹۸ استاندارد شد. نسخهٔ فعلی استاندارد این زبان ISO/IEC ۱۴۸۸۲:۲۰۱۴ است.[۲][۳]

استراس‌تروپ کار بر روی زبان «C با کلاس» را در سال ۱۹۷۹ آغاز کرد. ایدهٔ ساخت این زبان جدید در زمان کار بر روی تز دکترای خود به ذهن استراس‌تروپ خطور نمود. او متوجه شد که سیمولا دارای ویژگی‌هایی مناسب برای ساخت برنامه‌های بسیار بزرگ است اما برای استفادهٔ عملی بسیار کند است امابی‌سی‌پی‌ال با وجود سرعت بسیار زیاد برای ساخت برنامه‌های بزرگ بسیار سطح پایین است. زمانی که استراس‌تروپ کار خود را در آزمایشگاه‌های بل (Bell Labs) آغاز نمود با مشکل تحلیل هسته یونیکس با توجه به محاسبات توزیع شده روبرو شده بود. با یادآوری تجربیات خود در دوران دکترا، او زبان C را با استفاده از ویژگی‌های سیمولا گسترش داد. C به این دلیل انتخاب شد که یک زبان عمومی، سریع، قابل حمل، و در سطح گسترده‌ای در حال استفاده بود. علاوه بر C و سیمولا زبان‌های دیگری مانند ALGOL ۶۸، ADACLUML نیز بر ساختار این زبان جدید اثر گذاشت. در ابتدا ویژگی‌های کلاس، کلاس‌های مشتق شده، کنترل نوع قوی، توابع درون‌خطی و آرگومان‌های پیش‌فرض از طریق Cfront به C اضافه شد. اولین نسخهٔ تجاری در سال ۱۹۸۵ ارائه شد.

در سال ۱۹۸۳ نام زبان از «C با کلاس» به ++C تغییر یافت. ویژگی‌های دیگر شامل توابع مجازی، سربارگزاری عملگر و نام تابع، ارجاعات، ثوابت، کنترل حافظه توسط کاربر به‌صورت آزاد، کنترل نوع بهتر، و توضیحات یک‌خطی به صورت BCPL با استفاده از «//» نیز به آن اضافه شد. در سال ۱۹۸۵ اولین نسخهزبان برنامه‌نویسی ++C انتشار یافت و مرجع مهمی برای این زبان فراهم شد در حالی که هیچ استاندارد رسمی‌ای وجود نداشت. در سال ۱۹۸۹ ویرایش ۲٫۰ از زبان ++C ارائه شد. ویژگی‌های جدیدی مانند ارث‌بری چندگانه، کلاس‌های انتزاعی، اعضای ایستای توایع، اعضای ثابت تابع، و اعضای حفاظت شده به آن اضافه شد. در سال ۱۹۹۰ «راهنمای مرجع ++C» منتشر شد. این کار بنیان استانداردهای بعدی شد. آخرین ویژگی‌های اضافه شده شامل موارد زیر بودند: قالب توابع، استثناها، فضاهای نام، تبدیلات جدید، و یک نوع داده منطقی.

در حین تکامل ++C کتابخانهٔ استاندارد نیز به‌وجود آمد. اولین نسخهٔ کتاب استاندارد شامل کتابخانهٔ جریانات I/O بود که جایگزین printf و scanf شد. در ادامه مهم‌ترین ویژگی اضافه شده Standard Template Library بوده‌است.

در سال ۱۹۹۸ برای اولین بار پس از سال‌ها کار کمیته مشترک ANSIISO این زبان تحت عنوان ISO/IEC 14882:1998 و نام غیررسمی C++98 استاندارد سازی شد. بعدها در سال ۲۰۰۳ نسخه جدیدی از استاندارد یعنی ISO/IEC 14882:2003 انتشار یافت و برخی از مشکلات و باگ‌های C++98 در آن رفع شد.

در سال ۲۰۰۵ یک گزارش فنی به اسم «گزارش فنی کتابخانهٔ ۱» (که معمولاً بصورت اختصار TR۱ خوانده می‌شود) منتشر شد که مواردی جدید را برای اضافه کردن به کتابخانه استاندارد دربرداشت با این که این گزارش قسمتی از استاندارد نبود ولی بعدها در نسخه بعدی استاندارد یعنی C++11 اضافه شد.

نسخه بعدی با نام غیررسمی C++11 و استاندارد ISO/IEC 14882:2011 در تاریخ ۱۲ اوت ۲۰۱۱ مورد تأیید سازمان بین‌المللی استانداردسازی قرار گرفت و جایگزین C++03 شد.

در سال ۲۰۱۴ آخرین نسخه از این زبان تا حال حاضر در در تاریخ ۱۸ اوت ۲۰۱۴ با نام غیررسمی C++14 و استاندارد ISO/IEC 14882:2014 منتشر شد. هدف اصلی C++14 همانند C++03 رفع مشکلات و همچنین اضافه کردن ویژگی‌ها و بهبود جزیی C++11 بوده است.

انتشار نسخه بعدی استاندارد این زبان با نام غیررسمی C++17 برای سال ۲۰۱۷ برنامه‌ریزی شده است.

در حالی که ++C به هیچ مؤسسه‌ای وابسته نیست این مستندات به‌صورت آزادانه در دسترس نیستند. گرچه نسخه‌های نهایی نشده(draft) این اسناد در دسترس همگان قرار می‌گیرد.

نام ++C[ویرایش]

این نام منسوب به ریک ماسکیتی (اواسط ۱۹۸۳) است و برای اولین بار در دسامبر سال ۱۹۸۳ به کار برده شد. در طول مدت تحقیق این زبان بنام «C جدید» و بعدها «C با کلاس» خوانده شد. درعلوم کامپیوتر هنوز هم ++C به عنوان ابرساختار C شناخته می‌شود. آخرین نام از عملگر ++ در زبان C (که برای افزایش مقدار متغیر به اندازهٔ یک واحد بکار می‌رود) و یک عرف معمول برای نشان دادن افزایش قابلیت‌ها توسط + ناشی گشته‌است. با توجه به نقل قولی از استراس‌تروپ: «این نام ویژگی‌ها تکاملی زبان در C را نشان می‌دهد.» +C نام زبانی غیرمرتبط به این زبان است.

استراس‌تروپ مبدأ این نام را در فصل اول کتاب خود «زبان برنامه‌نویسی ++C» اشاره می‌نماید که معنی دیگر ++C را می‌توان در ضمائم کتاب جرج ارول بنام ۱۹۸۴ یافت. در سه قسمت از زبان تخیلی Newspeak «کلمات C» برای اشاره به لغات فنی و حرفه‌ای بکار می‌رود. «دو علامت +» برای ایجاد صفات عالی از صفات Newspeak به کار می‌رفت بنابراین ++C به معنای زبانی با بیشترین شباهت به C است.

وقتی که به صورت خصوصی از ریک ماسکیتی در مورد این اسم سؤال شد او در جواب گفت که این اسم بصورت خودمانی در بین آنها به کار می‌رفته‌است و تصور نمی‌کردند که این نام بصورت نام رسمی این زبان درآید.

فلسفه

در کتاب «طراحی و تکامل ++C» استراستروپ قوانین مورد استفاده در طراحی ++C را بیان می‌نماید. دانستن این قوانین به فهمیدن نحوه عملکرد ++C و چرایی آن کمک می‌کند. جزئیات بیشتر در کتاب قابل دسترسی است:

  • ++C طراحی شده‌است تا یک زبان عمومی با کنترل نوع ایستا و همانند C قابل حمل و پربازده باشد.
  • ++C طراحی شده‌است تا مستقیماً و بصورت جامع از چندین شیوه برنامه‌نویسی(برنامه‌نویسی ساخت‌یافته، برنامه‌نویسی شی‌گرا، انتزاع داده، و برنامه‌نویسی جنریک)
  • ++C طراحی شده‌است تا به برنامه‌نویس امکان انتخاب دهد حتی اگر این انتخاب اشتباه باشد.
  • ++C طراحی شده‌است تا حداکثر تطابق با C وجود داشته باشد و یک انتقال راحت از C را ممکن سازد.
  • ++C از بکاربردن ویژگی‌های خاص که مانع از عمومی شدن است خودداری می‌نماید.
  • ++C از ویژگی‌هایی که بکار برده نمی‌شوند استفاده نمی‌کند.
  • ++C طراحی شده‌است تا بدون یک محیط پیچیده عمل نماید.

کتابخانه استاندارد[ویرایش]

در سال ۱۹۹۸ استاندارد ++C شامل دو بخش هسته زبان و کتابخانه استاندارد ++C است. این کتابخانه شامل بیشتر بخش‌های STL و کتابخانه استاندارد C است. بیشتر کتابخانه‌های ++C در استاندارد وجود ندارند و یا استفاده از تعریف قابلیت پیوند کتابخانه‌ها را می‌توان در زبان‌هایی مانندفرترن، C، پاسکال، بیسیک نوشته شوند. البته با توجه به ویژگی‌های کامپایلر مشخص خواهد شد که کدام زبان را می‌توان استفاده نمود.

کتابخانه استاندارد ++C شامل کتابخانه استاندارد C با یک سری تغییرات برای بهبود عملکرد است. بخش بزرگ بعدی این کتابخانه STL است. STL شامل ابزار بسیار قدرتمندی مانند نگه‌دارنده‌ها (مانند vector و list)، تکرارکننده‌ها (اشاره‌گرهای عمومی شده) برای شبیه‌سازی دسترسی مانند آرایه الگوریتم‌هایی برای جستجو و مرتب‌سازی در آنها وجود دارند. نقشه‌ها (نقشه‌های چندگانه) (آرایه شرکت‌پذیر) و مجموعه‌ها (مجموعه‌های چندگانه) واسط‌های عمومی فراهم می‌سازند. در نتیجه با استفاده از قالب تابع، الگوریتم‌های جنریک با هر نگه‌دارنده و دارای تکرارکننده عمل نماید. همانند C ویژگی‌های کتابخانه را می‌توان با استفاده از شبه دستور include# شامل یک سرآیند استاندارد اضافه نمود. c دارای ۶۹ کتابخانه استاندارداست که ۱۹ تا از آنها نامناسب تشخیص داده شده‌اند.

استفاده از کتابخانه استاندارد - مانند std::vector یا std::string به جای آرایه‌های C- موجب ایجاد برنامه‌های مطمئن‌تر شده‌است.

STL در آغاز محصولی جداگانه از HP و سپس SGL پیش از ادغام در کتابخانه استاندارد ++C بوده‌است. استاندارد عبارت STL را بکار نمی‌برد بلکه آن را بخشی از کتابخانه می‌داند اما مردم هنوز هم آن را برای جداسازی بخش‌های مختلف کتابخانه با این نام بکار می‌برند. (جریان‌های ورودی/خروجی، جهانی‌سازی، تشخیص، زیرمجموعه کتابخانه C)

بیشتر کامپایلرها کتابخانه استاندارد و STL را پیاده‌سازی می‌نماید. پیاده‌سازی‌های مستقلی نیز همانند STLport نیر وجود دارند. پروژه‌های دیگر نیز پیاده‌سازی‌های خود را از STL با توجه به اهداف خود بوجود می‌آورند.

ویژگی‌های معرفی شده در ++C

در مقایسه با C زبان ++C ویژگی‌های جدیدی را معرفی نموده‌است مانند تعریف متغیر به عنوان عبارت، تغییر نوع‌های همانند تابع، نو/حذف، نوع دادهbool، توابع درون‌خطی، آرگومان پیشفرض، گرانبارسازی عملگر و تابع، فضای نام و عملگر تعیین حوزه ::، کلاس‌ها (شامل تمام ویژگی‌های مربوط به کلاس‌ها همانند وراثت، اعضای تابع، توابع مجازی، کلاس‌های انتزاعی، و سازنده‌ها)، قالب‌ها، پردازش استثناء، کنترل نوع زمان اجرا، عملگرهای سربار شده ورودی (<<) و خروجی (>>).

برخلاف باور عموم ++C نوع داده ثابت را معرفی ننموده‌است. کلمه const کمی پیش از استفاده از این کلمه در ++C توسط زبان C بصورت رسمی بکار گرفته شد.

در بعضی حالات ++C تعداد کنترل نوع بیشتری نسبت به زبان C انجام می‌دهد. (برای اطلاعات بیشتر بخش «ناهماهنگی با C» را در پایین ببینید)

توضیحات با استفاده از // قبل از زبان C در زبان BCPL معرفی شده بود که مجدداً در زبان ++C به کار گرفته شد.

بعضی ویژگی‌های ++C بعداً توسط C به کار گرفته شد مانند نحوه تعریف for، توضیحات به شکل ++C (با استفاده از //)، و کلمه inline با وجود اینکه تعریف این کلمه در C با تعریف آن در زبان ++C هماهنگی ندارد. همچنین در C ویژگی‌هایی معرفی شده‌است که در ++C وجود ندارند مانند ماکروهای قابل تغییر و استفاده بهتر از آرایه‌ها به عنوان آرگومان. بعضی کامپایلرها این ویژگی‌ها را پیاده نموده‌اند اما در بقیه این ویژگی‌ها موجب ناهماهنگی می‌گردد.

برنامه Hello World

برنامه زیر با استفاده از کتابخانه استاندارد و جریان‌های خروجی یک متن را به خروجی استاندارد ارسال می‌نماید.

# include  // provides std::cout using namespace std;  int main(int argc, char *argv[]) {     cout <<"Hello, world!\n"; // prints "Hello world!"     return 0; } 

ویژگی‌های زبان

عملگرها

به بخش عملگرهای سی و سی++ مراجعه نمایید

پیش پردازنده

++C بطور عمومی در سه فاز ترجمه می‌گردد: پیش‌پردازنده، ترجمه به کد object، پیوند (که دو مرحله آخر به عنوان عمل کامپایل شناخته می‌شود) در اولین مرحله در پیش‌پردازنده، شبه‌دستورات پیش‌پردازنده تغییرات لغوی بر روی کد منبع ایجاد می‌نمایند و آن را به مراحل دیگر تحویل می‌دهند.

شبه دستورات پیش‌پردازنده با استفاده از کاراکتر # قبل از هر گونه فضای خالی آغاز گشته و رشته‌هایی را در کد منبع با فایل یا رشته‌های دیگر با توجه به قوانین تعریف گشته توسط برنامه‌نویس جایگزین می‌نماید. این دستورات معمولاً اعمال زیر را انجام می‌دهند: جایگزینی ماکروها، شمول فایل‌های دیگر (برخلاف ویژگی سطح بالاتر مانند شمول ماجول‌ها/پکیج‌ها/یونیت‌ها/کامپوننت‌ها)، کامپایل شرطی و/یا شمول شرطی. به عنوان مثال:

# include  

که این دستور تمام سمبل‌ها در فایل سرایند کتابخانه استاندارد iostream را در فایل منبع وارد می‌سازد.

کاربرد معمول دیگر به عنوان ماکرو خوانده می‌شود:

# define MY_ASSERT(x) assert(x) 

که کد (MY_ASSERT(x را با (assert(x در فایل منبع جایگزین می‌نماید؛ که این جایگزینی امکان کنترل استفاده از این تابع را در اختیار برنامه‌نویس قرار می‌دهد.

استفاده از ماکروها در عمل چندان توصیه نمی‌گردد چرا که امکان کنترل نوع آرگومان‌ها را از بین برده در نتیجه ممکن است اشتباهاتی را وارد کد منبع نماید. طریقه دیگر برای انجام این کار استفاده از توابع درون‌خطی است.

علاوه بر شبه‌دستورات معمول تعدادی شبه دستور برای کنترل جریان کامپایل وجود دارد که امکان شمول یا عدم‌شمول قطعه‌ای کد یا سایر ویژگی‌های کامپایل را در اختیار ما قرار می‌دهد.

دستورات پیش‌پردازنده برای کاربردهای عددی نیز به کار می‌رود که هم‌اکنون استفاده از const به جای #define ترجیح داده می‌شود. این کار علاوه بر ایجاد کنترل نوع قوی مانع از گمراهی در فضاهای نام می‌گردد.

هدف کمیته استانداردسازی از بین بردن پیش‌پردازنده‌است اما با توجه به خصوصیت مدولار ++C بعید به نظر می‌آید که این حذف امکان‌پذیر باشد.

قالب‌ها

قالب‌ها متفاوت با ماکروها هستند. در حالی که از هر دوی این ویژگی‌ها در زمان کامپایل برای ایجاد کامپایل شرطی استفاده می‌شوند قالب‌ها محدود به تغییرات لغوی و متنی نیستند. قالب‌ها با آگاهی از معنا و سیستم نوع در زبان استفاده شده و سایر ویژگی‌های زمان کامپایل می‌توانند از عملیات سطح بالا برای کنترل ترتیب اجرا براساس نوع پارامترها استفاده نمایند. ماکروها کنترل خود را بر کامپایل از طریق ویژگی‌های از پیش تعیین شده انجام می‌دهند ولی قادر به ایجاد انواع جدید و کنترل نوع نیستند و فقط محدود به تغییرات متنی پیش از کامپایل هستند. به زبان دیگر ماکروها کنترل خود را با استفاده از نشانه‌های از پیش تعیین شده انجام می‌دهند اما همانند قالب‌ها نمی‌توانند نشانه‌ها را خود ایجاد نمایند. قالب‌ها ابزاری برای چندریختی ایستا و برنامه‌نویسی جنریک است. مثلاً جایگزین معادل با استفاده از قالب‌ها برای عبارت خطرناک #define max(x, y) ((x)> (y) ? (x) : (y)) در پایین نشان داده شده‌است.

template <typename T> const T& max(const T& x, const T& y) {     return x> y ? x : y; } 

این قالب در سرآیند algorithm تحت عنوان std::max() قابل دسترسی است. معمولاً می‌توان از کلمه کلیدی class بجای typename استفاده کرد.

علاوه بر این قالب‌ها یک ویژگی تورینگ-کامل هستند که به این معناست که هر برنامه قابل محاسبه توسط کامپیوتر را می‌توان با استفاده از فرابرنامه‌نویسی قالب‌ها نوشت.

بطور خلاصه استفاده از قالب‌ها به معنای نوشتن هر تابع یا کلاس بااستفاده از تمامی انواعِ ممکن است، که نوع آن را پیش از کامپایل در قالب معین نمی‌کنیم.

اشیاء

سی++ چندین ویژگی شی‌گرا را زبان سی معرفی نمود معرفی کلاس چهار ویژگی که در زبان‌های شی‌گرا و بعضاً غیر شی‌گرا حضور دارد یعنی انتزاع، بسته‌بندی، وراثت، و چندریختی را فراهم کرد. اشیاء نمونه‌های ساخته شده از کلاس در زمان اجرا هستند. می‌توان کلاس را نمونه‌ای از قالب‌ها دانست که چندین مورد از آنها بوجود می‌آید.

بسته‌بندی

بسته‌بندی به معنای جمع‌آوری عملیات و داده در یک محل می‌باشد. سی++ بسته‌بندی را با ایجاد امکان تعریف هر کلاس به صورت public, private, protected پیاده‌سازی نموده‌است. اعضای private فقط توسط اعضای کلاس و یا کلاس‌ها دقیقاً بیان شده (friend) قابل دسترسی هستند. اعضای protected توسط کلاس‌های ارث برده شده و اعضای کلاس و کلاس‌های friend قابل دسترسی هستند.

در تعاریف شی‌گرا باید تنها توابعی بسته‌بندی گردند که باید از نحوه پیاده‌سازی این نوع بخصوص اطلاع داشته باشد. سی++ این ویژگی را با استفاده از توابع عضو و توابع دوست فراهم نموده اما قطعی نکرده‌است. در سی++ این امکان وجود دارد که تمام نوع را عمومی تعریف نمایند اما در صورتی که نیاز باشد فقط بخشی از آن عمومی گردد در نتیجه این زبان نه تنها شی‌گرا است بلکه از مدل‌های ضعیف‌تر همانند برنامه‌نویسی مدولار پشتیبانی می‌نماید.

عموماً توصیه بر این است که تمام اعضا به صورت خصوصی یا حفاظت شده تبدیل گردند و فقط توابعی که باید توسط دیگر کلاس‌ها به عنوان واسط استفاده شوند عمومی باقی بمانند.

وراثت

وراثت این امکان را ایجاد می‌کند که یک نوع ویژگی دیگر انواع را داشته باشد. وراثت از یک کلاس پایه می‌تواند عمومی، خصوصی یا حفاظت شده باشد. این تعیین سطح دسترسی مشخص می‌سازد آیا کلاس‌های نامربوط و یا مشتق شده می‌توانند به اعضای عمومی یا حفاظت شده کلاس پایه دسترسی داشته باشند. تنها وراثت عمومی به معنای وراثت به کار رفته بصورت عموم است. دو نوع دیگر وراثت به ندرت مورد استفاده قرار می‌گیرند. اگر تعیین‌کننده سطح دسترسی حذف شود سطح دسترسی برای کلاس خصوصی و برای ساختمان به صورت عمومی تعریف می‌گردد. کلاس‌های پایه ممکن است بصورت مجازی تعریف شوند که به آن وراثت مجازی گویند. وراثت مجازی تضمین می‌کند که فقط یک نمونه از کلاس پایه وجود داشته باشد و مشکلاتی همانند مشکلات وراثت چندگانه بوجود نیاید.

وراثت چندگانه یکی از ویژگی‌های مورد بحث در سی++ است. وراثت چندگانه امکان اشتقاق از چند کلاس پایه را فراهم می‌نماید که موجب بوجود آمدن گراف رابطه وراثت بسیار پیچیده‌است. به عنوان مثال «گربه پرنده» می‌تواند از کلاس «گربه» و کلاس «پستانداران پرنده» ارث برد. در زبان‌های دیگر مانند سی‌شارپ و جاوا به صورت دیگری ویژگی مشابه را پیاده‌سازی می‌نماید هر کلاس می‌تواند از چندین واسط اشتقاق یابد اما فقط یک کلاس پایه برای اشتقاق وجود دارد (واسط‌ها برخلاف کلاس پایه فقط تعریف هستند و هیچ‌گونه پیاده‌سازی را شامل نمی‌گردند).

چندریختی

امکان استفاده از یک واسط برای چندین پیاده‌سازی فراهم می‌نماید و اشیاء در شرایط مختلف رفتار مختلفی از خود نشان می‌دهند.

سی++ دو نوع چندریختی در اختیار برنامه‌نویس قرار می‌دهد: چندریختی زمان کامپایل و چندریختی زمان اجرا. چندریختی زمان کامپایل امکان تصمیم‌گیری‌های زمان اجرا را فراهم نمی‌سازد و چندریختی زمان اجرا اغلب موجب پایین آمدن بازدهی می‌گردد.

چندریختی ایستا

چندریختی ایستا شامل گرانبارسازی تابع، گرانبارسازی عملگر، آرگومان پیش‌فرض، و قالب کلاس‌ها و تابع است.

چندریختی پویا

چندریختی پویا شامل وراثت و توابع مجازی عضو است.

گرانبارسازی تابع

گرانبارسازی تابع امکان تعریف چندین تابع با نام یکسان اما با تعداد آرگومان‌های متفاوت را فراهم می‌سازد. این توابع از طریق تعداد پارامترها یا نوع رسمی آنها شناسایی می‌گردند. در نتیجه یک تابع ممکن است با توجه به موقعیت استفاده معنای مختلفی داشته باشد. نوع داده برگشتی برای تشخیص توابع از یکدیگر مورد استفاده قرار نمی‌گیرد.

گرانبارسازی عملگر

بطور مشابه گرانبارسازی عملگر امکان استفاده از یک عملگر مشخص می‌شود که عملکرد متفاوتی با توجه به عملوندهای خود دارد. این عملگرهای گرانبار شده موجب فراخوانی تابع مشخصی متناسب با آن موقعیت می‌گردند. گرانبارسازی عملگر ترتیب اجرا یا تعداد عملوندهای یک عملگر را تغییر نمی‌دهد. عملگرهای . :: .* ? نمی‌توانند گرانبار شوند.

آرگومان پیش‌فرض

آرگومان پیش‌فرض در شرایطی به کار می‌رود که تعیین یک مقدار مشخص برای یک آرگومان نیاز به تعریف یک تابع جدید را برطرف می‌سازد. هنگام استفاده از این مشخصه باید دقت شود که تابع‌های گرانبار شده و تابع‌های دارای آرگومان پیش‌فرض با یکدیگر تداخل نداشته باشند به عنوان مثال:

// function with default argument but also an overloaded function int strcpy(char *str1, char *str2, short unsigned n=65535); // second overloaded function int strcpy(char *str1, char *str2); 

کد بالا در صورت استفاده از یک آرگومان n برای strcpy درست کامپایل می‌گردد اما اگر آرگومانی تعیین نگردد درست عمل نخواهد کرد. چرا که کامپایلر نخواهد دانست که باید از مقدار پیش‌فرض استفاده نماید یا از تابع بدون آرگومان.

ساختار برنامه‌ها

ساختار برنامه‌ها در این زبان بدین صورت است که همانند زبان سی، هر برنامه بایستی یک تابع اصلی (main) به عنوان بدنه برنامه داشته باشد. هر برنامه معمولاً از تعداد زیادی فایل تشکیل می‌شود که به هم الحاق می‌گردند (با دستور include) و به این فایل‌های الحاقی، سرآیند (Header) گفته می‌شود. فایل‌های الحاقی حاوی کدها یا نسخه‌های اجرایی کلاس‌ها (مجموعه متغیرها و توابع) می‌باشند که در بدنه اصلی برنامه از آنها استفاده می‌شود. معمولاً هر کلاس (که تعریف یک نوع داده‌ای با متدهای مربوط به آن است) را در یک سرآیند می‌نویسند. هر سرآیند که معمولاً تنها تعاریف (معرفی) کلاس را در خود دارد به همراه فایل‌های پیاده‌سازی به زبان ++C یا پیاده‌سازی‌های کامپایل شده (به صورت فایل اشیاء مانند dll یا so یا …) می‌تواند به کار برده شود. به مجموعه‌های یکپارچه‌ای از کلاس‌های پیاده‌سازی شده (به صورت فایل‌های سرآیند با پیاده‌سازی‌های کد یا اشیای زبان ماشین) که برای برنامه‌نویسی به کار می‌روند، یک کتابخانه ++C گفته می‌شود و قدرت اصلی این زبان در امکان به کارگیری کتابخانه‌های آماده می‌باشد. کتابخانه‌های بزرگ ++C مانند STL, MFC, QT و … مجموعه قدرتمندی برای تولید برنامه در این زبان ایجاد کرده‌اند.

نمونه برنامه سی پلاس پلاس

الگوریتمی بنویسید که ارتفاع و قاعده مثلثی را از ورودی گرفته و مساحت آن را محاسبه و در خروجی چاپ کند

# include  using namespace std; int main() {      float masahat, ghaede, ertefa;      cout << "ertefae mosallas ra vared konid: ";      cin >> ertefa;      cout << "ghaedeye mosallas ra vared konid: ";      cin >> ghaede;      masahat=ertefa*ghaede/2;      cout << "masahate mosallas: " << masahat << endl; } 

تست کد C++

برای تست برنامه‌های نوشته شده با زبان C++ روش‌های مختلفی وجود دارد، برخی از ویرایشگرهای مانند visual studio ابزاری برای این منظور دارند ولی برای تست دقیق تر بهتر است از ابزارهای با دقت بالا استفاده کرد، بهینه‌سازی کد و بالا بردن کارایی از مزیت‌های تست کد است. C/C++Test راهکاری یکپارچه برای خودکارسازی محدوده وسیعی از شیوه‌های تضمین کیفیت برنامه‌های تولید شده با زبانهای C و ++C می‌باشد. C/C++Test قابلیت تولید تست واحد (unit test) و تحلیل سورس-کد (static analysis) تحت زبان ++C را داراست. این ابزار امکان خودکارسازی تست‌های برنامه‌نویسی را همراه با اندازه‌گیری میزان پوشش کد (code coverage) فراهم می‌سازد. همچنین کیفیت سورس-کد را از ابعاد مختلف کارکردی، کارایی، امنیت و نگهداشت تحلیل می‌کند. امکان یکپارچه سازی با ابزار SAOTest جهت انجام تست کارکردی و ابزار LoadTest جهت انجام تست کارایی در سطح ماجولهای برنامه‌نویسی را نیز داراست.