سی پلاس‌پلاس

تاریخچهٔ زبان

استراس‌تروپ کار بر روی زبان «C دارای 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 اما بی‌سی‌پی‌ال 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، ADA, CLU, ML 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 نسخه زبان 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 توابع، 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.

نام ++C

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. در علوم 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 به صورت خودمانی در بین آن‌ها به کار می‌رفته‌است و تصور نمی‌کردند که این نام به صورت نام رسمی این زبان درآید.

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 داده bool، 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 به صورت 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 <iostream>using namespace std;// provides std::coutint main(){
    cout <<"Hello, world!\n"; // prints "Hello world!"}

عملگرها

به بخش عملگرهای سی و سی++ مراجعه نمایید

پیش پردازنده

++C به‌طور 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 دستورها 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 دستورها 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 <iostream>
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.
دستورها 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.
به‌طور 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 به وجود 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 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 یا مشتق شده می‌توانند به اعضای عمومی یا حفاظت شده کلاس پایه دسترسی داشته باشند. تنها وراثت عمومی به معنای وراثت به کار رفته به صورت 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 به صورت 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 به وجود نیاید.
وراثت چندگانه یکی از ویژگی‌های مورد بحث در سی++ است. وراثت چندگانه امکان اشتقاق از چند کلاس پایه را فراهم می‌نماید که موجب به وجود 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

به‌طور 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 functionint strcpy(char *str1, char *str2, short unsigned n=65535);// second overloaded functionint 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 به‌کارگیری 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

برنامه ای بنویسید که ارتفاع و قاعده مثلثی را از ورودی گرفته و مساحت آن را محاسبه و در خروجی چاپ کند
# include <iostream># include <conio.h>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;
     return 0;}

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.