Was ist C++?

Einleitung

C++ ist eine leistungsstarke, vielseitige Programmiersprache, die weit verbreitet in der System-/Softwareentwicklung, Spieleentwicklung, Treiberentwicklung, Client-Server-Anwendungen und eingebetteter Firmware eingesetzt wird. Sie wurde mit einem Schwerpunkt auf Systemprogrammierung und eingebettete, ressourcenbeschränkte Software sowie große Systeme entwickelt, wobei Leistung, Effizienz und Flexibilität im Vordergrund stehen. Hier ist ein umfassender Blick auf C++.

Geschichte und Entwicklung

C++ wurde ab 1979 von Bjarne Stroustrup bei Bell Labs entwickelt. Ursprünglich “C with Classes” genannt, wurde es 1983 in C++ umbenannt, was die evolutionäre Natur der Änderungen von C andeutet (der ++ Operator in C erhöht eine Variable, was suggeriert, dass C++ eine erweiterte Version von C ist). Die Sprache wurde 1998 von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) standardisiert, wobei der Standard als ISO/IEC 14882:1998 bekannt ist. Seitdem wurden mehrere Updates veröffentlicht, darunter wichtige Versionen wie C++03, C++11, C++14, C++17, C++20 und das kürzlich erschienene C++23.

Sprachmerkmale

1. Objektorientierte Programmierung (OOP)

C++ unterstützt die objektorientierte Programmierung, die es Entwicklern ermöglicht, Programme in kleinere, wiederverwendbare und erweiterbare Komponenten zu zerlegen. Die vier Grundprinzipien der OOP in C++ sind:

• Kapselung: Bündelung von Daten und Methoden, die auf diese Daten zugreifen, in einer Klasse. Dies schützt die Daten und stellt sicher, dass sie nur durch definierte Schnittstellen manipuliert werden können.
• Vererbung: Ermöglicht es neuen Klassen, Eigenschaften und Methoden bestehender Klassen zu erben, wodurch Wiederverwendung und Erweiterbarkeit gefördert werden.
• Polymorphismus: Ermöglicht es, dass eine Methode unterschiedliche Implementierungen haben kann, basierend auf dem Objekt, das sie aufruft. Dies wird oft durch virtuelle Funktionen und Schnittstellen erreicht.
• Abstraktion: Reduziert die Komplexität, indem nur die notwendigen Details eines Objekts offen gelegt werden und unnötige Implementierungsdetails verborgen bleiben.

2. Generische Programmierung

C++ unterstützt generische Programmierung durch Templates. Templates ermöglichen es, Funktionen und Klassen zu schreiben, die mit beliebigen Datentypen arbeiten können. Dies erhöht die Wiederverwendbarkeit des Codes und reduziert Redundanzen. Es gibt zwei Haupttypen von Templates in C++:

• Funktionstemplates: Ermöglichen es, Funktionen zu schreiben, die mit verschiedenen Datentypen arbeiten können, ohne mehrere Überladungen der gleichen Funktion schreiben zu müssen.
• Klassentemplates: Ermöglichen es, Klassen zu schreiben, die mit verschiedenen Datentypen arbeiten können.

3. Standard Template Library (STL)

Die Standard Template Library ist eine Sammlung von Klassen und Funktionen, die Algorithmen, Datenstrukturen und Iteratoren bereitstellt. Die wichtigsten Komponenten der STL sind:

• Container: Datenstrukturen wie Vektoren, Listen, Deques, Sets, Maps, die verschiedene Methoden zur Verwaltung von Daten bieten.
• Algorithmen: Funktionen zur Durchführung von Operationen wie Suche, Sortierung und Manipulation von Daten.
• Iteratoren: Objekte, die eine Möglichkeit bieten, durch die Elemente eines Containers zu iterieren, ähnlich wie Zeiger.

Speicherverwaltung

C++ bietet eine feine Kontrolle über die Speicherverwaltung. Im Gegensatz zu Sprachen mit automatischer Speicherverwaltung (wie Java oder Python) müssen Entwickler in C++ den Speicher manuell verwalten, was sowohl Flexibilität als auch Verantwortung mit sich bringt. Die Hauptmethoden zur Speicherverwaltung in C++ sind:

• Statischer Speicher: Speicher, der zur Compile-Zeit alloziert wird. Dies umfasst globale und lokale statische Variablen.
• Automatischer Speicher: Speicher, der automatisch verwaltet wird, wenn Funktionen aufgerufen werden und zurückkehren. Dies umfasst lokale Variablen innerhalb von Funktionen.
• Dynamischer Speicher: Speicher, der zur Laufzeit mit den Operatoren new und delete (oder malloc und free in C-ähnlichem Stil) alloziert und freigegeben wird.

Leistung und Effizienz

C++ ist bekannt für seine hohe Leistung und Effizienz. Da es nahe an der Hardware arbeitet, ermöglicht es eine feine Steuerung über Systemressourcen, was es ideal für Leistungskritische Anwendungen macht. Optimierungen wie Inline-Funktionen, direkte Speicherzugriffe und geringe Laufzeitüberhead tragen zur Effizienz bei.

Syntax und Semantik

Die Syntax von C++ ist stark von C beeinflusst, behält jedoch eine komplexere Struktur bei, um die zusätzlichen Features der Sprache zu unterstützen. Hier sind einige grundlegende Syntaxelemente von C++:

• Variablendeklaration und Initialisierung:
  cpp