برنامه نویسی سی پلاس پلاس C++ چیست؟ چه کاربردی دارد؟

زبان برنامه‌نویسی ++C یکی از پرکاربردترین و تأثیرگذارترین زبان‌های برنامه‌نویسی در دنیای فناوری اطلاعات و مهندسی کامپیوتر است. این زبان در اوایل دهه ۱۹۸۰ توسط بجرن استراستروپ در آزمایشگاه‌های Bell با هدف گسترش قابلیت‌های زبان ++C ایجاد شد. در ابتدا تحت عنوان "C با کلاس‌ا" شناخته می‌شد و با گذشت زمان به یکی از زبان‌های قدرتمند و چندمنظوره تبدیل شد که هم در سطوح پایین و هم در سطوح بالای برنامه‌نویسی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

++C یک زبان چند سبکی (multi-paradigm) است که از ترکیب سبک‌های مختلف برنامه‌نویسی از جمله رویه‌ای (Procedural)، شی‌گرا (Object-Oriented)، تابعی (Functional) و جنریک (Generic) پشتیبانی می‌کند. این زبان به دلیل قابلیت‌های پیشرفته در مدیریت حافظه، عملکرد بالا، نزدیکی به سخت‌افزار و نیز پشتیبانی از مفاهیم شی‌گرایی، به یکی از اصلی‌ترین زبان‌ها در توسعه نرم‌افزارهای سیستمی، سیستم‌عامل‌ها، بازی‌های رایانه‌ای، موتورهای گرافیکی، نرم‌افزارهای تعبیه‌شده و حتی الگوریتم‌های پیچیده علمی تبدیل شده است.

در حوزه آموزش دانشگاهی، زبان ++C نقش مهمی در تقویت پایه‌های مفهومی دانشجویان مهندسی کامپیوتر دارد؛ زیرا مفاهیمی نظیر ساختمان داده‌ها، الگوریتم‌ها، مدیریت حافظه، و طراحی شی‌گرا را به‌صورت عمیق و کاربردی به دانشجویان آموزش می‌دهد. همچنین این زبان به‌عنوان زبان اصلی در بسیاری از مسابقات بین‌المللی برنامه‌نویسی مانند ACM ICPC مورد استفاده قرار می‌گیرد.

با توجه به گستردگی کاربردها، قدرت بالا و جامعه‌ی گسترده توسعه‌دهندگان، یادگیری و تسلط بر زبان ++C برای هر برنامه‌نویس و مهندس کامپیوتر یک ضرورت محسوب می‌شود. در این مقاله، به بررسی ساختار، قابلیت‌ها، کاربردها و مزایا و معایب زبان ++C پرداخته می‌شود تا نقش کلیدی آن در دنیای مهندسی نرم‌افزار به‌درستی تبیین گردد.

خلاصه این مطلب را در این پادکست گوش دهید :

ویدئو معرفی برنامه نویسی سی پلاس پلاس C++ چیست؟ چه کاربردی دارد؟

ویژگی‌های زبان برنامه‌نویسی ++C

زبان ++C از جمله زبان‌هایی است که مجموعه‌ای گسترده از قابلیت‌ها و ویژگی‌ها را در اختیار برنامه‌نویس قرار می‌دهد. این ویژگی‌ها، باعث شده‌اند که این زبان در رده زبان‌های سطح بالا و در عین حال نزدیک به سخت‌افزار قرار گیرد. مهم‌ترین ویژگی‌های زبان ++C عبارت‌اند از:

1. چند سبکی Multi-paradigm
   ++C از سبک‌های مختلف برنامه‌نویسی پشتیبانی می‌کند؛ از جمله رویه‌ای، شی‌گرا، تابعی و جنریک. این انعطاف‌پذیری بالا موجب شده است تا برنامه‌نویسان بتوانند بر اساس نوع پروژه، سبک مناسب را انتخاب کنند.
2. شی‌گرایی:
   با استفاده از مفاهیمی مانند کلاس، شی، وراثت، کپسوله‌سازی و چندریختی، امکان مدل‌سازی سیستم‌های پیچیده به‌صورت ساخت‌یافته و قابل نگهداری فراهم شده است.
3. کنترل کامل روی منابع سیستم:
   زبان ++C اجازه می‌دهد تا برنامه‌نویس به حافظه، پردازنده و سایر منابع سیستم دسترسی مستقیم داشته باشد. استفاده از اشاره‌گرها (Pointers) و تخصیص حافظه پویا از ویژگی‌های مهم این زبان محسوب می‌شود.
4. کارایی و سرعت بالا:
   نزدیکی ++C به زبان سطح پایین C و همچنین قابلیت بهینه‌سازی بالا، آن را به یکی از سریع‌ترین زبان‌های برنامه‌نویسی تبدیل کرده است.
5. کتابخانه استاندارد قدرتمند (STL):
   ++Cدارای یک کتابخانه استاندارد پیشرفته به نام STL (Standard Template Library) است که شامل الگوریتم‌ها، ساختارهای داده، توابع ریاضی و انواع داده‌ای پیش‌ساخته می‌باشد.
6. پورتابل‌ بودن:
   کدهای ++C می‌توانند با تغییرات اندک در سیستم‌عامل‌ها و سخت‌افزارهای مختلف اجرا شوند، که این امر موجب گسترش دامنه‌ی کاربرد آن شده است.

کاربردهای زبان ++C در مهندسی و صنعت

زبان ++C در زمینه‌های مختلف علمی، صنعتی و تحقیقاتی کاربردهای فراوانی دارد. برخی از مهم‌ترین حوزه‌های کاربردی آن عبارت‌اند از:

1. برنامه‌نویسی سیستم‌ها و سیستم‌عامل‌ها:
   بسیاری از بخش‌های اصلی سیستم‌عامل‌هایی مانند ویندوز، لینوکس و مک با استفاده از C و ++C توسعه یافته‌اند.
2. برنامه‌نویسی تعبیه‌شده (Embedded Systems):
   در طراحی نرم‌افزار برای سخت‌افزارهایی مانند میکروکنترلرها، بردهای الکترونیکی مانند Arduino) و Raspberry و (Piدستگاه‌های هوشمند، ++C یکی از زبان‌های اصلی مورد استفاده است.
3. طراحی بازی و گرافیک رایانه‌ای:
   موتورهای بازی‌سازی مانند Unreal Engine از ++C استفاده می‌کنند. این زبان به دلیل سرعت بالا و قابلیت کنترل دقیق، در رندرینگ سه‌بعدی و بازی‌های سطح بالا نقش مهمی دارد.
4. الگوریتم‌ها و شبیه‌سازی‌های مهندسی:
   در پروژه‌های مهندسی مانند تحلیل عددی، دینامیک سیالات محاسباتی، پردازش تصویر و شبیه‌سازی سیستم‌ها، ++C ابزار مناسبی برای پیاده‌سازی الگوریتم‌های پیچیده است.
5. هوش مصنوعی و یادگیری ماشین:
   بسیاری از کتابخانه‌ها و چارچوب‌های یادگیری ماشین مانند TensorFlow دارای APIهایی در ++C هستند که در لایه‌های پایین مورد استفاده قرار می‌گیرند.
6. برنامه‌نویسی رقابتی (Competitive Programming):
   به دلیل سرعت اجرا و پشتیبانی از ساختارهای داده‌ی پیشرفته، ++C به عنوان زبان اصلی بسیاری از مسابقات بین‌المللی مانند ACM ICPC، Codeforces و LeetCode شناخته می‌شود.

مزایا و معایب زبان ++C

  مزایا

1. سرعت بسیار بالا:
   مناسب برای نرم‌افزارهای حساس به زمان و منابع مانند سیستم‌عامل‌ها، بازی‌ها و سیستم‌های تعبیه‌شده.
2. کنترل کامل روی منابع سیستم:
   امکان استفاده دقیق از حافظه، پردازنده و ورودی/خروجی با سطح دسترسی بالا.
3. پشتیبانی از برنامه‌نویسی شی‌گرا:
   طراحی سیستم‌های پیچیده با استفاده از کلاس‌ها و اشیاء آسان‌تر و ساخت‌یافته‌تر می‌شود.
4. کتابخانه STL:
   فراهم آوردن مجموعه‌ای غنی از الگوریتم‌ها و ساختارهای داده که توسعه را سریع‌تر و دقیق‌تر می‌کند.
5. قابلیت توسعه و نگهداری:
   برنامه‌هایی که با اصول شی‌گرایی نوشته شده باشند، قابلیت گسترش و نگهداری بالایی دارند.

  معایب

1. پیچیدگی یادگیری:
   در مقایسه با زبان‌های سطح بالاتر مانند Python، یادگیری ++C برای مبتدیان دشوارتر است.
2. مدیریت دستی حافظه:
   نیاز به استفاده از دستوراتی مانندnew‌ و deleteکه در صورت عدم مدیریت صحیح، منجر به خطاهایی مانند memory leak  می‌شوند.
3. خطاهای پنهان:
   دسترسی مستقیم به حافظه و استفاده از اشاره‌گرها می‌تواند باعث بروز خطاهای خطرناک و سخت‌عیب‌یابی شود.
4. زمان توسعه بیشتر:
   در مقایسه با زبان‌های تفسیری، نوشتن و دیباگ‌کردن برنامه‌ها در ++C ممکن است زمان‌برتر باشد.

مقایسه زبان ++C با زبان‌های برنامه‌نویسی Python ،Rust ،Java 

زبان ++C در کنار زبان‌هایی مانندPython، Rust , Java  در فهرست محبوب‌ترین زبان‌های برنامه‌نویسی دنیا قرار دارد. هر یک از این زبان‌ها ویژگی‌های منحصر به فرد خود را دارند، اما مقایسه آن‌ها از جنبه‌های مختلف می‌تواند دید بهتری برای انتخاب زبان مناسب بر اساس کاربرد ایجاد کند. شما میتوانید مقاله جاوا در مهندسی کامپیوتر را هم مطالعه کنید.

معرفی ابزارها و محیط‌های توسعه ++C

زبان ++C در محیط‌های مختلف توسعه داده می‌شود و ابزارهای متنوعی برای نوشتن، کامپایل، اشکال‌زدایی و تست آن وجود دارد. در ادامه، چند ابزار مهم معرفی می‌شوند:

Visual Studio (ویژوال استودیو)

• محصول شرکت Microsoft
• رابط کاربری گرافیکی پیشرفته، قابلیت کدنویسی، اشکال‌زدایی و طراحی GUI
• بسیار مناسب برای پروژه‌های ویندوزی
• پشتیبانی عالی از C++17،C++20و CMake

Code:Blocks

• محیط توسعه رایگان و سبک
• قابل اجرا در ویندوز، لینوکس و مک
• مناسب برای مبتدیان و پروژه‌های آموزشی

CLion

• IDE حرفه‌ای شرکت JetBrains
• دارای قابلیت تکمیل خودکار پیشرفته، اشکال‌زدایی گرافیکی، تحلیل کد و پشتیبانی از CMake 
• مناسب برای توسعه پروژه‌های بزرگ ++C در محیط کراس‌پلتفرم

g++ (GNU Compiler Collection)

• کامپایلر قدرتمند خط فرمان در لینوکس و یونیکس
• مناسب برای توسعه برنامه‌های سیستمی و پروژه‌های متنی
• همراه با ابزارهایی مانند make, gdb, valgrind

CMake 

• ابزار مدیریت پروژه و ساخت (Build System)
• ایجاد فایل‌های Makefile یا پروژه برای IDE های مختلف
• مخصوصاً در پروژه‌های چندفایلی یا کراس‌پلتفرم کاربرد دارد.

آیا آینده‌ زبان ++C تضمین‌شده است؟

با وجود ظهور زبان‌های برنامه‌نویسی مدرن‌تر و سطح بالاتر، زبان ++C همچنان جایگاه قدرتمند خود را در صنعت نرم‌افزار حفظ کرده است. آینده‌ی این زبان را می‌توان در سه محور بررسی کرد: پشتیبانی جامعه، حضور در پروژه‌های بحرانی و توسعه مستمر استانداردها.

اولاً، زبان ++C دارای یکی از بزرگ‌ترین جوامع برنامه‌نویسان در جهان است و در پروژه‌های متن‌باز و صنعتی متعددی حضور پررنگ دارد. ثانیاً، بسیاری از زیرساخت‌های حیاتی دنیای دیجیتال — از سیستم‌عامل‌ها گرفته تا موتورهای بازی، بانک‌های اطلاعاتی، مرورگرها و سامانه‌های مالی — با ++C توسعه یافته‌اند یا به آن وابسته‌اند. بازنویسی این زیرساخت‌ها با زبانی دیگر، از نظر فنی و اقتصادی بسیار پرهزینه است.

ثالثاً، استانداردهای زبان ++C به طور مداوم به‌روزرسانی می‌شوند (مانند نسخه‌های C++11، C++17،C++20  و C++23) تا نیازهای توسعه مدرن را پاسخ دهند. این نشان‌دهنده‌ی آن است که زبان نه‌تنها زنده است، بلکه به‌طور فعال در حال پیشرفت است.

در نتیجه، می‌توان گفت که آینده‌ی زبان ++C در حوزه‌هایی که نیاز به کارایی بالا، کنترل منابع، و توسعه نرم‌افزارهای نزدیک به سخت‌افزار دارند، همچنان تضمین‌شده است.

چرا با وجود سختی یادگیری، زبان ++C هنوز در صنعت مهم است؟

یادگیری زبان ++C برای بسیاری از دانشجویان و برنامه‌نویسان تازه‌کار چالش‌برانگیز است؛ به دلیل وجود مفاهیمی مانند اشاره‌گرها، مدیریت دستی حافظه، پیچیدگی سینتکس و خطاهای زمان اجرا. اما این سختی‌ها بی‌دلیل نیستند و دلایل مهمی برای محبوبیت و اهمیت ++C در صنعت وجود دارد:

1. کارایی و سرعت بی‌نظیر
   برنامه‌هایی که با ++C نوشته می‌شوند، در اغلب موارد بهینه‌تر و سریع‌تر از معادل‌هایشان در زبان‌های سطح بالا اجرا می‌شوند. این ویژگی برای سامانه‌های تعبیه‌شده، بازی‌های گرافیکی سنگین، و پردازش‌های بلادرنگ (Real-time) بسیار حیاتی است.
2. کنترل دقیق روی منابع سخت‌افزاری
   ++C به توسعه‌دهنده این امکان را می‌دهد که با حافظه، CPU، حافظه کش و سایر منابع سیستم تعامل مستقیم داشته باشد؛ چیزی که در بسیاری از زبان‌های دیگر محدود یا پنهان است.
3. پایه‌ای برای زبان‌های دیگر
   دانش ++C به درک عمیق‌تری از زبان‌های دیگر مانند Java, Rust و حتی Python منجر می‌شود. بسیاری از مفاهیم پایه‌ای در این زبان ریشه دارند.
4. حضور در پروژه‌های زیرساختی و حیاتی
   بسیاری از پروژه‌های بزرگ و زیرساختی مانند کرنل لینوکس، موتور Unreal Engine، مرورگرهای کروم و فایرفاکس، بانک‌های اطلاعاتی مانند MySQL و PostgreSQL، با استفاده از ++C توسعه یافته‌اند.
5. انعطاف‌پذیری بالا برای طراحی‌های پیچیده
   با استفاده از الگوها  (templates)، وراثت چندگانه، بارگذاری عملگرها و دیگر قابلیت‌های پیشرفته، می‌توان معماری‌های پیچیده و قابل توسعه ایجاد کرد.

درآمد برنامه‌نویس C++ در کشورهای مختلف

درآمد برنامه‌نویسان C++ در سال ۲۰۲۴ بسته به کشور، سطح تجربه و تخصص حوزه‌ کاری، متغیر است، اما می‌توان با استناد به داده‌های معتبر، حدودی ارزشمند ارائه داد:

زبان ++C با وجود سختی‌های یادگیری، همچنان در کاربردهایی که به سرعت و کنترل دقیق حافظه نیاز دارند، بی‌رقیب است. زبان‌هایی مانند Python بیشتر برای تولید سریع نرم‌افزار با اولویت توسعه سریع مناسب‌اند، در حالی که Rust تلاش می‌کند جایگزین مدرن و ایمن‌تری برای ++C باشد. شما می‌توانید با شرکت در دوره‌های گروه آموزشی پارس پژوهان به یادگیری نرم‌افزارهای مهندسی و برنامه‌نویسی بپردازید. ما در کنار شما هستیم تا در این زمینه پیشرو و موفق باشید.

از جمله دوره‌هایی که به شما کمک می‌کند تا در حیطه برنامه‌نویسی حاذق شوید:

• دوره آموزش سی پلاس پلاس (++C) پیشرفته

• دوره آموزش برنامه نویسی جاوا (JAVA)

• دوره آموزش پایتون (PYTHON) مقدماتی

• دوره آموزش پایتون (PYTHON) پیشرفته 

جمع‌بندی

در مجموع، زبان برنامه‌نویسی ++C را می‌توان یکی از بنیادی‌ترین و پرکاربردترین زبان‌های برنامه‌نویسی در تاریخ علوم کامپیوتر دانست؛ زبانی که با بهره‌گیری از قدرت زبان C و افزودن قابلیت‌های سطح بالا مانند شی‌گرایی، برنامه‌نویسی جنریک و مدیریت دقیق منابع، توانسته است جایگاه ویژه‌ای در میان زبان‌های برنامه‌نویسی سطح میانی و پایین حفظ کند. با وجود ظهور زبان‌های جدیدتر و ساده‌تر مانند Python،Java یا  Rust، زبان ++C همچنان در حوزه‌هایی مانند توسعه نرم‌افزارهای سیستمی، موتورهای گرافیکی، سامانه‌های نهفته (Embedded Systems) و برنامه‌های بلادرنگ (Real-Time) نقشی کلیدی ایفا می‌کند. این زبان به دلیل سرعت اجرایی بسیار بالا، امکان کنترل دقیق بر حافظه و منابع سخت‌افزاری، و همچنین استقلال از پلتفرم‌های خاص، در پروژه‌های بزرگ، حساس و صنعتی انتخاب اول بسیاری از مهندسان نرم‌افزار است. اگرچه دشواری یادگیری و پیچیدگی سینتکس از جمله نقاط ضعف آن به شمار می‌رود، اما تسلط بر آن به‌منزله‌ی تسلط بر مفاهیم بنیادی مهندسی نرم‌افزار نیز هست. در نهایت، آینده‌ی ++C با توجه به بروزرسانی مداوم استانداردهای آن، حضور گسترده در ساختارهای زیرساختی فناوری و استمرار تقاضا در بازار کار، همچنان باثبات و روشن پیش‌بینی می‌شود؛ از این‌رو یادگیری و استفاده‌ی حرفه‌ای از این زبان برای دانشجویان مهندسی کامپیوتر و توسعه‌دهندگان نرم‌افزار، سرمایه‌گذاری‌ای ارزشمند و راهبردی محسوب می‌گردد.