زبان برنامه نویسی سی پلاس پلاس (C++) چیست و چه کاربردهایی دارد؟ – راهنمای کامل
++C یکی از قدرتمندترین و منعطفترین زبانهای برنامهنویسی امروزی است که از آن در توسعه برخی از نوآورانهترین و پیچیدهترین سیستمهای نرمافزاری جهان استفاده میشود. به عنوان مثال بسیاری از سیستم عاملها، بازیهای ویدیویی، پلتفرمهای ترید و شبیهسازهای علمی به این زبان نوشته شدهاند. هرکسی هم که بخواهد کدهایی بهینه، قابل اتکا و پرفورمنس بالا بنویسد، باید به آموزش برنامه نویسی C++ اولویت بیشتری نسبت به بسیاری از زبانهای دیگر بدهد. در ادامه این مقاله میگوییم زبان C++ چیست، چه کاربردی دارد و چه مزایایی در اختیار برنامهنویسان و تیمهای توسعه میگذارد. پس تا انتهای این مطلب با کوئرا بلاگ همراه باشید.
زبان C++ چیست و چه تاریخچهای دارد؟
C++ زبانی چند منظوره و سطح میانی است که از برنامهنویسی شیگرا، رویهای و همگانی پشتیبانی میکند. C++ یکی از پرتقاضاترین زبانهای برنامهنویسی امروزی است که تاریخچه آن به بیش از ۴۰ سال پیش بازمیگردد و با گذشت چندین دهه، همچنان محبوبیت خود را حفظ کرده است. در واقع آمارها نشان میدهند که شمار زیادی از برنامهنویسان تازهکار، C++ را به عنوان نخستین زبان برای یادگیری انتخاب میکنند.
اگرچه بخش اعظمی از محبوبیت C++ به خاطر قدرت و کارایی (Performance) خالص آن است، اما در عین حال شاهد گستره وسیعی از قابلیتها برای برنامهنویسی شیگرا نیز هستیم که باعث میشوند این زبان گزینهای ایدهآل برای پروژههای بزرگ توسعه نرمافزار باشد. از C++ میشود برای نوشتن کدهای چندبار مصرف و ماژولار نیز کمک گرفت و همین باعث میشود بهبود کد در گذر زمان آسان شود.
با این تفاسیر، چه توسعهدهندهای کهنهکار باشید و چه برنامهنویسی که تازه کارش را شروع کرده، زبان C++ به طور یقین ارزش یادگیری دارد و میتوانید منتظر بیشمار فرصت بزرگ و کوچک برای استخدام برنامهنویس سی پلاس پلاس در شرکتهای گوناگون باشید. اما سی پلاس پلاس چه مسیری را طی کرد تا به این نقطه رسید؟ بیایید مروری کوتاه بر تاریخچه آن داشته باشیم:
- زبان C++ در سال ۱۹۸۳ میلادی توسط «بییارنه استراستروپ» طراحی شد. این زبان افزونهای برای زبان C به حساب میآید و نامگذاری «C++» هم در واقع به افزایش شمار عملگرها نسبت به زبان C اشاره دارد.
- C++ بهگونهای طراحی شد که علاوه بر سازگاری کامل با زبان C، انعطافپذیری و قدرت بیشتری در اختیار برنامهنویسان میگذارد.
- در گذر زمان شاهد اضافه شدن قابلیتهایی مانند کلاسها، شیها، وراثت و توابع مجازی نیز به C++ بودیم.
- سی پلاس پلاس تا امروز بهروزرسانیهای متعددی را پشت سر گذاشته و در حال حاضر که این مقاله نوشته میشود، آخرین استاندارد «20++C» نام دارد که در سال ۲۰۲۰ از راه رسید. ناگفته نماند که استانداردهای جدید سی پلاس پلاس هر ۳ سال یکبار از راه میرسند.
کاربرد C++ چیست ؟
از سی پلاس پلاس میشود در گستره وسیعی از صنایع و حوزهها کمک گرفت. در ادامه مقاله به سراغ برخی از برجستهترین کاربردهای این زبان برنامهنویسی در دنیای امروزی میرویم.
سیستم عامل
C++ نقشی مهم در طراحی شناختهشدهترین سیستم عاملهای امروزی – از macOS و ویندوز گرفته تا iOS – ایفا کرده است. به صورت کلی از نرمافزارهای سیستم عامل انتظار میرود که به شکلی سریع و بهینه از منابع سیستم استفاده کنند. قابلیتهای سطح پایین C++ (نزدیک به کد ماشین) به توسعهدهندگان اجازه میدهد ساختار کد خود را بهگونهای بچینند که حتی کوچکترین اجزای سیستم عامل نیز عملکردی سریع و بهینه (از نظر مصرف انرژی) داشته باشند.
بازیسازی
سی پلاس پلاس یکی از کاربردیترین زبانهای برنامهنویسی در صنعت بازیسازی به حساب میآید که از آن برای توسعه بازیهایی نظیر World of Warcraft ،Counter-Strike و StarCraft استفاده کردهاند. از طرف دیگر موتورهای بازیسازی مختلف مانند Unreal Engine و کنسولهایی مانند ایکس باکس، پلی استیشن و نینتندو سوییچ نیز از همین زبان کمک میگیرند.
بازیهای ویدیویی معمولا منابع سیستمی فراوانی مصرف میکنند، چه این منابع صرف پردازش عناصر گرافیکی شوند و چه اجرای روان بازیهای آنلاین. C++ میزان مصرف این منابع را بهینه میکند و به برنامهنویسان اجازه میدهد ساختار دادهای مشخص داشته باشند و مقادیر مشخصی از حافظه و توان پردازشی را به هر وظیفه اختصاص دهند.
دیتابیس
از سی پلاس پلاس در توسعه برخی از محبوبترین ابزارهای دیتابیس مانند MySQL و MongoDB نیز استفاده شده است. دیتابیسهای ساخته شده با این ابزارها نقش ستون فقرات برخی از شناختهشدهترین اپلیکیشنهای جهان مانند Google ،Netflix ،YouTube و برنامههای Adobe را ایفا میکنند. C++ گزینهای ایدهآل برای طراحی ساختار دیتابیسهایی است که نیاز به ذخیرهسازی بهینه اطلاعات دارند.
مرورگرهای وب
C++ نقشی مهم در توسعه مرورگرهایی نظیر Google Chrome ،Mozilla Firefox ،Safari و Opera ایفا کرده است. با این زبان میتوانید سرویسهای بکاندی بسازید که اطلاعات را از دیتابیسها دریافت میکنند و کدها را به شکل صفحات تعاملی وب درمیآورند. سی پلاس پلاس به مرورگر اجازه میدهد تمام وظایف خود را با بیشترین سرعت و کمترین تاخیر پیش ببرد تا کاربر تجربهای دلچسب به دست آورد و معطل بارگذاری اجزای مختلف صفحه نشود.
ابزارهای یادگیری ماشین
ابزارهای یادگیری ماشین مختلف – مانند TensorFlow – از C++ به عنوان زبان برنامهنویسی بکاند کمک میگیرند. اگرچه دانشمندان داده معمولا TensorFlow را همراه با زبان پایتون به کار میبندند، اما تمام محاسبات بنیادین یادگیری ماشین با کد C++ انجام میشوند. ناگفته نماند که سی پلاس پلاس کالکشنی غنی از کتابخانههای پیچیده و متنوعی دارد که مدلهای یادگیری ماشین را تعلیم میدهند.
اینترنت اشیا
از عبارت اینترنت اشیا (Internet of Things | IoT) برای توصیف دستگاههایی از قبیل لوازم خانگی، لوازم پزشکی، اتومبیلها، ساعتهای هوشمند و تلویزیونهایی استفاده میشود که به کمک اتصال اینترنت و سختافزارهای متکی بر C++، قابلیتهایی فراتر از لوازم سنتی در اختیار کاربران میگذارند. از آنجایی که سختافزار معمولا در داخل این دستگاهها تعبیه میشود، برنامهنویسان باید با محدودیتهای گوناگون از نظر توان پردازشی و مصرف انرژی سر و کله بزنند و C++ کمک بزرگی به آنها میکند.
اپلیکیشنهای واقعیت مجازی و واقعیت افزوده
از C++ در توسعه انبوهی از اپلیکیشنهای واقعیت مجازی (Virtual Reality | VR) و واقعیت افزوده (Augmented Reality | AR) هم استفاده شده است. در واقع اگر بخواهیم دقیقتر بگوییم، اکثر این اپلیکیشنها با موتور Unreal نوشته میشوند که خود کاملا متکی بر سی پلاس پلاس است. برنامههای AR و VR معمولا باید به مقادیری کلان از دادهها رسیدگی کنند و دائما به ورودی سنسورهای دوربین و همینطور تعاملات کاربر واکنش نشان دهند. اگر C++ وجود نداشت، ارائه تجربهای روان از کار با واقعیت مجازی و واقعیت افزوده به مراتب دشوارتر میشد.
پژوهش علمی
C++ یکی از مهمترین ابزارهای در دسترس محققان حوزههای گوناگون به حساب میآید، از اکتشافات فضایی گرفته تا فیزیک ذرات. به عنوان مثال محققان سازمان اروپایی پژوهشهای هستهای (CERN) از سی پلاس پلاس برای تحلیل دادههای مربوط به ذرات زیراتمی استفاده میکنند که میتوانند به سوالات ما راجع به نحوه شکلگیری جهان هستی پاسخ دهند.
سازمان فضایی ناسا هم با C++ سیستمهای ناوبری خودکاری ساخته که به خودروهای مریخنورد اجازه میدهند روی سطح ناهموار این سیاره حرکت کنند. این را هم باید اضافه کرد که بسیاری از اجزا و سیستمهای ایستگاه فضایی بینالمللی نیز با همین زبان ساخته شدهاند.
نرمافزارهای هوانوردی
شمار قابل توجهی از نرمافزارهایی که پروازهای تجاری و نظامی و همینطور جنگندههایی نظیر F-16 و F-35 را مدیریت میکنند با زبان C++ توسعه یافتهاند. سیستمهای ایمنی-حیاتی (Safety-Critical Systems) که استانداردهایی سختگیرانه را برای حصول اطمینان از عملکرد صحیح بالهها، موتورها و دیگر اجزای هواپیماها دنبال میکنند نیز معمولا با همین زبان طراحی میشوند.
موتور جستجوی گوگل
جستجوگر گوگل با اتکا به کدهای C++، نتایج جستجوی کاربران را با سرعتی خیرهکننده به نمایش درمیآورد. C++ ضمنا به ساخت الگوریتمهای یادگیری ماشینی کمک کرده که بهترین نتایج ممکن برای هر جستجو را پیدا میکنند. اشاره به این نیز ضروری است که زیرساخت سیستمهای کراولینگ (Crawling) و ایندکسینگ (Indexing) گوگل هم با سی پلاس پلاس بنا شده است.
مهمترین مزایای کار با زبان برنامه نویسی C++ چیست ؟
اگر با رسیدن به این بخش از مقاله، هنوز نسبت به یادگیری سی پلاس پلاس یا بهکارگیری آن در پروژه بعدی خود تردید دارید، برخی از برجستهترین مزایای این زبان را در ادامه بررسی میکنیم.
- کاربردهای گوناگون: از C++ در گستره وسیعی از صنایع استفاده میشود، از بازیسازی و طراحی سیستم عامل گرفته تا امور مالی و پردازش با پرفورمنس بالا.
- عملکرد و مصرف انرژی بهینه: C++ زبانی قدرتمند است که امکان برنامهنویسی سطح سیستم و پیادهسازی عملیاتهای سطح پایین را فراهم میآورد تا پرفورمنسی بالا و کدی بهینه داشته باشید.
- برنامهنویسی شیگرا: C++ از قابلیتهای برنامهنویسی شیگرا پشتیبانی میکند و بنابراین گزینهای ایدهآل برای پروژههای بزرگ است.
- تعاملپذیری بالا: C++ اساسا به شکلی طراحی شده که سازگاری بالایی با سایر زبانها مثل C دارد. در نتیجه ادغام کدهای سی پلاس پلاس با پروژههایی که از پیش در دست توسعه بودهاند آسان میشود.
- جامعه وسیع توسعهدهندگان: سی پلاس پلاس منجر به شکلگیری جامعه بزرگی از توسعهدهندگانی شده که به شکلی فعالانه دانش خود را با یکدیگر به اشتراک میگذارند.
- داشتن آیندهای روشن: از مهمترین ویژگیهای سی پلاس پلاس این است که در گذر زمان دائما خود را با تغییرات جهان توسعه نرمافزار تطبیق میدهد و علیرغم گذشت چندین دهه از ظهور این زبان، تقاضا برای برنامهنویسان C++ صرفا بیشتر و بیشتر میشود.
چه شرکتهایی از زبان C++ استفاده میکنند؟
همانطور که تا به اینجای مقاله متوجه شدیم، سی پلاس پلاس یکی از مهمترین زبانهای امروزی به حساب میآید و بسیاری از شرکتهای بزرگ از آن استفاده میکنند. برای اینکه ذهنیتی بهتر از ماجرا به دست بیاورید، برخی از این شرکتها را در پایین لیست کردهایم:
| شرکت | موارد استفاده از سی پلاس پلاس |
|---|---|
| مایکروسافت | سیستم عامل ویندوز، نرمافزارهای آفیس و Visual Studio |
| گوگل | جستجوگر گوگل، گوگل مپس، گوگل ارث و مرورگر کروم |
| ادوبی | برنامههای فتوشاپ و ایلاستریتور |
| آمازون | بازرگانی الکترونیک، خدمات آنلاین، زیرساختها و سیستمهای درونسازمانی |
| اوراکل | سیستمهای مدیریت دیتابیس، میانافزار و نرمافزارهای سازمانی |
| انویدیا | واحد پردازش گرافیک (کارت گرافیک) و نرمافزارهای مرتبط به آن |
| اینتل | ریزپردازنده، محصولات سختافزاری و ابزارهای توسعه نرمافزار |
| سیسکو | تجهیزات شبکه و محصولات مشابه |
| بوئینگ | سیستمهای هوانوردی و محصولات نرمافزاری مشابه |
| الکترونیک آرتز | بازیهای ویدیویی و محصولات سرگرمی-محور مشابه |
روشهای یادگیری زبان C++ چیست و کار با آن چگونه است؟
برای بهکارگیری زبان برنامهنویسی سی پلاس پلاس لازم است نحوه نوشتن و خواندن کدها را بیاموزید. اگر به دنبال تحصیل در سطح بالای رشتههایی مانند علوم کامپیوتر باشید، به احتمال فراوان برنامهنویسی با C++ و سایر زبانهای متداول را از همان ابتدا میآموزید.
از طرف دیگر، خودآموزی کدنویسی با سی پلاس پلاس اکنون آسانتر از همیشه شده است و میتوانید از انبوه دورههای آنلاین و ویدیوهای آموزشی موجود در سطح وب کمک بگیرید. البته که روند یادگیری حداقل در ابتدا کند خواهد بود، خصوصا اگر با مبانی کدنویسی آشنا نباشید. اما زمانی که به سی پلاس پلاس مسلط شوید، از انعطافپذیری بیاندازهای که در اختیارتان میگذارد شگفتزده میشوید.
پیش از این که شروع به یادگیری C++ و استفاده از آن کنید، به یک ویرایشگر متن برای نوشتن کد و کامپایلری برای ترجمه کد به زبان قابل فهم برای کامپیوتر نیاز دارید. این روزها ابزارهای کامپایل متعددی برای برنامهنویسان پیدا میشود و حتی میتوانید از اپلیکیشنی به سادگی اپلیکیشن Notes در کامپیوتر نیز برای شروع کدنویسی کمک بگیرید.
یک گزینه دیگر برای آغاز برنامهنویسی به زبان C++ این است که به سراغ یک محیط توسعه یکپارچه (Integrated Development Environment | IDE) بروید که هم امکان ویرایش و هم کامپایل کد را مهیا میکند. Visual Studio مایکروسافت یکی از محبوبترین گزینههاست و ضمنا گزینههای جایگزین باکیفیتی نیز روی لینوکس و دستگاههای اپل پیدا خواهید کرد.
- بیشتر بخوانید: IDE چیست؟ کدنویسی سریعتر با محیطهای توسعهی یکپارچه
به عنوان نکته پایانی باید گفت که C++ به دشواری یادگیری شهرت دارد، اما این موضوع بیشتر راجع به مراحل ابتدایی آموزش صدق میکند. به محض اینکه مبانی را بیاموزید، نوشتن توابع پیچیدهتر آسان میشود و ضمنا هزاران و بلکه میلیونها محتوای آموزشی پولی و رایگان نیز برای گسترش دانش خود پیدا خواهید کرد.
چند ایده پروژه C++ برای مبتدیها و حرفهایها
حالا که میدانیم زبان C++ چیست و چه ویژگیهای مهمی دارد، بعید نیست که به فکر یادگیری آن افتاده باشید. همینطور که فرایند یادگیری را پیش میبرید، میتوانید ایدههایی ساده مانند موارد زیر را پیاده کنید تا آموزهها نهادینه شوند:
- برنامهای که رمزهای عبور اتفاقی و درهمریخته تولید میکند
- برنامهای که واحدهای سلسیوس و فارنهایت را به یکدیگر تبدیل میکند
- شبیهسازی یک بازی ساده مثل سنگ-کاغذ-قیچی یا XO
- برنامهای برای پایش نمرات دانشآموزان و محاسبه میانگین نمرات
- شبیهسازی یک حساب بانکی ساده با گزینههایی برای واریز پول، برداشت پول و مشاهده باقیمانده حساب
گذشته از موارد بالا، اگر دانشی عمیقتر از مواد بنیادین دارید و میخواهید مهارتهای خود را بیازمایید، پیشنهاد میکنیم به سراغ پروژههایی پیچیدهتر مانند موارد زیر بروید:
- برنامهای برای انبارداری فروشگاهها که گزینههایی برای افزودن، حذف کردن و بهروزرسانی محصولات گوناگون و همینطور محاسبه ارزش کل دارد.
- پیادهسازی نسخهای ساده از یک بازی کارتی، همراه با قوانین پخش کارت و امکان تعیین برنده
- شبیهسازی یک دستگاه ATM ساده با گزینههایی برای واریز پول، برداشت پول، مشاهده باقیمانده حساب و انتقال پول میان حسابهای مختلف
- ساخت یک برنامه ویرایشگر متن ساده با گزینههایی برای باز کردن، ذخیرهسازی و ویرایش فایلها و همینطور گزینههای فرمتینگ ساده مثل Bold و Italic.
- شبیهسازی یک موتور جستجوی ساده با فهرستبندی مجموعهای از اسناد و ارائه نتایج براساس جستارهای کاربران.
جمعبندی و پاسخ به سوالات متداول
حالا که به خوبی میدانیم زبان برنامهنویسی C++ چیست و چه ویژگیهایی دارد، باید به این نکته پایانی اشاره کنیم که بهترین راه برای درک سی پلاس پلاس این است که آستین بالا بزنید و شروع به آزمون و خطا با کدهای مختلف کنید. چه در صنعت بازیسازی باشید، چه برای اپلیکیشنها رابط کاربری گرافیکی بسازید و چه بخواهید دیتابیسهای آنلاین را مدیریت کنید، پیشنهاد میکنیم روی یادگیری هرچه بیشتر C++ سرمایهگذاری کنید تا بیشمار فرصت شغلی جدید در اختیارتان قرار بگیرد.
به صورت میانگین، حدود ۲ تا ۳ ماه طول میکشد تا به صورت کامل بر مبانی برنامهنویسی به زبان C++ مسلط شوید و شروع به کدنویسی کنید. همانطور که در بخشهای قبلی مقاله هم اشاره کردیم، یادگیری C++ حداقل در ابتدای راه اندکی دشوار خواهد بود و مدتزمان یادگیری وابسته به میزان آشنایی شما با برنامهنویسی و سایر زبانها است.
#C و C++ را میتوان دو متغیر از یک زبان برنامهنویسی واحد توصیف کرد. بزرگترین تفاوت میان این دو آن است که C++ زبانی شیگرا به حساب میآید، اما سی شارپ زبانی بر پایه مولفه است.
++Microsoft Visual C برنامهای کامپیوتری است که کدها از یک زبان به زبانی دیگر ترجمه میکند و میتوانید از آن برای برنامهنویسی به زبانهای سی، سی شارپ و سی پلاس پلاس کمک بگیرید. اگرچه این ابزار در ابتدا به شکلی مستقل عرضه شد، اما اکنون یکی از اجزای برنامه Microsoft Visual Studio به حساب میآید.
+ منبع: CodeAcademy و Shiksha و Ko2
