Для чего хорош C++?
В этой статье поговорим о том, где применяется язык программирования C++, и для каких проектов он особенно хорош.
Существует мнение, что С++ — это как Си, только с ООП. Конечно, это не совсем верно. Несмотря на то, что C++ произошёл от Си, с того времени оба языка программирования заметно изменились и стали разными. При этом современный разработчик может как использовать ООП в Си, так и писать на C++ без ООП. По большему счету, объектно-ориентированное программирование — это, скорее, методология либо подход, а не конкретная функциональность. Но, несмотря на все вышесказанное, язык программирования C++ однозначно предоставляет больше возможностей для реализации ООП-принципов.
Что это означает: • есть возможность работать с памятью на низком уровне; • отсутствуют «виртуальные машины» либо фреймворки, которые занимаются, к примеру, выделением памяти либо сборкой мусора; • обеспечивается быстрое (а иногда и очень быстрое) исполнение кода, если сравнивать с более высокоуровневыми языками (Java, Python, C# и пр.); • предоставляется полный доступ к API операционной системы, причем без оберток, в которых можно реализовать не всё.
Но, как известно, чем больше сила, тем больше ответственность. Если сравнивать с языками более высокого уровня, то на языке С++ ошибиться проще. Причем ошибиться так, что вы сразу не поймете, да и компилятор не подскажет.
Таким образом, C++ хорош для проектов, где производительность кода особенно важна. Впрочем, это уже давно ни для кого не секрет, не правда ли?
Где используется С++?
В настоящее время язык программирования C++ используют почти во всех областях. Однако можно выделить как минимум 3 направления, где преимущества C++ раскрываются в большей мере.
Оптимизация
Если вы хотите, чтобы программа работала быстрее, перепишите код с высокоуровневого языка на C++. Именно так часто поступают в такой сфере, как Deep Learning либо в других алгоритмических областях, где особенно важна скорость. Пример такого подхода: • пишем код на Python; • заставляем работать нейронную сеть, которая решает поставленные задачи; • переносим код на C++.
Однако это не всегда приносит пользу, ведь в некоторых случаях скорость разработки важнее производительности — в этой ситуации выгода от переноса весьма условна.
Игровая индустрия
В инди-играх часто применяют высокоуровневые языки программирования и, разумеется, игровые движки (C# + Unity, Java + jMonkeyEngine). Однако на том же Unreal Engine вы можете успешно писать игры и на C++. Мало того, множество игр AAA-класса создаются именно на C++ и вот почему: • топовые игры требуют хорошей оптимизации, а С++ довольно гибок для этого. Также на нем удобно писать в ООП-стиле, не спускаясь при этом до низкого уровня; • применение своего движка для контроля любых игровых механик. Так, может, делают и не всегда, но делают часто. В основном это связано с наличием определенных проблем с лицензиями. Не стоит забывать и о необходимости делить прибыль с продаж; • кроссплатформенность: создаваемая игра должна прекрасно работать на всех поддерживаемых устройствах. Пусть многие движки по умолчанию и заявляют такую возможность, но на практике она не всегда эффективна: где-то игра работает быстрее, где-то медленнее. На C++ код пишется таким образом, чтобы оптимизировать компиляцию в бинарные файлы на различных платформах.
Вычисления GPU
OpenCL и Nvidia CUDA — это 2 платформы, которые позволяют запускать C++-код на графическом процессоре. GPU включает сотни небольших вычислительных ядер, способных одновременно выполнять простые математические операции. Если вы напишете код для GPU, распараллеливающий сложные вычисления, вы сможете добиться повышенной скорости и производительности. И C++ для этого прекрасно подходит.
Возможные применения: • майнинг биткоинов. Код, написанный на C++, позволяет майнить быстрее; • обучение нейросетей. Большинство Deep Learning-библиотек применяют C/C++-код на CUDA либо OpenCL, что обеспечивает более высокую скорость обучения и работы нейронных сетей. Причем многие функции доступны и на C++, и на других, более высокоуровневых языках; • шейдеры для игр и графического программного обеспечения. Шейдеры — это небольшие участки кода, которые параллельно запускаются на GPU и выполняют сложные графические задачи (к примеру, трассировку лучей).
Для чего хорош C++?
С++ — это как Си, только с ООП[1. Строго говоря, это не совсем верно. Хотя C++ произошёл от Си, с тех пор оба языка изменились и стали совершенно разными. Вы можете писать на C++ без ООП и использовать ООП в Си. ООП — это скорее подход или методология, а не конкретная функциональность. Но в C++ однозначно больше возможностей для реализации принципов ООП.].
- можно работать с памятью на низком уровне;
- нет «виртуальных машин» или фреймворков, которые занимаются, например, сборкой мусора или выделением памяти;
- быстрое (иногда очень быстрое) выполнение кода по сравнению с более высокоуровневыми языками (Python, C#, Java и другими);
- полный доступ к API операционной системы без обёрток (в которых может быть реализовано не всё).
Но чем больше силы, тем больше ответственности. По сравнению с языками более высокого уровня, на С++ проще ошибиться. Причём так, что компилятор не подскажет и вы сразу не поймёте, в чём дело.
C++ хорош для проектов, в которых важна производительность кода.
Где применяется С++?
В недавнем интервью по ссылке ниже создатель языка рассказал, что C++ используют практически во всех областях. Мы выделим три направления, в которых лучше всего раскрываются преимущества языка.
Бьёрн Страуструп: что в C++ надо было сделать по-другому, зачем его учить и совет начинающим программистам
Оптимизация
Перепишите любой код с языка более высокого уровня на C++, чтобы программа работала быстрее. Так часто делают в сфере глубокого обучения и других алгоритмических областях, где важна скорость. Подход может выглядеть так:
- пишу код на Python;
- заставляю работать нейросеть, которая решит мою проблему;
- переношу код на C++.
Но это не всегда приносит пользу: иногда быстрая разработка важнее производительности, или выгода от переноса кода на C++ совсем незначительна.
Игры
В инди-играх обычно используются высокоуровневые языки и игровые движки (C# и Unity, Java и jMonkeyEngine), но на том же Unreal Engine можно создавать игры и на C++. Множество игр AAA-класса пишутся на C++ по нескольким причинам:
- топовые игры надо хорошо оптимизировать, а С++ достаточно гибкий для этого. Но вместе с тем на нём удобно писать в ООП-стиле, не спускаясь до очень низкого уровня;
- использование собственного движка для полного контроля любых игровых механик. Да, так делают не всегда, но часто — в основном из-за проблем с лицензиями и необходимостью делить прибыль с продаж;
- кроссплатформенность: игра должна хорошо работать на всех поддерживаемых устройствах. Хотя многие движки по умолчанию предоставляют эту особенность, она не всегда эффективна: у кого-то игра может работать быстрее, а у кого-то медленнее. Код пишется так, чтобы оптимизировать компиляцию в бинарные файлы на разных платформах.
GPU-вычисления
Nvidia CUDA и OpenCL — две платформы, позволяющие запускать код C++ на графическом процессоре. GPU содержат сотни небольших вычислительных ядер, которые могут одновременно выполнять простые математические операции. Написав код для GPU, распараллеливающий сложные вычисления, можно добиться очень высокой производительности и скорости. C++ отлично подходит для этого.
Среди возможных применений:
- майнинг биткоинов: код на C++ помогает майнить быстрее;
- обучение нейросетей: большинство библиотек Deep Learning используют C/C++ код на CUDA или OpenCL, чтобы нейросети обучались и работали быстрее. Однако многие функции доступны как на C++, так и на более высокоуровневых языках;
- шейдеры для игр и графического ПО. Шейдеры — небольшие участки кода, параллельно запускающиеся на GPU и выполняющие сложные графические задачи (например, трассировку лучей).
Чтобы работать с языком было комфортно, нужно выбрать хорошую среду разработки. Это поможет сделать наша подборка с популярными IDE для программирования на C++.
Авторы: Dor Marciano, Мария Багулина