Зачем писать на C++ в 2022 году?

C++ — это язык программирования, основы которого были заложены более 40 лет назад, но который по-прежнему повсеместен. В этой статье мы с вами разберемся, где и почему он используется, и порассуждаем, есть ли у него будущее.

Где сегодня используется C++?

С++ повсюду. Код, написанный на C++, можно найти в вашем телефоне, в вашей стиральной машине, в вашем автомобиле, в самолетах, в банках и вообще везде, где только можно представить.

Но давайте будем более конкретными. Многие приложения для работы с изображениями, такие как Adobe Photoshop или Illustrator, написаны на C++. 3D-игры также часто пишут на C++. Программное обеспечение для 3D-анимации, моделирования и рендеринга также в основном написано на C++. Манипуляции с изображениями — довольно сложная и ресурсоемкая область, требующая скорости и близости к аппаратной части C++.

Но работа с изображениями — далеко не единственная область, в которой доминирует C++. С большой долей вероятности браузер, который вы используете для чтения этой статьи, также был написан на C++, как, например, Chrome и Firefox.

Если мы спустимся еще ниже и посмотрим на компиляторы и операционные системы, то многие из них написаны на C++. Если нет, то, скорее всего, это C.

Но это все пока только примеры в пределах десктопного мира.

В мире корпоративного программного обеспечения вы, конечно, найдете и другие языки, но там, где критична производительность, вполне обоснованно выбирают C и C++.

В мире встраиваемых систем, где и память, и ЦП более ограничены, чем у десктопных компьютеров, C++ процветает. Независимо от того, смотрите ли вы на свои умные часы, телефон, включаете ли вы стиральную машину, садитесь ли в автомобиль и включаете зажигание, вам следовало бы испытывать немного благодарности в отношении неизвестного C++ разработчика, который сумел не испортить все из-за ошибки сегментации сразу после запуска.

Почему С++ используется до сих пор?

Итак, мы увидели, что C++ по-прежнему используется почти везде. Но почему? Можно встретить очень много скептиков, которые считают, что это чистой воды легаси и его следует удалять из кодовой базы большинства современных компаний.

Так все-таки это легаси?

Некоторые люди утверждают, что C++ все еще используется только потому, что это технология, унаследованная от старых приложений. Под “старым” я часто подразумеваю программное обеспечение десятилетней давности.

Это правда только отчасти.

Давайте порассуждаем о Cobol-ковбоях. Мало кто хорошо владеет Cobol, поэтому, если на него есть спрос, то они могут заработать кучу денег.

А спрос есть!

Cobol по-прежнему широко используется в финансовой индустрии. Эти системы были написаны много десятилетий назад и до сих пор работают довольно хорошо. Может быть, они не соответствуют всем современным требованиям, но они устойчивы, надежны и настолько сложны, что никто не осмеливается их переписывать.

C++ не так уж плох, он не так стар, как Cobol, и все больше людей изучают его и знают, более или менее, как его использовать.

Но иногда он используется только потому, что компания уже очень много в него инвестировала. У нее вокруг C++ уже развились целые экосистемы. Мигрировать их было бы слишком дорого. Даже руководители, которые по каким-либо причинам не в восторге от C++, сочтут такую ​​миграцию экономически бессмысленной.

Но является ли C++ таким уж прям легаси?

C++ эволюционирует

Вовсе нет! C++ развивается совершенно предсказуемым образом. Как я подробно объяснял в одной из своих предыдущих статей, с 2011 года C++ следует модели подобной отправлению поездов. Каждые три года выпускается новая версия с новыми языковыми фичами и библиотеками, а также с исправлениями ошибок и доработками более ранних фич.

Четкий график релизов и стандартизированная работа гарантируют, что новые версии являются результатом продуманных дополнений, а не разовых решений. У разработчиков компиляторов есть время, чтобы реализовать их должным образом, а у сообщества - чтобы адаптироваться.

В то же время одной из суперсил C++ является обратная совместимость. Код, скомпилированный вчера, скорее всего, скомпилируется и завтра. Даже больше - код, который можно было скомпилировать в 1985 году, скорее всего, можно будет скомпилировать и в 2025 году.

Эволюция C++ была направлена ​​на то, чтобы минимизировать головную боль разработчиков и сделать написание более безопасного кода проще.

Одной из важнейших особенностей C++ является предсказуемое управление памятью. Тут нет сборки мусора, которая в конечном итоге происходит (или нет). Когда и как память будет освобождена и возвращена операционной системе - абсолютно детерминировано. Хотя все всегда было абсолютно детерминировано, было также довольно легко выстрелить себе в ногу и испортить все, не высвобождая память или наоборот пытаясь высвободить ее дважды или даже больше раз...

Современный C++ предоставляет интеллектуальные указатели, которые сделали динамическое управление памятью менее подверженным ошибкам за счет добавления указателей, которые могут “убирать за собой”.

Еще одним поводом для головной боли у многих разработчиков выступают шаблоны. SFINAE, невероятно длинные и трудные для чтения сообщения об ошибках, перестают быть такой большой проблемой с введением концептов в C++20, которые помогают нам ограничивать типы, принимаемые шаблонами, и предоставлять релевантные и относительно легко читаемые сообщения об ошибках, если что-то все-таки идет не так.

В последние годы была проделана большая работа по внедрению библиотеки <ranges>, с помощью которой мы можем переписать иначе очень процедурные циклы в функциональном стиле.

Экономическое преимущество

C++ близок к аппаратному обеспечению, может легко манипулировать ресурсами, поддерживает процедурное программирование для функций, интенсивно использующих ЦП, и является очень быстрым. Он также также отлично справляется со сложностями 3D-игр и позволяет создавать многослойные сетевые конфигурации. Все эти преимущества делают его главным выбором для разработки игровых систем, а также инструментария для разработки игр.

Если вы используете так называемый “современный” язык, такой как Python или Javascript, зачастую вам придется прибегать к написанию некоторых важных функций или библиотек на C или C++, просто чтобы сделать их скорость приемлемой.

Существует очень мало языков, которые могут конкурировать с C++ по скорости, и один из них это - C.

Но скорость — это еще не все.

Вы можете сказать, что вы не так сильно заботитесь о скорости. Вам нужно обрабатывать относительно небольшое количество транзакций, и у вас нет серьезных требований к скорости. Вы предпочитаете код, который легче в написании.

Вас можно понять.

Как мы уже говорили ранее, C++ становится все проще в разработке. Конечно, легкость написания современного C++ не идет ни в какое сравнение с Python, но все не так однозначно.

Некоторые современные языки ориентированы на простоту написания кода, другие — на большие функциональные возможности.

Когда вы выбираете автомобиль, вы думаете не только о комфорте или скорости, хотя они могут быть очень важны. Скорее всего вам также придется учитывать расход топлива. Делаем ли мы то же самое, когда разрабатываем приложения? Думаем ли мы о том, сколько энергии они будут потреблять? В этом смысле трио C/C++/Rust работает намного лучше, чем все остальные языки. По сути, они находятся совершенно на другом уровне.

Приведенные выше цифры впечатляют.

Теперь давайте посмотрим на слайд, который был представлен на CPPP Дэмиеном Булом (Damien Buhl).

Используя C++, мы можем значительно сократить выбросы CO2. Удивительно, не правда ли?

Получается, что по большей части, даже если ваши требования к производительности не являются определяющим фактором, энергопотребление и защита окружающей среды все-таки подталкивают вас к использованию C++.

Каковы его недостатки?

Если C++ так развивается и становится проще в работе, и, кроме того, если он даже позитивно сказывается на счетах за электроэнергию и, следовательно, на нашей родной планете, то в чем проблема? Почему многие люди так не хотят с ним связываться?

Давайте обсудим пару моментов.

Плохая реклама

Нужно признать, что C++ имеет плохую репутацию.

Если вы читали Coders At Work, то могли отметить, что многие писали о том, что C и C++ слишком сложны в использовании, и вообще существует всего несколько причин чтобы их использовать в принципе. С C очень легко выстрелить себе в ногу, с C++ это немного сложнее, но когда это происходит, вы можете отстрелить себе ногу целиком.

Не очень обнадеживающие заявления, правда?

Эти комментарии определенно были небезосновательны, но их актуальность постепенно угасает.

Язык развивается, но старые книги и интервью никуда не денутся. Очень сложно изменить общественное мнение, особенно среди тех, кто больше не пишет код. Как, например, большинство нынешних руководителей.

По мере того, как язык развивается, его становится все труднее изучать

Как я уже несколько раз говорил ранее, C++ развивается. Он получает все больше и больше фич, и на нем становится все проще писать выразительный код.

То, что раньше было стандартным циклом, сегодня можно записать таким вот функциональным образом:

const std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};

// вместо
auto count = 0;
for (const auto& n : numbers) {
  if ( n % 2 == 0) {
    ++count;
  }
}

// теперь мы можем написать
auto isEven = [](auto number) { return number % 2 == 0; };
auto count = std::ranges::count_if(numbers, isEven);

Хотя это все очень модно и прекрасно, это также означает, что те, кто хочет писать лучший код на C++, должны больше учиться. Многие считают, что самая большая суперсила C++ заключается в том, что он почти полностью обратно совместим. Такая важная фича, что Мэтт Годболт (Matt Godbolt) посвятил ей почти весь свой главный доклад на CPPP 2021!

Также правда, что некоторые старые лучшие практики со временем стали антипаттернами. Но они по-прежнему компилируются, их синтаксис по-прежнему валиден, и обычно это базовый синтаксис, поэтому мы изучаем их. Возможно, вам больше не нужно заниматься арифметикой указателей, по крайней мере, не в такой степени, как раньше, но вам все равно нужно в этом разбираться. То же самое касается ручного управления памятью, C-массивов и так далее.

Я лично думаю, что такие темы больше не должны преподаваться настолько глубоко, но, как я могу наблюдать, в большинстве университетов преподают устаревший C++, и людям приходится заново изучать современный C++, когда они начинают работать в реальных компаниях. Если конечно компания использует более современную версию...

Интеллектуальная небрежность

Как поделился со мной в Твиттере Марек Краевски (Marek Krajewski), некоторые люди просто не стали бы использовать C++ из-за интеллектуальной инертности. Да, его сложнее изучать, чем Python или Javascript. Да, вы можете создавать отличные вещи с более простыми в освоении альтернативами. И на самом деле вам не всегда нужны возможности C++. Это все правда.

Вы должны использовать самый подходящий инструмент для конкретной работы.

Проблема в том, что многим просто лень изучать эти инструменты или даже признать, что иногда это правильные инструменты. Это происходит часто из-за фанатизма, из-за ограниченности и, в основном, из-за интеллектуальной небрежности.

Наша работа — показать и объяснить, когда C++ (или Rust...) — излишен, а когда — правильное решение. Что еще более важно, мы должны показать, что это уже не тот язык, которым он когда-то был.

Экосистема

В своем докладе на C++ MythBusters Виктор Чиура (Victor Ciura) развеял миф о том, что у C++ не все так гладко с вспомогательными инструментами. Они есть, и их в нашем распоряжении достаточно много. Но Виктор считает, что у нас никогда не будет “стандартизированных” инструментов, нам всегда нужно искать подходящий инструмент, разбираться, как он работает, и только потом использовать его.

Хоть я и разделяю его точку зрения, мы должны признать, что в других языках есть более простые решения простых проблем. Если вы работаете с Python, вы точно знаете, как и откуда вы должны получать свои пакеты. Похожая ситуация и с Java, не говоря уже о Javascript. Эти языки не стандартизированы, но в них есть стандартные способы простой доставки и использования библиотек, совместного использования и создания кода, которые не требует много времени и сил на то, чтобы разобраться с ними.

C++ этим похвастаться не может.

Написание мейкфайлов - не самая простая задача. Многие де-факто принимают CMake за стандарт для написания скриптов сборки, но это явно не так. Многим он не нравится из-за его синтаксиса, и существует множество других способов создания скриптов сборки. У многих компаний даже есть собственные системы, в том числе у Amadeus.

А как насчет управления пакетами?

Ну, есть Conan, vcpkg, но а ни не такие развитые, как yarn, npm, PyPI или maven.

C++ в этом плане еще есть куда расти.

Так что на счет будущего C++?

Я опросил некоторых выдающихся представителей сообщества C++, и вот что они сказали:

C++ сегодня как никогда верен своей первоначальной миссии по предоставлению абстракций с нулевой стоимостью над низкоуровневым системным кодом, где это возможно, и недорогих абстракций, за которые вы платите только тогда, когда используете, когда первое невозможно. И мы получаем это вместе с совместимостью с C и более ранними версиями C++, несмотря на то, что язык постоянно развивается и внедряет современные языковые фичи. — Фил Нэш (Phil Nash), автор Catch2, главный организатор C++ On Sea

C++ — это и наше наследие, и наше будущее. Несмотря на все его недостатки и исторические проблемы, он имеет множество современных фич, многие из которых специально разработаны для смягчения/замены старых идиом/конструкций. В настоящее время C++ программисты могут легко писать программы, полностью избегая таких опасных старых вещей. [...] STL C++ значительно выросла благодаря стандартам ISO 11,14,17,20, а C++23 принесет еще ряд очень ценных дополнений. От новых алгоритмов и диапазонов (ranges) до различных утилит и вспомогательных библиотек для IO, сетей, корутин, параллелизма, гетерогенного параллелизма и многого другого. Да, есть более специализированные вещи, которые могут понадобиться программисту, но здесь приходит на помощь экосистема C++, которая заполняет пробелы множеством стабильных библиотек коммерческого качества практически под каждую потребность. Каждая ключевая часть программного обеспечения, которое мы используем сегодня, содержит в себе C++: может быть, это целиком C++, может быть, там там только некоторые важные компоненты написаны на C++, может быть, его библиотека изначально скомпилирована на C++, может быть, его компилятор/среда выполнения написаны на C++, ...

C++ по-прежнему остается королем языков программирования. Да здравствует король! — Виктор Сиура, старший инженер-программист команды Visual C++ в Microsoft

C++, широко используется в разработке игр, в частности, игр для консолей и ПК. Он обеспечивает прямой доступ к аппаратному обеспечению через абстракции с нулевой стоимостью. Мощь и гибкость, которые он предоставляет, делают его трудным для изучения, потому что в вашем распоряжении оказывается огромное количество возможных решений широчайшего спектра задач. Глядя на международный стандарт с обязательством обратной совместимости, вы уверены, что не будет ситуации Python2/Python3. Будущее выглядит радужным, параллелизм и работа в сети выглядят очень многообещающими в C++26, не говоря уже о множестве фич, предназначенных для рационализации и упрощения языка. — Джей. Гай Дэвидсон (J. Guy Davidson), руководитель инженерной практики Creative Assembly, соавтор книги Beautiful C++, член с правом голоса комитета ISO C++

Заключение

C++ мог бы считаться устаревшим в глазах тех, кто был знаком только со старыми шаблонами, со старыми стандартами, но язык постоянно развивается. С 2011 года, начиная с C+11, каждые 3 года мы получаем новую версию с исправлениями ошибок и новыми фичами. Экосистема растет, хотя она далеко не так проста, как у некоторых других новых языков, где, например, управление пакетами везде выполняется очень похожим образом.

Тем не менее, язык и экосистема растут, сообщество очень большое, а C++ неизбежно повсеместен. Так или иначе, его хотя бы частично можно найти почти в каждом написанном на сегодня программного обеспечения. Я не говорю, что C++ — это молоток, который должен превратить все вокруг вас в гвозди, но его все же стоит изучить и освоить. Даже в 2022 году и далее.


Мир фракталов породил много интересных изображений, которые описываются простыми математическими формулами. Для построения этих изображений нам потребуется язык программирования и в рамках открытого урока мы рассмотрим, как можно написать программу для генерации фракталов на C++. Приглашаем всех желающих присоединиться.