C# vs. C++: Was ist der Kern?

In der schnelllebigen und sich entwickelnden Welt der Softwareentwicklung konkurrieren verschiedene Programmiersprachen darum, sich ihren Platz in der Branche zu verdienen. Verschiedene Sprachen verwenden jedoch unterschiedliche Paradigmen und neigen dazu, lange Listen mit Vor- und Nachteilen zu haben, was direkte Vergleiche zwischen ihnen schwierig und nicht schlüssig macht.

Einige Sprachen haben jedoch eine ähnliche Syntax und einen ähnlichen Fokus, daher ist es sinnvoll, sie nebeneinander zu vergleichen. In diesem Artikel untersuchen wir den Unterschied zwischen C++ und C# und vergleichen diese produktiven Programmiersprachen.

Eine kurze Geschichte von C# und C++

Als der dänische Informatiker Bjarne Stroustrup in den 1970er Jahren an seiner Doktorarbeit arbeitete, wollte er Simula, die erste objektorientierte Programmiersprache, verwenden. Aber Simula erwies sich als zu langsam, also entschied sich Stroustrup für C, das die schnellste Programmiersprache war – und manche würden immer noch sagen –.

Nach seiner Erfahrung mit Simula begann Stroustrup mit der Entwicklung einer objektorientierten Sprache auf der Basis von C, und 1985 wurde C++ der Öffentlichkeit zugänglich gemacht.

Er beschloss, C++ „so nah wie möglich an C heranzuführen, aber nicht näher“, was bedeutet, dass die Einführung kein Hindernis darstellen würde. Da alle C-Bibliotheken automatisch zur Verfügung standen, konnten viele Top-C-Entwickler auf C++ umsteigen, indem sie auf ihrem vorhandenen Wissen aufbauten.

Leider war die angeborene Ähnlichkeit zu C auch einer der Schwachpunkte von C++, da beide Sprachen steile Lernkurven erforderten und schwer zu beherrschen waren, was das Codieren zu einer Herausforderung für unerfahrene Entwickler machte.

Das war einer der Hauptgründe für die Entscheidung von Sun Microsystems, Java Mitte der 90er Jahre zu entwickeln. Java hatte eine ähnliche Syntax wie C++, vereinfachte jedoch Sprachkonstrukte und verringerte die Wahrscheinlichkeit unbeabsichtigter Fehler. Das Java-Team unter der Leitung von James Gosling erreichte dies hauptsächlich, indem es die Abwärtskompatibilität mit C aufgab.

Im Jahr 2002 veröffentlichte Microsoft C# als direkten Konkurrenten zu Java. Als alternative Sprache teilt C# einige Syntax mit Java, hat aber mehr Funktionen. Sowohl C# als auch C++ wurden seit ihrer Veröffentlichung erheblich verbessert.

Objektorientierte Programmiersprachen mit einem Vorbehalt

Als C++ auftauchte, waren die meisten Programmiersprachen prozedurorientiert.

In prozeduralen Programmiersprachen ist ein Programm in kleineren Einheiten organisiert, die als Prozeduren bezeichnet werden. Jede Prozedur entspricht einer gemeinsamen Aktion, die später in einer größeren Einheit verwendet (aufgerufen) wird.

In objektorientierten Sprachen werden Prozeduren um die Objekte gruppiert, an denen sie ausgeführt werden. Ein Objekt ist eine logische Einheit, die einen Zustand enthält.

C# ist eine vollständig objektorientierte Sprache, während C++ eine Sprache ist, die prozeduralen und objektorientierten Code mischen kann.

Ähnlichkeiten zwischen C# und C++

Beide Sprachen sind objektorientiert und basieren auf C. Außerdem basiert C# auf C++, was sie ziemlich ähnlich macht. Diejenigen, die keine der beiden Sprachen fließend beherrschen, könnten die eine leicht mit der anderen verwechseln, indem sie einen Blick auf den Code werfen.

Beide Sprachen weisen Merkmale auf, die häufig in objektorientierten Sprachen zu finden sind, darunter:

• Verkapselung. Code ist in logischen Gruppen organisiert, die als Klassen bezeichnet werden.
• Daten verstecken. Teile von Daten und Code sind privat, was bedeutet, dass auf sie nur innerhalb einer Klasse zugegriffen werden kann.
• Nachlass. Die Funktionalität gemeinsam genutzter Klassen kann in einer gemeinsamen Klasse organisiert werden, die von abgeleiteten Klassen geerbt wird, wodurch Codeduplizierung vermieden wird.
• Polymorphismus. Code kann ein Objekt der Basisklasse beeinflussen, verhält sich jedoch für verschiedene abgeleitete Klassen unterschiedlich.

Unterschiede zwischen C# und C++

Einige leistungsstarke Funktionen von C++ sind schwer zu verstehen und können Programmierfehler verursachen. Diese Features wurden in Java und später in C# bewusst weggelassen:

• Mehrfachvererbung. Abgeleitete Klassen erben mehrere Basisklassen. Anstelle dieser Funktion führte C# Basisklassen ohne Implementierung ein. Solche Klassen werden in C# Schnittstellen genannt.
• Zeiger. Während Zeiger in C# verwendet werden können, muss Code, der Zeiger verwendet, als „unsicher“ gekennzeichnet werden. Von dieser Praxis wird dringend abgeraten und es werden stattdessen Referenzen verwendet.
• Verlust an Präzision. C# lässt keinen Genauigkeitsverlust durch implizite Typkonvertierung zu. Wenn die Genauigkeit verloren geht, ist eine explizite Konvertierung erforderlich.

Speicherverwaltung

Der vielleicht wichtigste Unterschied zwischen C# und C++ ist die Speicherverwaltung.

In C wird dynamischer Speicher (dh die Speicherzuweisung ist nicht im Voraus bekannt) mit der Funktion malloc zugewiesen und mit free freigegeben. Von Programmierern wurde erwartet, dass sie den Speicher manuell verwalten. Infolgedessen waren Speicherlecks häufige Fehler im C-Code.

Die Speicherverwaltung in C++ wurde verbessert, da der Speicher halbautomatisch verwaltet wird. Objekte, die als „intelligente Zeiger“ bezeichnet werden, können verwendet werden, sodass Programmierer den Speicher nicht manuell freigeben müssen. Es gibt jedoch einige Grenzfälle (Zirkelverweise), in denen intelligente Zeiger nicht ausreichen, um Speicherlecks zu verhindern.

C# verwendet einen Garbage Collector (GC), der nicht mehr verwendeten Speicher automatisch freigibt. Obwohl dies ideal erscheinen mag, macht GC es manchmal schwierig, die Zuweisung eines Objekts aufzuheben, das andere Systemressourcen als Speicher enthält (z. B. Dateihandles oder TCP-Verbindungen). In diesem Fall kann ein Phänomen auftreten, das als „Ressourcenleck“ bekannt ist, und der Programmierer muss das Objekt, das Ressourcen enthält, manuell freigeben. In diesen seltenen Situationen wird die Freigabe in C# komplizierter als in C++, da die Zerstörung von Objekten in C# nicht deterministisch ist.

Kompilierung: Binärdateien vs. Bytecode

C++ wird sofort in maschinellen Binärcode kompiliert. C# wird in Bytecode kompiliert, der später von .NET in maschinellen Binärcode kompiliert wird. (Früher „.NET Core“, .NET ist Microsofts moderner, plattformübergreifender Ersatz für das ursprüngliche .NET-Framework.)

Obwohl C++ bei diesen verschiedenen Ansätzen zur Kompilierung einen Leistungsvorteil hat, verfügt C# über eine leistungsstarke Funktion namens „Reflektion“, die die Objektinstanziierung und den Methodenaufruf mit den zur Laufzeit gesammelten Informationen ermöglicht. Beispielsweise kann man eine Methode mit ihrem Namen aufrufen, obwohl diese Methode während der Kompilierzeit nicht verfügbar war. C++ kann per Definition keine Reflektion haben, da es sofort kompiliert wird. C++ hat stattdessen Laufzeittypinformationen (RTTI). Dies ist ein viel weniger leistungsfähiges Feature, da es nur für Typen mit virtuellen Funktionen verwendet wird.

C++ verfügt auch über Vorlagen in Form von Code, der zur Kompilierzeit abhängig von den Variablentypen generiert wird. Anstelle von Vorlagen hat C# Generika. Generics werden nicht zur Kompilierzeit, sondern zur Laufzeit aufgelöst. Daher sind Vorlagen schneller als Generika. Andererseits benötigen Generics nicht für jeden neuen Variablentyp zusätzlichen Speicher.

Funktionsvergleich

C# vs. C++: Welche Sprache ist besser?

Wenn es um Geschwindigkeit und Speichereffizienz geht, ist C++ der klare Sieger. Wenn jedoch eine gute C#-Bibliothek leicht verfügbar ist, aber keine solche Bibliothek für C++ verfügbar ist, könnte C# letztendlich eine schnellere Lösung liefern, und die C++-Implementierung kann sich als langsamer herausstellen.

Die Entwicklung ist normalerweise in C# schneller. Wenn die Anwendung keine zeitkritischen Aufgaben ausführt, ist es sinnvoll, die einfachere und weniger fehleranfällige Sprache zu wählen.

Traditionell war C++ die richtige Wahl für eine Nicht-Windows-Umgebung, aber das änderte sich, als Microsoft anfing, Open-Source-Implementierungen von .NET zu fördern. Derselbe C#-Bytecode kann auf praktisch jeder Plattform ausgeführt werden, was ihn zur Sprache der Wahl macht, wenn es darum geht, die Portabilität zu vereinfachen.

Aufgrund der Reflexion ist C# die vernünftigere Wahl beim Schreiben von Bibliotheken, die Remote-Funktionsaufrufe oder ähnliche Funktionen unterstützen müssen, die eine Codegenerierung unter Verwendung von zur Laufzeit verfügbaren Informationen erfordern.

Obwohl beide Sprachen modulares Design unterstützen, ist es schwieriger, es in C++ zu warten, das dieses Feature mithilfe von Headern implementiert, die in C entworfen wurden – eine Methode, die jetzt von moderneren Ansätzen übertroffen wird. Dies führt normalerweise zu einer C++-Kompilierungszeit, die erheblich länger ist als die Kompilierungszeit von C# zu Bytecode.

C++ ist eine kompliziertere Sprache, daher können C++-Programmierer leichter zu C# wechseln als umgekehrt. Wenn Ihr Team jedoch sowohl C++- als auch C#-Entwickler umfasst, ist es möglich, die beiden Sprachen zu mischen.

Die Wahl der richtigen Sprache

Wenn Sie hohe Leistung benötigen, lautet die Antwort in fast allen Situationen C++. „Hochleistung“ bezieht sich auf Code. Wenn Sie für zeitkritische Arbeiten leicht verfügbare Bibliotheken verwenden, ist die Leistung Ihres Codes möglicherweise kein entscheidender Faktor.

Wenn die Leistung nicht entscheidend ist, muss die Entwicklungszeit berücksichtigt werden. Wenn Sie bei Null anfangen können, ist die Entwicklung Ihres Projekts in C# wahrscheinlich die bessere Wahl.

Wenn Sie etwas Entwicklungszeit übrig haben, aber die Leistung nicht kritisch ist, hängt die Wahl von den Fähigkeiten der verfügbaren Entwickler ab. Denken Sie daran, dass die Gewandtheit Ihrer Entwickler die zukünftige Codewartung ernsthaft beeinträchtigen kann. Berücksichtigen Sie nach Möglichkeit die Sprache, die Ihr Team bevorzugt.