C# против C++: что лежит в основе?

В быстро меняющемся и развивающемся мире разработки программного обеспечения различные языки программирования борются за свое место в отрасли. Однако разные языки используют разные парадигмы и, как правило, имеют длинный список плюсов и минусов, что делает прямые сравнения между ними сложными и неубедительными.

Однако некоторые языки имеют схожий синтаксис и направленность, поэтому имеет смысл сравнивать их бок о бок. В этой статье мы рассмотрим разницу между C++ и C# и сравним эти самые популярные языки программирования.

Краткая история C# и C++

В 1970-х годах, когда датский ученый-компьютерщик Бьярне Страуструп работал над своей докторской диссертацией, он хотел использовать Simula, первый объектно-ориентированный язык программирования. Но Simula оказалась слишком медленной, поэтому Страуструп решил использовать C, который был — и, по мнению некоторых, до сих пор остается — самым быстрым языком программирования.

После своего опыта работы с Simula Страуструп начал разработку объектно-ориентированного языка на основе C, и к 1985 году C++ стал общедоступным.

Он решил сделать C++ «как можно ближе к C, но не ближе», имея в виду, что принятие не будет препятствием. Поскольку все библиотеки C были автоматически доступны для использования, многие ведущие разработчики C смогли перейти на C++, опираясь на свои существующие знания.

К сожалению, врожденное сходство с C было также одним из самых слабых мест C++, поскольку оба языка требовали крутых кривых обучения и были трудны в освоении, что делало кодирование сложной задачей для неопытных разработчиков.

Это было одной из ключевых причин решения Sun Microsystems создать Java в середине 90-х. У Java был синтаксис, похожий на C++, но он упрощал языковые конструкции и уменьшал вероятность непреднамеренных ошибок. Команда Java, возглавляемая Джеймсом Гослингом, добилась этого главным образом за счет отказа от обратной совместимости с C.

В 2002 году Microsoft выпустила C# в качестве прямого конкурента Java. В качестве альтернативного языка C# имеет общий с Java синтаксис, но имеет больше возможностей. И C#, и C++ были значительно улучшены с момента их выпуска.

Объектно-ориентированные языки программирования с одной оговоркой

Когда появился C++, большинство языков программирования были процедурно-ориентированными.

В процедурных языках программирования программа организована в более мелкие единицы, называемые процедурами. Каждая процедура соответствует некоторому общему действию, которое используется позже (вызывается из) в более крупной единице.

В объектно-ориентированных языках процедуры группируются вокруг объектов, над которыми они выполняются. Объект — это логическая единица, которая содержит некоторое состояние.

C# — это полностью объектно-ориентированный язык, а C++ — это язык, который может смешивать процедурный и объектно-ориентированный код.

Сходства между C# и C++

Оба языка объектно-ориентированы и основаны на C. Более того, C# основан на C++, что делает их очень похожими. Те, кто не владеет ни одним из языков, могут легко принять один за другой, взглянув на код.

Оба языка имеют черты, обычно встречающиеся в объектно-ориентированных языках, в том числе:

• Инкапсуляция. Код организован в логические группы, называемые классами.
• Скрытие данных. Части данных и кода являются закрытыми, что означает, что доступ к ним возможен только внутри класса.
• Наследование. Функциональность общего класса может быть организована в общем классе, наследуемом производными классами, что позволяет избежать дублирования кода.
• Полиморфизм. Код может воздействовать на объект базового класса, но ведет себя по-разному для разных производных классов.

Различия между С# и С++

Некоторые мощные функции C++ сложны для понимания и могут привести к ошибкам программирования. Эти функции были намеренно опущены в Java, а затем и в C#:

• Множественное наследование. Производные классы наследуют несколько базовых классов. Вместо этой функции C# представил базовые классы без реализации. Такие классы называются интерфейсами в C#.
• Указатели. Хотя в C# можно использовать указатели, код, использующий указатели, должен быть помечен как «небезопасный». Эта практика крайне не рекомендуется, и вместо этого используются ссылки.
• Потеря точности. C# не допускает потери точности при неявном преобразовании типов. Если точность может быть потеряна, требуется явное преобразование.

Управление памятью

Возможно, наиболее важным отличием C# от C++ является управление памятью.

В C динамическая память (т. е. распределение памяти заранее неизвестно) выделяется с помощью функции malloc и освобождается с помощью функции free . Ожидалось, что программисты будут управлять памятью вручную. В результате утечки памяти были распространенными ошибками в коде C.

Управление памятью в C++ улучшено, так как память управляется полуавтоматически. Можно использовать объекты, называемые «умными указателями», чтобы программистам не приходилось вручную освобождать память. Однако в некоторых крайних случаях (циклические ссылки) интеллектуальных указателей недостаточно для предотвращения утечек памяти.

C# использует сборщик мусора (GC), который автоматически освобождает память, которая больше не используется. Хотя это может показаться идеальным, иногда сборщик мусора затрудняет освобождение объекта, который содержит системные ресурсы, отличные от памяти (например, дескрипторы файлов или соединения TCP). В этом случае может возникнуть явление, известное как «утечка ресурсов», и программист должен вручную освободить объект, содержащий ресурсы. В этих редких случаях освобождение памяти в C# становится более сложным, чем в C++, поскольку уничтожение объектов в C# не является детерминированным.

Компиляция: двоичные файлы против байт-кода

C++ немедленно компилируется в машинный двоичный код. C# компилируется в байт-код, который позже компилируется .NET в машинный двоичный код. (Ранее «.NET Core». .NET — это современная кроссплатформенная замена оригинальной платформы .NET от Microsoft.)

Хотя C++ имеет преимущество в производительности при этих различных подходах к компиляции, C# имеет мощную функцию, называемую «отражением», которая позволяет создавать экземпляры объектов и вызывать методы с информацией, собранной во время выполнения. Например, можно вызвать метод по его имени, хотя этот метод был недоступен во время компиляции. C++ не может иметь отражения по определению, так как он компилируется немедленно. Вместо этого C++ имеет информацию о типе времени выполнения (RTTI). Это гораздо менее мощная функция, потому что она используется только для типов с виртуальными функциями.

C++ также имеет шаблоны в виде кода, который генерируется во время компиляции в зависимости от типов переменных. Вместо шаблонов в C# есть дженерики. Обобщения разрешаются не во время компиляции, а во время выполнения. Таким образом, шаблоны быстрее, чем дженерики. С другой стороны, дженерики не требуют дополнительной памяти для каждого нового типа переменной.

Сравнение функций

C# против C++: какой язык лучше?

Когда дело доходит до скорости и эффективности использования памяти, C++ является явным победителем. Однако, если хорошая библиотека C# легко доступна, но такой библиотеки нет для C++, C# может в конечном итоге дать более быстрое решение, а реализация C++ может оказаться медленнее.

Разработка обычно происходит быстрее на C#. Если приложение не выполняет срочных задач, имеет смысл выбрать более простой и менее подверженный ошибкам язык.

Традиционно C++ был правильным выбором для среды, отличной от Windows, но ситуация изменилась, когда Microsoft начала поощрять реализацию .NET с открытым исходным кодом. Один и тот же байт-код C# может работать практически на любой платформе, что делает его предпочтительным языком, когда речь идет об упрощении переносимости.

Из-за отражения C# является более разумным выбором при написании библиотек, которые должны поддерживать удаленный вызов функций или аналогичные функции, требующие генерации кода с использованием информации, доступной во время выполнения.

Хотя оба языка поддерживают модульный дизайн, его сложнее поддерживать в C++, который реализует эту функцию с использованием заголовков, разработанных в C — метод, который сейчас превосходит более современные подходы. Обычно это приводит к тому, что время компиляции C++ значительно превышает время компиляции C# в байт-код.

C++ — более сложный язык, поэтому программистам на C++ легче перейти на C#, чем наоборот. Но если в вашей команде есть разработчики как на C++, так и на C#, можно смешивать эти два языка.

Выбор правильного языка

Если вам нужна высокая производительность, ответом будет C++ почти во всех ситуациях. «Высокая производительность» относится к коду. Если вы используете легкодоступные библиотеки для срочной работы, производительность вашего кода может не быть решающим фактором.

Если производительность не критична, следует учитывать время разработки. Если вы можете начать с нуля, разработка вашего проекта на C#, вероятно, будет лучшим выбором.

Если у вас есть свободное время на разработку, но производительность не критична, выбор зависит от навыков доступных разработчиков. Имейте в виду, что беглость ваших разработчиков может серьезно повлиять на дальнейшее обслуживание кода. По возможности учитывайте язык, который предпочитает ваша команда.