C++ est un langage de programmation compilé permettant la programmation sous de multiples paradigmes, dont la programmation procédurale, la programmation orientée objet et la programmation générique. Ses bonnes performances, et sa compatibilité avec le langage C en font un des langages de programmation les plus utilisés dans les applications où la performance est critique.
Créé initialement par Bjarne Stroustrup dans les années 1980, le langage C++ est aujourd'hui normalisé par l'ISO. Sa première normalisation date de 1998 (ISO/CEI 14882:1998), ensuite amendée par l'erratum technique de 2003 (ISO/CEI 14882:2003). Une importante mise à jour a été ratifiée et publiée par l'ISO en sous le nom de ISO/IEC 14882:2011, ou C++11. Depuis, des mises à jour sont publiées régulièrement : en (ISO/CEI 14882:2014, ou C++14), en (ISO/CEI 14882:2017, ou C++17) puis en (ISO/IEC 14882:2020, ou C++20) et en (C++23).
Dénomination En langage C, ++ est l'opérateur d'incrémentation, c'est-à-dire l'augmentation de la valeur d'une variable de 1. C'est pourquoi C++ porte ce nom : cela signifie que C++ est un niveau au-dessus de C.
Histoire vignette|Bjarne Stroustrup, l'inventeur du C++. Bjarne Stroustrup commence le développement de C with Classes (C avec classes) en 1979. Il travaille alors dans les laboratoires Bell où il est notamment collègue de l'inventeur du C Dennis Ritchie. L'idée de créer un nouveau langage venait de l'expérience en programmation de Stroustrup pour sa thèse de doctorat. Il s'agissait en l'occurrence d'améliorer le langage C. Stroustrup trouvait que Simula avait des fonctionnalités très utiles pour le développement de gros programmes mais qu'il était trop lent pour être utilisé en pratique (cela était dû à un problème d'implémentation du compilateur Simula), tandis que BCPL était rapide mais de trop bas niveau et non adapté au développement de gros logiciels. Quand Stroustrup commença à travailler aux laboratoires Bell, on lui demanda d'analyser le noyau UNIX en vue de faire du calcul distribué. Se rappelant sa thèse, Stroustrup commença à améliorer le langage C avec des fonctionnalités similaires à celle de Simula. C fut choisi parce qu'il est rapide, portable et d'usage général. En outre, il était une bonne base pour le principe original et fondateur de C++ : « vous ne payez pas pour ce que vous n'utilisez pas ». Dès le départ, le langage ajoutait à C la notion de classe (avec encapsulation des données), de classe dérivée, de vérification des types renforcés (typage fort), d'« inlining », et de paramètre par défaut.
Alors que Stroustrup développait C with classes, il écrivit CFront, un compilateur qui générait du code source C à partir de code source C with classes. La première commercialisation se fit en . En le nom « C++ » est inventé, et en le nom du langage passa de C with classes à celui de « C++ ». Parmi les nouvelles fonctionnalités qui furent ajoutées au langage, il y avait les fonctions virtuelles, la surcharge des opérateurs et des fonctions, les références, les constantes, le contrôle du typage amélioré et les commentaires en fin de ligne. En 1985 fut publiée la première édition de , apportant ainsi une référence importante au langage qui n'avait pas encore de standard officiel. En , c'est la sortie de la version 2.0 de C++. Parmi les nouvelles fonctionnalités, il y avait l'héritage multiple, les classes abstraites, les fonctions membres statiques, les fonctions membres constantes, et les membres protégés. En , (« ARM ») fut publié apportant les bases du futur standard. Les ajouts de fonctionnalités tardifs qu'il comportait couvraient les templates, les exceptions, les espaces de noms, les nouvelles conversions et le type booléen.
Pendant l'évolution du langage C++, la bibliothèque standard évoluait de concert. Le premier ajout à la bibliothèque standard du C++ concernait les flux d'entrées/sorties qui apportaient les fonctionnalités nécessaires au remplacement des fonctions C traditionnelles telles que printf et scanf. Ensuite, parmi les ajouts les plus importants, il y avait la Standard Template Library. Après des années de travail, un comité réunissant l'ANSI et l'ISO standardisa C++ en (ISO/CEI 14882:1998), l'année où le comité de standardisation se réunissait à Sophia Antipolis dans le sud de la France. Pendant quelques années après la sortie officielle du standard, le comité traita des problèmes remontés par les utilisateurs, et publia en 2003 une version corrigée du standard C++.
Personne ne possède le langage C++. Il est libre de droits ; cependant, le document de standardisation n'est quant à lui pas disponible gratuitement.
Fonctionnalités introduites On pouvait considérer que C++ « était du C » avec un ajout de fonctionnalités. Cependant, plusieurs programmes syntaxiquement corrects en C ne le sont pas en C++, à commencer bien sûr par ceux qui font usage d'identificateurs correspondant à des mots-clefs en C++. L'architecture d'un programme C++ moderne (C++11) est differente de celle d'un programme en C.
Parmi les fonctionnalités ajoutées figurent : le typage des « prototypes » de fonctions (repris dans ANSI C89) ; La surcharge des fonctions ; les déclarations reconnues comme instructions (repris dans C99) ; les opérateurs new et delete pour la gestion d'allocation mémoire ; le type de données bool (booléen) ; les références &; les variables et les fonctions membres const (repris partiellement par C à la fin des années 1980) ; les fonctions inline (repris dans C99) ; les paramètres par défaut dans les fonctions ; les référentiels lexicaux (espaces de noms) et l'opérateur de résolution de portée :: ; les classes, ainsi que tout ce qui y est lié : l'héritage, les fonctions membres, les fonctions membres virtuelles, les constructeurs et le destructeur ; la surcharge des opérateurs ; les templates ; la gestion d'exceptions ; l'identification de type pendant l'exécution (RTTI : ) ; le commentaire sur une ligne introduit par // (existant dans BCPL, repris dans C99) ; les références de rvalue && (C++11) ; la déduction de type à la compilation via auto (C++11) ; les expressions constantes constexpr (C++11); les fonctions lambda (C++11, étendu dans tous les standards publiés depuis) ; les boucles for basées sur une plage (C++11, étendu en C++20) ; les modules via import, export et module (C++20) ; les contraintes et concepts via concept et requires (C++20) ; les fonctions immédiates consteval (C++20) ; les coroutines (C++20) ;
La compilation d'un programme en C++ effectue également un contrôle plus minutieux du typage.
Bibliothèque standard
vignette|Alexander Stepanov, développeur de la STL La bibliothèque standard du C++ englobe la Standard Template Library (STL) qui met à la disposition du programmeur des outils puissants comme des collections (conteneurs) et des itérateurs.
À l'origine, la STL était une bibliothèque développée par Alexander Stepanov qui travaillait pour Hewlett-Packard. Dans la norme, celle-ci n'est pas appelée STL, car elle est considérée comme faisant partie de la bibliothèque standard de C++. Toutefois, beaucoup de personnes l'appellent encore de cette manière pour distinguer d'une part, les fonctions d'entrées/sorties comprises dans cette bibliothèque et, d'autre part, celles fournies par la bibliothèque C.
Comme en C, l'utilisation d'une bibliothèque peut se faire par l'intermédiaire de la directive #include (suivie du nom du fichier d'en-tête), et certaines d'entre elles (cmath, thread) nécessitent d'être liées explicitement. Depuis C++20 le mot clé import peut servir à des fins similaires.
Programmation orientée objet vignette|upright=1.5|Exemple de hiérarchie de classes type stream. Le langage C++ utilise les concepts de la programmation orientée objet et permet entre autres : la création de classes ; l'encapsulation ; des relations entre les classes : la composition de classes (composition dans un diagramme de classes), l' (association dans un diagramme de classes), l'agrégation de classes (agrégation dans un diagramme de classes), la dépendance (dépendance dans un diagramme de classes), l'héritage simple et multiple (héritage dans un diagramme de classes) ; le polymorphisme ; l'abstraction ; la généricité ; la méta-programmation.
Encapsulation L'encapsulation permet de faire abstraction du fonctionnement interne (c'est-à-dire la mise en œuvre) d'une classe et ainsi de ne se préoccuper que des services rendus par celle-ci. C++ met en œuvre l'encapsulation en permettant de déclarer les membres d'une classe avec le mot réservé public, private ou protected. Ainsi, lorsqu'un membre est déclaré : public, il sera accessible depuis n'importe quelle fonction ; private, il sera uniquement accessible d'une part, depuis les fonctions qui sont membres de la classe et, d'autre part, depuis les fonctions autorisées explicitement par la classe (par l'intermédiaire du mot réservé friend) ; protected, il aura les mêmes restrictions que s'il était déclaré private, mais il sera en revanche accessible par les classes filles.
C++ n'impose pas l'encapsulation des membres dans leurs classes. On pourrait donc déclarer tous les membres publics, mais en perdant une partie des bénéfices apportés par la programmation orientée objet. Il est de bon usage de déclarer toutes les données privées, ou au moins protégées, et de rendre publiques les fonctions membres agissant sur ces données. Ceci permet de cacher les détails de la mise en œuvre de la classe.
Voici l'exemple de Hello world donné dans , chap. 1.1.1, page 5 de Bjarne Stroustrup :
#include<iostream>
int main() { std::cout << "Hello, new world!\n"; }
Dans l'exemple ci-dessus, le code source std::cout << "Hello, new world!\n" envoie la chaîne de caractères "Hello, new world!\n" à l'objet global cout, défini dans l'espace de noms standard std, grâce à l'opérateur surchargé <<. Cette opération affiche dans la console du programme la chaîne de caractères "Hello, new world!\n".
Avec l'ajout des modules dans le langage et de la fonction print dans la bibliothèque standard, l'exemple Hello World peut depuis C++23 être écrit :
import std;
int main () { std::println("Hello, World!"); }
Espace de noms En C++, le mot clef namespace permet de définir et de nommer des espaces de noms (), notion déjà présente en langage C ; en effet, le corps d'une routine, d'une structure de contrôle de flux d'exécution, d'une structure de données ou d'une section de code (délimitée par les accolades { et }) constitue un espace de noms. En C++, le corps d'une classe, à l'instar du corps d'une structure de données, constitue aussi un espace de noms.
Dans différents espaces de noms, on peut ainsi définir des entités (routines, variables, etc.) ayant le même identificateur. L'ambiguïté est résolue en utilisant le nom de l'espace de nom devant l'opérateur de portée (::) pour indiquer l'espace de noms dans lequel on veut accéder. L'espace de noms global du programme n'a pas de nom. Pour accéder à une entité globale, cachée par une entité locale par exemple, on utilise l'opérateur de portée précédé d'aucun nom.
Directive « using » Il est possible de spécifier un espace de noms précis à utiliser afin d'éviter d'avoir à recourir à l'opérateur de résolution de portée. Pour cela, le mot-clé using est utilisé avec cette syntaxe : using namespace nom_du_namespace; // ou using nom_d_un_symbole; // ou using enum nom_d_un_enum_class; // C++20 Ainsi, pour utiliser la variable cout définie dans le namespace standard sans utiliser l'opérateur de résolution de portée, il est possible d'écrire using namespace std; ou using std::cout;. Cela est valable pour tous les espaces de noms. Cette instruction se place en général au début du code source : #include <iostream> using namespace std;
int main() { cout << "Hello, new world!\n"; }