C++ ist eine von der ISO standardisierte Programmiersprache. Sie wurde ab 1979 von Bjarne Stroustrup bei AT&T als Erweiterung der Programmiersprache C entwickelt. C++ wurde als Mehrzwecksprache konzipiert und unterstützt unter anderem Datenabstraktion, prozedurale, objektorientierte und generische Programmierung.^[2] C++ ermöglicht sowohl die effiziente und maschinennahe Programmierung als auch eine Programmierung auf hohem Abstraktionsniveau.

C++ wird sowohl in der Systemprogrammierung als auch in der Anwendungsprogrammierung eingesetzt.

Typische Anwendungsfelder in der Systemprogrammierung sind Betriebssysteme, eingebettete Systeme, virtuelle Maschinen, Treiber und Signalprozessoren. C++ nimmt hier oft den Platz ein, der früher ausschließlich Assemblersprachen und der Programmiersprache C vorbehalten war.

Bei der Anwendungsprogrammierung kommt C++ vor allem dort zum Einsatz, wo maximale Forderungen an die Effizienz gestellt werden, um durch technische Rahmenbedingungen vorgegebene Leistungsgrenzen möglichst gut auszunutzen. In den Jahren 2000 bis etwa 2010 wurde C++ aus der Domäne der Anwendungsprogrammierung zum Teil von den Sprachen Java und C# zurückgedrängt. Danach gewann C++ mit dem Aufkommen mobiler Geräte aufgrund Ressourcen-sparender sowie effizienterer und dadurch stromsparenderer Applikationen wieder Marktanteile in der Applikationsprogrammierung zurück.

Die Sprache C++ legt einen Schwerpunkt auf die Sprachmittel zur Entwicklung von Bibliotheken und favorisiert dadurch verallgemeinerte Mechanismen gegenüber in die Sprache integrierten Einzellösungen für typische Problemstellungen.

Eine der Stärken von C++ ist die Kombinierbarkeit von effizienter, maschinennaher Programmierung mit mächtigen Sprachmitteln, die einfache bis komplexe Implementierungsdetails zusammenfassen und weitgehend hinter abstrakten Befehlsfolgen verbergen. Dabei kommt vor allem die Template-Metaprogrammierung zum Zuge, eine Technik, die eine nahezu kompromisslose Verbindung von Effizienz und Abstraktion erlaubt.

Um an die Verbreitung der Programmiersprache C anzuknüpfen, wurde C++ als Erweiterung von C gemäß dem damaligen Stand von 1990 (ISO/IEC 9899:1990, auch kurz C90 genannt) entworfen.

Die Kompatibilität mit C zwingt C++ aber auch zur Fortführung einiger dadurch übernommener Nachteile. Dazu zählt die teilweise schwer verständliche C-Syntax, der als überholt geltende Präprozessor sowie verschiedene von der jeweiligen Plattform abhängige Details der Sprache. Plattformabhängigkeiten erschweren die Portierung von C++-Programmen zwischen unterschiedlichen Rechnertypen, Betriebssystemen und Compilern.

Einige C-Sprachkonstrukte haben in C++ eine leicht abgewandelte Bedeutung oder Syntax, so dass sich einige C-Programme erst nach Anpassungen mit einem C++-Compiler übersetzen lassen.

Die letzten Änderungen an C fanden im Jahr 1999 statt (ISO/IEC 9899:1999, auch kurz C99 genannt), also nach der Normung von C++, so dass dort eingeflossene Änderungen nicht in C++98 berücksichtigt werden konnten. In die C++-Revision von 2011 wurde ein Teil der Neuerungen von C99 übernommen.

C++ basiert auf der Programmiersprache C wie in ISO/IEC 9899:1990 beschrieben. Zusätzlich zu den in C vorhandenen Möglichkeiten bietet C++ weitere Datentypen sowie neuartige Typumwandlungsmöglichkeiten, Klassen mit Mehrfachvererbung und virtuellen Funktionen, Ausnahmebehandlung, Templates (Schablonen), Namensräumen, Inline-Funktionen, Überladen von Operatoren und Funktionsnamen, Referenzen, Operatoren zur Freispeicherverwaltung und mit der C++-Standardbibliothek einer erweiterten Bibliothek.

C++ ist eine sogenannte „Multiparadigmen-Sprache“, die verschiedene Programmiertechniken unterstützt:

• Prozedurale Programmierung
• Modulare Programmierung
• Strukturierte Programmierung
• Programmierung mit selbstdefinierten Datentypen (abstrakte Datentypen)
• Objektorientierte Programmierung (siehe auch Polymorphie (Vielgestaltigkeit))
• Generische Programmierung mittels Templates.

Der folgende Quelltext stellt ein einfaches C++-Programm dar, das die Meldung „Hallo Welt!“ auf dem Standardausgabemedium ausgibt:

#include <iostream>
#include <ostream> // Ab C++11 nicht mehr nötig

int main()
{
   std::cout << "Hallo Welt!" << std::endl;
}

Erläuterungen: Bei main handelt es sich um die Haupt-Funktion. Sie ist in jedem C++-Programm vorhanden und dient als Einstiegspunkt des Programms. Die Funktion main ist die einzige Funktion, die – obwohl sie einen Wert zurückgibt – nicht die Anweisung „return“ benötigt. Ohne die explizite Anweisung return gibt main den Wert 0 zurück.cout ist eine Instanz der ostream-Klasse, die sich im "std" Namensraum befindet und durch den Scope-Operator (::) angesprochen wird. cout wird durch den Header <iostream> deklariert und in <ostream> definiert: er wird auf den Ausgabestream stdout (aus <cstdio>, bzw. <stdio.h>: Ein Zeiger auf eine FILE-Struktur Instanz) gekoppelt). Der sogenannte Shift-Operator kann, zusammen mit dem Großteil aller anderen Operatoren, in/für Klassen auf mehrere Weisen Überladen werden. Die „Ausgabe“ des Kontroll-Objekts std::endl erzeugt einen Zeilenumbruch.

Die Implementierung eines C++-Compilers gilt als aufwändig. Seit der Fertigstellung der Sprachnorm 1998 dauerte es mehrere Jahre, bis die Sprache von C++-Compilern weitestgehend unterstützt wurde.

Zu den verbreitetsten C++-Compilern gehören:

• Der in Microsoft Visual C++ enthaltene Compiler ist einer der verbreitetsten für das Betriebssystem Windows.
• Der Comeau C++. Das sogenannte „Front-End“ des Compilers, also der Teil, der die Analyse-Phase implementiert, wurde von der Firma Edison Design Group (EDG) erstellt, die sich auf die Entwicklung von Compiler-Front-Ends spezialisiert hat und deren C++-Front-End auch in vielen anderen kommerziellen C++-Compilern integriert ist. Der Comeau-Compiler kann auch über das Internet ausprobiert werden.
• Der Intel C++ Compiler verwendet ebenfalls das erwähnte C++-Front-End von EDG. Der Intel C++ Compiler erzeugt Maschinencode für die Intel-Prozessoren unter den Betriebssystemen Windows, Linux und MacOS X. Da die mit dem Intel C++ Compiler erzeugten Programme den Befehlssatz der Intel-Prozessoren besonders gut ausnutzen, erzeugen sie besonders effiziente Programme für Intel-Prozessoren.
• Clang, ein Frontend für die von Apple geförderte plattformübergreifende Compilerinfrastruktur LLVM, die unter anderem auch in Xcode verwendet wird. ^[3]
• Der g++ ist die C++-Ausprägung der GNU Compiler Collection (GCC); g++ ist quelloffen und frei verfügbar. Der g++ unterstützt viele Betriebssysteme (darunter Unix, Linux, Mac OS X, Windows und AmigaOS) und Prozessorplattformen. GNU C++ existiert seit 1987 und ist somit einer der ältesten C++-Compiler.^[4]

Das breite Leistungsspektrum und die vielfältigen Gestaltungsmöglichkeiten der Sprache sowie die Bibliotheken führen zu verhältnismäßig langen Einarbeitungszeiten. Im Vergleich mit C bietet C++ eine enorme Fülle an Sprachmitteln.

C++ war nicht der einzige Ansatz, die Programmiersprache C um Eigenschaften zu erweitern, die das objektorientierte Programmieren vereinfachen. In den 1980er Jahren entstand die Programmiersprache Objective-C, die sich aber im Gegensatz zu C++ an Smalltalk und nicht an Simula orientierte. Die Syntax von Objective-C unterscheidet sich unter anderem wegen der Smalltalk-Wurzeln stark von C++. Objective-C ist deutlich weniger weit verbreitet als C++. Wichtigstes Einsatzgebiet von Objective-C ist die Programmierung unter den Betriebssystemen Apple iOS und Mac OS X sowie unter der Programmierschnittstelle OpenStep.

Die Programmiersprachen Java und C# verfügen über eine ähnliche, ebenfalls an C angelehnte Syntax wie C++,^[5][6] sind auch objektorientiert und unterstützen seit einiger Zeit Typparameter. Trotz äußerlicher Ähnlichkeiten unterscheiden sie sich aber konzeptionell von C++ zum Teil beträchtlich. Insbesondere verfügt ISO-C++ nicht – wie etwa Java – über eine Freispeichersammlung (Garbage Collection), da C++ meist zu direktem Maschinencode kompiliert wird, Java aber in einer virtuellen Maschine läuft, die solche Aufgaben übernehmen kann. Generell ist C++ eher maschinenorientiert als andere ähnliche Sprachen.

Generische Techniken ergänzen die objektorientierte Programmierung um Typparameter und erhöhen so die Wiederverwertbarkeit einmal kodierter Algorithmen. Die generischen Java-Erweiterungen sind jedoch lediglich auf Klassen, nicht aber auf primitive Typen oder Datenkonstanten anwendbar. Demgegenüber beziehen die generischen Spracherweiterungen von C# auch die primitiven Typen mit ein. Dabei handelt es sich allerdings um eine Erweiterung für Generik zur Laufzeit, die die auf Kompilationszeit zugeschnittenen C++-Templates zwar sinnvoll ergänzen, nicht aber ersetzen können.

Gerade die generische Programmierung macht C++ zu einem mächtigen Programmierwerkzeug. Während die objektorientierte Programmierung in Java und C# nach wie vor den zentralen Abstraktionsmechanismus darstellt, ist diese Art der Programmierung in C++ rückläufig. So werden tiefe Klassenhierarchien vermieden, und zu Gunsten der Effizienz und der Minimierung des Ressourcenverbrauchs verzichtet man in vielen Fällen auf Polymorphie, einen der fundamentalen Bestandteile der objektorientierten Programmierung.

Siehe auch: Simula, Smalltalk

Auf die Idee für eine neue Programmiersprache kam Stroustrup durch Erfahrungen mit der Programmiersprache Simula während seiner Doktorarbeit an der Cambridge University. Simula erschien zwar geeignet für den Einsatz in großen Software-Projekten, die Struktur der Sprache erschwerte aber die Erstellung hocheffizienter Programme. Demgegenüber ließen sich effiziente Programme zwar mit der Sprache BCPL schreiben, für große Projekte war BCPL aber wiederum ungeeignet.

Mit den Erfahrungen aus seiner Doktorarbeit erweiterte Stroustrup in den AT&T Bell Laboratories im Rahmen von Untersuchungen des UNIX-Betriebssystemkerns in Bezug auf verteiltes Rechnen ab 1979 die Programmiersprache C. Die Wahl fiel auf die Programmiersprache C, da C eine Mehrzwecksprache war, die schnellen Code produzierte und einfach auf andere Plattformen zu portieren war. Als dem Betriebssystem UNIX beiliegende Sprache hatte C außerdem eine nicht unerhebliche Verbreitung.

Eine der ersten Erweiterungen war ein Klassenkonzept mit Datenkapselung, für das die Sprache Simula-67 das primäre Vorbild war. Danach kamen abgeleitete Klassen hinzu, ein strengeres Typsystem, Inline-Funktionen und Standard-Argumente.

Während Stroustrup „C with Classes“ („C mit Klassen“) entwickelte (woraus später C++ wurde), schrieb er auch cfront, einen Compiler, der aus C with Classes zunächst C-Code als Zwischenresultat erzeugte. Die erste kommerzielle Version von cfront erschien im Oktober 1985.

1983 wurde C with Classes in C++ umbenannt. Erweiterungen darin waren: Überladen von Funktionsnamen und Operatoren, virtuelle Funktionen, Referenzen, Konstanten, eine änderbare Freispeicherverwaltung und eine verbesserte Typüberprüfung. Die Möglichkeit von Kommentaren, die an das Zeilenende gebunden sind, wurde aus BCPL übernommen (//).

1985 erschien die erste Version von C++, die eine wichtige Referenzversion darstellte, da die Sprache damals noch nicht standardisiert war. 1989 erschien die Version 2.0 von C++. Neu darin waren Mehrfachvererbung, abstrakte Klassen, statische Elementfunktionen, konstante Elementfunktionen und die Erweiterung des Zugriffsmodells um protected. 1990 erschien das Buch The Annotated C++ Reference Manual, das als Grundlage für den darauffolgenden Standardisierungsprozess diente.

Relativ spät wurden der Sprache Templates, Ausnahmebehandlung, Namensräume, neuartige Typumwandlungen und boolesche Typen hinzugefügt.

Im Zuge der Weiterentwicklung der Sprache C++ entstand auch eine gegenüber C erweiterte Standardbibliothek. Erste Ergänzung war die Stream-I/O-Bibliothek, die Ersatz für traditionelle C-Funktionen wie zum Beispiel printf() und scanf() bietet. Eine der wesentlichen Erweiterungen der Standardbibliothek kam später durch die Integration großer Teile der bei Hewlett-Packard entwickelten Standard Template Library (STL) hinzu.

Nach jahrelanger Arbeit wurde schließlich 1998 die endgültige Fassung der Sprache C++ (ISO/IEC 14882:1998) genormt. 2003 wurde ISO/IEC 14882:2003 verabschiedet, eine Nachbesserung der Norm von 1998.

Themen der Sprache C++, die Rechenzeit und Speicherplatz betreffen, wurden im so genannten technical report ISO/IEC TR 18015:2006 behandelt.^[7]

Am 11. Oktober 2011 erschien die stark überarbeitete Revision ISO/IEC 14882:2011, in der unter anderem erstmalig Threads berücksichtigt wurden.

Um mit den aktuellen Entwicklungen der sich schnell verändernden Computer-Technik Schritt zu halten, aber auch zur Ausbesserung bekannter Schwächen, erarbeitete das C++-Standardisierungskomitee die nächste größere Revision von C++, die inoffiziell mit C++0x abgekürzt wurde, worin die Ziffernfolge eine grobe Einschätzung des möglichen Erscheinungstermins andeuten sollte.

Die vorrangigen Ziele für die Weiterentwicklung von C++ waren Verbesserungen im Hinblick auf die Systemprogrammierung sowie zur Erstellung von Programmbibliotheken. Außerdem sollte die Erlernbarkeit der Sprache für Anfänger verbessert werden. Gleichzeitig wurden Mittel übernommen, teilweise auch aus anderen Sprachen, die das Programmieren in einigen Aspekten vereinfachen, so zum Beispiel Lambda-Funktionen, bereichsbasierte For-Schleifen (foreach) über Vektoren/Arrays oder automatische Typerkennung (Schlüsselwort auto).^[8]

Im November 2006 wurde der Zieltermin für die Fertigstellung auf das Jahr 2009 festgelegt. Im Juli 2009 wurde dieser Termin auf frühestens 2010 geändert. Im August 2011 wurde die Revision einstimmig von der ISO-Behörde angenommen.^[9] und am 11. Oktober 2011 offiziell veröffentlicht.^[10][11]Inoffiziell heißt die Version C++11.

C++98 deckte einige typische Problemfelder der Programmierung noch nicht ausreichend ab, zum Beispiel die Unterstützung von Nebenläufigkeit (Threads), deren Integration in C++, insbesondere für die Verwendung in Mehrprozessorumgebungen, eine Überarbeitung der Sprache unumgänglich machte. Durch die Einführung eines Speichermodells wurden Garantien der Sprache für den nebenläufigen Betrieb festgelegt, um Mehrdeutigkeiten in der Abarbeitungsreihenfolge sowohl aufzulösen als auch in bestimmten Fällen aufrechtzuerhalten und dadurch Spielraum für Optimierungen zu schaffen. Eine eigene Bibliothek zur Unterstützung von Threads durch die C++11-Standardbibliothek wurde ebenfalls eingeführt.

Zu den weitreichenderen Spracherweiterungen gehört die automatische Typableitung zur Ableitung von Ergebnistypen aus Ausdrücken und die sogenannten R-Wert-Referenzen, mit deren Hilfe sich als Ergänzung zu dem bereits vorhandenen Kopieren von Objekten dann auch ein Verschieben realisieren lässt.

Im April 2006 gab das C++-Standardisierungskomitee den sogenannten ersten technischen Report (TR1) heraus, eine nichtnormative Ergänzung zur aktuell gültigen, 1998 definierten Bibliothek, mit der Erweiterungsvorschläge vor einer möglichen Übernahme in die C++-Standardbibliothek auf ihre Praxistauglichkeit hin untersucht werden sollen. Viele Compiler-Hersteller lieferten den TR1 mit ihren Produkten aus.

Enthalten waren im TR1 u. a. reguläre Ausdrücke,^[12] verschiedene intelligente Zeiger,^[13] ungeordnete assoziative Container,^[14] eine Zufallszahlenbibliothek,^[15] Hilfsmittel für die C++-Metaprogrammierung, Tupel^[16] sowie numerische und mathematische Bibliotheken.^[17] Die meisten dieser Erweiterungen stammten aus der Boost-Bibliothek, woraus sie mit minimalen Änderungen übernommen wurden. Außerdem waren sämtliche Bibliothekserweiterungen der 1999 überarbeiteten Programmiersprache C (C99) in einer an C++ angepassten Form enthalten.^[18]

Mit Ausnahme der numerischen und mathematischen Bibliotheken wurde die Übernahme aller TR1-Erweiterungen in die Sprachnorm C++11 beschlossen.

Als Name für C++ war ursprünglich "D" im Gespräch, allerdings entschieden die Entwickler sich gegen diesen Namen (und zugunsten des Namens C++), um die Herkunft der Sprache klar hervorzuheben. Der Name C++ ist eine Wortschöpfung von Rick Mascitti und wurde zum ersten Mal im Dezember 1983 benutzt. Der Name kommt von der Verbindung der Vorgängersprache C und dem Inkrement-Operator „++“, der den Wert einer Variablen inkrementiert (um eins erhöht). Der Erfinder von C++, Bjarne Stroustrup, nannte C++ zunächst "C mit Klassen" (C with classes).^[19]

• C++-Standardbibliothek
• Ressourcenbelegung ist Initialisierung (RAII)
• C++/CLI
• Embedded C++, eine Variante der Sprache C++ für eingebettete Systeme

• Bjarne Stroustrup: Die C++-Programmiersprache. 4. Auflage. Addison-Wesley, 2009, ISBN 978-3-8273-2823-6 (Standardwerk zu C++, Grundkenntnisse in C von Vorteil.). 

• Bjarne Stroustrup: The Design and Evolution of C++. Addison-Wesley, 1994, ISBN 978-0-201-54330-8 (Das Buch beschreibt die Entwicklung und Design von C++; Vom Sprachdesigner geschrieben.). 

• Bjarne Stroustrup: Programming -- Principles and Practice Using C++. Addison-Wesley, 2008, ISBN 978-0-321-54372-1 (Einführung in die Programmierung; Standardwerk für Einstiegsprogrammierkurse an der Universität Texas A&M). 

• Andrew Koenig, Barbara E. Moo: Intensivkurs C++. 1. Auflage. Pearson Studium, 2003, ISBN 3-8273-7029-9 (Anfängerbuch, ein gewisses Grundverständnis der Programmierung ist von Vorteil.). 

• Scott Meyers: Effektiv C++ Programmieren – 55 Möglichkeiten, Ihre Programme und Entwürfe zu verbessern. 1. Auflage. Addison-Wesley, 2006, ISBN 3-8273-2297-9 (Zur Vertiefung bereits vorhandener C++-Kenntnisse.). 

• Scott Meyers: Mehr Effektiv C++ programmieren – 35 neue Wege zur Verbesserung Ihrer Programme und Entwürfe. 1. Auflage. Addison-Wesley, 1997, ISBN 3-8273-1275-2 (Vertiefung vorhandener C++-Kenntnisse.). 

• Herb Sutter: Exceptional C++. 1. Auflage. Addison-Wesley, 2000, ISBN 3-8273-1711-8 (Vertiefung vorhandener C++-Kenntnisse.). 

• Andrei Alexandrescu: Modernes C++ Design – Generische Programmierung und Entwurfsmuster angewendet. 1. Auflage. Mitp-Verlag, 2003, ISBN 3-8266-1347-3 (Ein Standardwerk zur C++-Metaprogrammierung, setzt ein tiefes Verständnis von C++ voraus.). 

• Bruce Eckel: Thinking in C++, Volume 1: Introduction to Standard C++. 2. Auflage. Prentice Hall, 2000, ISBN 0-13-979809-9 (Online). 

• Bruce Eckel: Thinking in C++, Volume 2: Practical Programming. 1. Auflage. Prentice Hall, 2003, ISBN 0-13-035313-2 (Online). 

Wikibooks: C++-Programmierung – Lern- und Lehrmaterialien

• Webauftritt des C++-Standardisierungskomitees (englisch)
• Working Draft, Standard for Programming Language C++ (englisch)
• Bjarne Stroustrup über die Geschichte von C++ zwischen 1991 und 2006 (HOPL-III) (englisch)

1. ↑ ISO/IEC 14882:2020 Programming languages — C++. Dezember 2020.
2. ↑ http://www.research.att.com/~bs/hopl-almost-final.pdf
3. ↑ http://clang.llvm.org/
4. ↑ Bjarne Stroustrup: Evolving a language in and for the real world: C++ 1991-2006
5. ↑ Java - A Bit of History
6. ↑ Peter Drayton, Ted Neward, Ben Albahari: C# in a Nutshell: A Desktop Quick Reference. 2. Auflage. O'Reilly, 2003, ISBN 978-0-596-00526-9. 
7. ↑ ISO Technical Report on C++ Performance
8. ↑ http://www2.research.att.com/~bs/C++0xFAQ.html#think
9. ↑ C++11 einstimmig als Standard angenommen – Artikel bei Heise online, vom 13. August 2011
10. ↑ Neue C++-Version als ISO/IEC-Standard veröffentlicht – Artikel bei Heise online, vom 11. Oktober 2011
11. ↑ Programmiersprache: ISO veröffentlicht C++11 – Artikel bei Golem.de, vom 11. Oktober 2011
12. ↑ A Proposal to add Regular Expressions to the Standard Library (englisch) – Webdokument bei Open Standards, vom 3. März 2003
13. ↑ A Proposal to Add General Purpose Smart Pointers to the Library Technical Report (englisch) – Webdokument bei Open Standards, vom 27. März 2003
14. ↑ A Proposal to Add Hash Tables to the Standard Library (englisch) – Webdokument bei Open Standards, vom 9. April 2003
15. ↑ A Proposal to Add an Extensible Random Number Facility to the Standard Library (englisch) – Webdokument bei Open Standards, vom 10. April 2003
16. ↑ Proposal for adding tuple types into the standard library (englisch, PDF ≈ 164 KB) – Dokumemt bei Open Standards, vom 8. November 2002
17. ↑ A Proposal to Add Mathematical Special Functions to the C++ Standard Library (englisch) – Webdokument bei Open Standards, vom 24. Februar 2003
18. ↑ ISO/IEC JTC1/SC22/WG21 N1568 (englisch) – Webdokument bei Open Standards, von 2004
19. ↑ When was C++ invented? (englisch) – FAQ-Eintrag bei AT&T Labs Research; Stand: 4. Juli 2011