C++ Introdução

O C++ (lê-se "cê mais mais") é uma linguagem de programação feita para criar programas rápidos, que aproveitam bem o computador: jogos, navegadores, bancos de dados, o software de um carro. Ele é uma linguagem compilada: antes de rodar, o seu texto é traduzido para a língua do processador. Nesta aula você vai entender o que isso quer dizer, onde o C++ é usado, de onde ele veio e como ele se compara com o C, o Java e o Python.

Primeiro: o que é programar?

Um computador não "entende" nada sozinho. Ele só sabe seguir instruções, uma de cada vez, muito rápido. Programar é escrever essas instruções. Uma linguagem de programação é o idioma combinado entre você e o computador: um conjunto de palavras e símbolos com regras rígidas (onde vai o ponto e vírgula, onde abrem e fecham as chaves).

Pense numa receita de bolo. Ela tem uma lista de passos, em ordem: "pré-aqueça o forno", "misture os ovos com o açúcar", "se a massa estiver grossa, acrescente leite". Um programa é igual: uma lista de passos, alguns com decisões ("se…") e repetições ("bata até ficar homogêneo"). A diferença é que o computador segue a receita ao pé da letra. Se você escrever cuot em vez de cout, ele não adivinha o que você quis dizer: ele para e reclama. Essas reclamações são as mensagens de erro, e o guia vai ensinar você a lê-las.

A língua do processador

O processador (a CPU, o "cérebro" do computador) não entende português, nem inglês, nem C++. Ele só entende código de máquina: números que querem dizer coisas como "some estes dois valores" ou "guarde isto na memória". Escrever programas diretamente em números seria um pesadelo. Por isso existem as linguagens de programação, que são feitas para pessoas lerem e escreverem.

Alguém precisa traduzir o texto da linguagem para os números do processador. Existem dois jeitos de fazer isso:

O C++ é compilado. Essa é a principal razão de ele ser tão rápido: quando o programa roda, a tradução já foi feita, e o processador só executa. A aula Como o C++ Vira Programa mostra a tradução acontecendo, etapa por etapa.

O que é o C++

O C++ é uma linguagem de uso geral: serve para quase qualquer tipo de programa. Três características explicam por que ele é escolhido:

• Rápido. O compilador gera código de máquina, e a linguagem não coloca nada "no meio do caminho" que você não pediu. A regra de ouro dos criadores é: você não paga pelo que não usa.
• Controle. Você decide onde e quando cada dado fica na memória do computador. Isso permite programas muito econômicos, mas também traz responsabilidade (o guia ensina as ferramentas modernas que tornam isso seguro, como ponteiros inteligentes).
• Abstração. Mesmo sendo rápido, o C++ permite escrever em "alto nível": textos (std::string), listas que crescem (std::vector), classes, ordenar uma lista com uma linha. Você escolhe o quanto quer descer aos detalhes.

Veja um programa C++ pequeno. Ele faz uma conta simples dez milhões de vezes (somar o resto da divisão de cada número por 7) e mostra o total:

#include <iostream>

int main() {
    long long total = 0;
    for (long long i = 0; i < 10000000; i++) {
        total += i % 7;
    }
    std::cout << total << "\n";
}

Não se preocupe em entender cada linha agora: long long é um tipo de número inteiro grande (aula Inteiros), o for repete um trecho (aula for) e o % calcula o resto da divisão (aula Operadores Aritméticos). A Ana escreveu o mesmo programa em Python, uma linguagem interpretada, e mediu o tempo dos dois com o comando time, que mostra quanto um programa demorou (a linha real é o tempo de relógio):

total = 0
for i in range(10000000):
    total += i % 7
print(total)

$ g++ -std=c++23 -Wall -Wextra conta.cpp -o conta
$ time ./conta
29999994

real	0m0,043s                       « C++: 43 milésimos de segundo
user	0m0,040s
sys	0m0,003s
$ time python3 conta.py
29999994

real	0m1,774s                       « Python: quase 2 segundos
user	0m1,767s
sys	0m0,005s

Mesmo resultado, e o C++ foi uns 40 vezes mais rápido nesta conta, na máquina da Ana. Os números exatos mudam de computador para computador e de programa para programa, e o Python tem truques (bibliotecas escritas em C e C++) para chegar perto em muitas tarefas. Mas a ordem de grandeza é essa: em contas pesadas, um programa compilado costuma ganhar com folga. É por isso que jogos, navegadores e bancos de dados são feitos em C++.

Rode o programa aqui. A caixa compila o código com um compilador C++ real e mostra o resultado:

#include <iostream>

int main() {
    long long total = 0;
    for (long long i = 0; i < 10000000; i++) {
        total += i % 7;
    }
    std::cout << total << "\n";
}

Onde o C++ é usado

O C++ está em lugares que você usa todo dia, quase sempre escondido:

Um pouco de história

O C++ nasceu de um problema prático. Em 1979, o dinamarquês Bjarne Stroustrup trabalhava no Bell Labs, o laboratório de pesquisa da AT&T nos Estados Unidos, o mesmo lugar onde tinham sido criados o sistema Unix e a linguagem C. No doutorado, na Universidade de Cambridge, ele tinha usado a linguagem Simula, que organizava programas em "classes" (modelos de objetos, como "Conta bancária" ou "Aluno"). A Simula era ótima para organizar ideias, mas lenta demais. O C era rapidíssimo, mas não tinha classes. Stroustrup quis o melhor dos dois.

Por que "++"?

O nome é uma piada de programador. Em C (e em C++), ++ é o operador que soma 1 a uma variável: x++ quer dizer "x mais um" (aula ++ e --). Então C++ quer dizer "o C, um passo à frente". E por que não "D"? Porque o C++ não substituiu o C: ele o estendeu. Quase todo programa em C também é um programa C++ válido.

Rode a linha do tempo abaixo. Cada linha com std::cout escreve um ano e um acontecimento:

#include <iostream>

int main() {
    std::cout << "1979: C com Classes\n";
    std::cout << "1985: C++ chega às lojas\n";
    std::cout << "1998: C++98, o primeiro padrão ISO\n";
    std::cout << "2011: C++11, o C++ moderno\n";
}

#include <iostream>

int main() {
    std::cout << "1979: C com Classes\n";
    std::cout << "1985: C++ chega às lojas\n";
    std::cout << "1998: C++98, o primeiro padrão ISO\n";
    std::cout << "2011: C++11, o C++ moderno\n";
    std::cout << "2023: C++23\n";
}

C++, C, Java e Python

Quem começa a estudar programação quase sempre ouve falar dessas quatro linguagens. Cada uma brilha num lugar diferente:

Resumindo: o C é o "avô" pequeno e direto; o C++ pegou o C e acrescentou ferramentas para organizar programas grandes, sem perder a velocidade; o Java nasceu em 1995 inspirado no C++, mas trocou parte do controle por segurança automática; o Python troca velocidade por facilidade. Nenhuma é "a melhor": cada uma resolve um tipo de problema.

Quando dá errado

Ainda não escrevemos programas, mas há confusões muito comuns em quem está começando com C++:

$ gcc ola.c -o ola
ola.c:1:10: fatal error: iostream: Arquivo ou diretório inexistente
    1 | #include <iostream>
      |          ^~~~~~~~~~
compilation terminated.

O que você vai conseguir fazer

Ao terminar cada nível do guia, você vai saber:

Depois disso, você vai conseguir ler código C++ de projetos reais, estudar um motor de jogos como a Unreal, programar um Arduino ou aprender outra linguagem com facilidade. Para fechar, rode o seu primeiro programa da aula:

#include <iostream>

int main() {
    std::cout << "Olá! Este é o meu primeiro programa em C++.\n";
    std::cout << "Meu nome é ??? e eu vou aprender C++\n";
}

#include <iostream>

int main() {
    std::cout << "Olá! Este é o meu primeiro programa em C++.\n";
    std::cout << "Meu nome é Ana e eu vou aprender C++!\n";
}

O \n no fim de cada texto é a quebra de linha: ele faz a segunda frase começar numa linha nova. Tente apagar o primeiro \n e rodar: as duas frases ficam grudadas. A aula Novas Linhas conta tudo sobre ele.

Exercícios

Resumo

• Programar é escrever instruções para o computador; o processador só entende código de máquina, e alguém precisa traduzir.
• O C++ é compilado: o compilador traduz tudo antes, e o executável roda sozinho, rápido.
• Ele combina velocidade, controle da memória e abstração (strings, listas, classes).
• Está em jogos (Unreal), navegadores (Chromium, Firefox), bancos de dados (MySQL, MongoDB), embarcados (Arduino, carros, aviões) e compiladores (Clang, GCC).
• Criado por Bjarne Stroustrup: "C com Classes" em 1979, nome C++ em 1983, lançamento em 1985, padrão ISO desde 1998; o guia ensina o C++23.
• Comparado com C, Java e Python: tão rápido quanto o C, com mais ferramentas; mais controle que Java e Python, com uma curva de aprendizado mais longa.
• Próximo passo: ver o código virar programa, etapa por etapa, em Como o C++ Vira Programa.