مقایسه زبان برنامه نویسی پایتون و C++

بحث مقایسه پایتون و C++ موضوع جذابی است زیرا هر دو زبان برنامه‌نویسی از نظر نحو (syntax)، سادگی استفاده و رویکرد کلی برنامه‌نویسی با یکدیگر تفاوت دارند.
در اینجا سوالاتی مطرح می‌شود که مبتدیان بیشتر به آن علاقه دارند: کدام زبان را یاد بگیریم پایتون یا c++؟ آیا پایتون از C++ بهتر است؟ قبل از هر چیز بهتر است بدانید که پایتون بسیار کاربرپسند است، در حالی که C++ یک زبان پیچیده‌تر است و دارای قوانین نگارشی خاصی برای نوشتن برنامه‌ها است. پایتون (Python) در سال‌های اخیر به یکی از اصلی‌ترین زبان‌ها برای یادگیری برنامه‌نویسی تبدیل شده است. همچنین پایتون به دلیل کدهای کوتاه‌تر و خوانایی کد، محبوبیت زیادی در بین توسعه دهندگان جدید پیدا کرده است.
وقتی صحبت از موارد استفاده آنها می‌شود، پایتون زبان اصلی برای یادگیری ماشین و تجزیه و تحلیل داده‌ها است و C++ بهترین گزینه برای توسعه بازی و سیستم‌های بزرگ می‌باشد.
برای اینکه انتخاب بهتری در مورد زبان برنامه‌نویسی مناسب برای حوزه مد نظر خود داشته باشید شما را به خواندن ادامه این مقاله دعوت می‌کنم.

مقایسه پایتون و C++

زمانیکه پایتون را با C++ مقایسه می‌کنید، به یاد داشته باشید که هر کدام ابزاری هستند که برای حل مشکلات متفاوتی استفاده می‌شوند.

برای انجام هر کاری باید از ابزار مناسب آن کار استفاده کرد. در این مقاله، با ویژگی‌های پایتون  و C++ آشنا می‌شوید که به شما برای انتخاب زبان برنامه‌نویسی مناسب کمک می‌کند. بنابراین، مقایسه دو زبان برنامه‌نویسی پایتون و C++  به معنای “مخالفت” با یکدیگر نیست بلکه هر کدام برای کار خاصی ساخته شده‌اند.

 

زبان سطح بالا در مقابل زبان سطح پایین

زمانی که از سطح یک زبان برنامه نویسی صحبت می‌کنیم به این معنا نیست که یک زبان از زبان دیگر بهتر، با ارزشتر یا ساده‌تر است. اگر بخواهیم به صورت ساده این دسته بندی را تعریف کنیم زبان‌هایی که به زبان انسان نزدیکترند  و دارای انتزاع بیشتری نسبت به ساختار ریزپردازنده هستند زبان‌های سطح بالا نام می‌گیرند و زبان‌هایی که انتزاع کمتری دارند و به زبان ماشین نزدیکترند زبان سطح پایین تلقی می‌شوند. با این تعریف پایتون یک زبان سطح بالا و c++ یک زبان سطح پایین است. کافی است به کدهای این دو زبان نگاه کنید ساختار نوشتاری کدهای پایتون به ساختار زبان انگلیسی بسیار نزدیکتر است و حتی ممکن است یک انسان بتواند با دانش کم برنامه نویسی نیز این کدها را درک کند. لازم به ذکر است سطح زبان‌ها نسبی است به این معنی که یک برنامه‌نویس پایتون ممکن است زبان c++ را سطح پایین بداند در حالی یک برنامه‌نویس c++ زبان ماشین را در سطحی پایین‌تر از خود می‌داند.

کامپایل شدن  در مقابل ماشین مجازی

زمانیکه شما یک برنامه را با یک زبان برنامه نویسی سطح بالا می‌نویسید، کامپیوتر درکی از برنامه شما و کدهای درون آن نخواهد داشت. بنابراین شما به چیزی نیاز دارید که این برنامه سطح بالا را به زبان قابل فهم برای کامپیوتر تبدیل کند. اینجا درست زمانی است که Compiler و Interpreter ها به کمک ما می‌آیند و هر دوی آنها یک کار را برای ما انجام می‌دهند، آنها زبان سطح بالا را به زبانی که کامپیوتر متوجه شود تبدیل می‌کنند. اما تفاوت آنها در این است که در زبان‌های کامپایلری ابتدا یکبار کد‌ها به صورت کامل ترجمه می‌گردند و سپس برنامه برای اجرا از روی فایل کامپایل شده اجرا می گردد. اما در زبان‌های مفسری کدها به صورت خط به خط تفسیر و اجرا می‌شوند و این روند در اجراهای بعدی برنامه نیز به همین صورت ادامه می‌یابد.

بیایید از بزرگترین تفاوت بین پایتون و C++ صحبت کنیم. در C++ از کامپایلری (compiler) استفاده می‌کنید که کد منبع (source code) را به کد ماشین تبدیل می‌کند و یک فایل اجرایی را تولید می‌کند. فایل اجرایی یک فایل جداگانه است که می‌تواند بعنوان یک برنامه مستقل اجرا شود:

 

 

این فرآیند دستورالعمل‌های ماشین را برای پردازنده و سیستم عامل خاص می‌سازد. طرح بالا ،کامپایل یک برنامه برای Windows است. این بدان معناست که شما باید برنامه خود را برای هر کدام از سیستم عامل‌های Windows، Mac و Linux به صورت جداگانه کامپایل کنید:

 

 

همچنین برای اجرای کدهای C++ در سیستم عامل‌های مختلف باید در کد خود تغییراتی بدهید و بعد کامپایل کنید.

حالا به CPython نگاه خواهیم کرد که اجرای استاندارد زبان پایتون است و یک فرایند متفاوت نسبت به C++ دارد. CPython نسخه‌ای از مفسر پایتون است که به زبان برنامه‌نویسی C نوشته شده است. CPython مفسر اصلی و پیش‌فرض برای اجرای برنامه‌های پایتون است. این مفسر توسط خالق پایتون، Guido Van Rossum ساخته شده است. هر زمانی که شما برنامه را اجرا کنید CPython اجرا می‌شود و کد منبع شما را درست مثل کامپایلر C++ کامپایل می‌کند. تفاوت در این است که پایتون کد منبع را به جای کد ماشین محلی (native machine code) به بایت کد (Bytecode) کامپایل می‌کند. بایت کد برای ماشین مجازی پایتون، کد دستورالعمل محلی است. به منظور سرعت بخشیدن به اجرای برنامه‌های بعدی، پایتون کدهای Bytecode را در فایل‌هایی با فرمت .pyc ذخیره می‌کند.

 

 

اگر شما از پایتون 2 استفاده می‌کنید متوجه خواهید شد که فایل‌های Bytecode در کنار فایل .py قرار دارند

ولی در پایتون 3 در پوشه __pycache__ قرار دارند.

Bytecode تولید شده به طور native، در پردازنده اجرا نمی‌شود، بلکه به وسیله ماشین مجازی پایتون اجرا می‌شود. ماشین مجازی پایتون شبیه ماشین مجازی جاوا یا محیط .NET است. اجرای اولیه کد منجر به کامپایل شدن می‌شود. سپس Bytecode برای اجرا در سخت افزار خاص شما تفسیر خواهد شد:

 

 

تا زمانی که کدهای برنامه تغییر نکرده باشد، اجراهای بعدی کامپایل نخواهد شد و برای تفسیر، از Bytecode کامپایل شده قبلی استفاده می‌کند:

 

 

کد تفسیرشده کندتر از کدهای محلی (native code) به طور مستقیم روی سخت افزار اجرا می‌شود. بنابراین چرا پایتون اینگونه کار می‌کند؟ خب، تفسیر کد به این معنی است که ماشین مجازی فقط باید کدها را برای یک سیستم عامل خاص روی یک پردازنده خاص کامپایل کند. کدهای پایتون روی هر سیستم عاملی که پایتون نصب شده باشد اجرا می‌شود.  در شکل زیر مفسر (interpreter) پایتون را مشاهده می‌کنید:

 

 

 

توجه: CPython با زبان برنامه‌نویسی C نوشته شده است، بنابراین در بیشتر سیستم‌هایی که کامپایلر C دارند می‌تواند اجرا شود.

 

در شکل زیر خلاصه مطالب بالا را می‌توانید ببینید:

 

 

ویژگی‌های پایتون و C++

پایتون و C ++ زبان‌های برنامه‌نویسی هستند که برای اهداف عمومی مورد استفاده قرار می‌گیرند اما هر دو زبان پایتون و C ++ از جهات مختلف با یکدیگر تفاوت دارند.

ویژگی‌های C++:

• C++ از زبان C با الگوهای مختلف سرچشمه گرفته و ویژگی کامپایلر را ارائه می‌دهد.
• درC ++ ، کدها روی هر سیستم عاملی که قرار است در آن اجرا شوند نیاز به کامپایل دارند.
• C++ مستعد استفاده زیاد حافظه است زیرا garbage collection را فراهم نمی‌کند و از نشانگرها (pointers) تا حد زیادی استفاده می‌کند.
• درC ++ ، توسعه‌دهنده نیاز است نوع داده را قبل از استفاده آن مشخص کند. بنابراین، در مورد آنچه کدها انجام می‌دهند ابهام کمتری وجود دارد و مدیریت خطا نسبت به پایتون آسانتر است.
• C++ به عنوان یک زبان برنامه‌نویسی سطح میانی ​​شناخته می‌شود زیرا با استفاده از هر دو ویژگی سطح پایین و سطح بالا توسعه داده می‌شود. C++ همچنین از ویژگی‌های شی‌گرایی (object-oriented) مانند مفهوم کلاس‌ها، عملگرهای overloading، ارث‌بری چندگانه (multiple inheritances)، توابع مجازی، مدیریت خطا و غیره پشتیبانی می‌کند.
• C++ برای کامپایل کد از کامپایلر استفاده می‌کند.

 

شعار پایتون این است: “یک بار بنویس، در هر جا اجرا کن” که این امکان را برای اجرای کدهای پایتون روی تمام سیستم عامل‌هایی که پایتون نصب است فراهم می‌کند. با هر موجودیت در پایتون به عنوان یک شیء (object) برخورد می‌شود.

 

ویژگی‌های پایتون:

• پایتون یک هدف کلی دارد و یکی از زبان‌های برنامه‌نویسی سطح بالا است. در پایتون متغیر را می‌توان به طور مستقیم و بدون مشخص کردن آن هنگام نوشتن کد در پایتون استفاده کرد.
• پایتون دارای garbage collection و فرآیند تخصیص حافظه پویا (dynamic memory allocation) است که مدیریت حافظه کارآمد را ممکن می‌سازد.
• پایتون به دلیل یادگیری آسان آن معروف است و به عنوان یکی از زبان‌های برنامه‌نویسی سطح بالا (high-level programming) شناخته شده است. پایتون دارای کتابخانه و توابع داخلی است که قابلیت اجرای راحت کد در مقیاس کوچک و بزرگ را دارد.
• پایتون یک زبان برنامه‌نویسی شی‌گرا است.
• پایتون به عنوان یک زبان اسکریپتی (scripting language) استفاده می‌شود و در بعضی مواقع از آن برای اهداف غیر اسکریپتی استفاده می‌شود. همچنین، پایتون با کمک برخی از ابزارهای موجود می‌تواند یک برنامه اجرایی مستقل داشته باشد.
• پایتون دارای کتابخانه‌هایی است که برای یادگیری و پیاده سازی کاربرپسندتر می‌باشد.
• یکی دیگر از ویژگی‌های پایتون پشتیبانی از چند سکویی (cross platform) است و به همین علت کتابخانه‌های استاندارد گسترده پایتون برای کار بر روی تمام سیستم عامل ها نوشته شده است.

 

تفاوت‌های اصلی بین پایتون و C++

تفاوت اصلی بین پایتون و C ++ در زیر توضیح داده شده است:

پایتون از سازگاری کمتری برخوردار است اما C ++ با سیستم مورد استفاده سازگارتر است.

کدهای برنامه پایتون در مقایسه با کدهای C ++  بسیار کوتاه‌تر است، بنابراین نمونه‌سازی سریع (prototyping) را امکان‌پذیر می‌سازد و در نتیجه سرعت کدگذاری افزایش می‌یابد.

پایتون هنگام فراخوانی توابع و بازگشت مقادیر آنها، از انعطاف‌پذیری بیشتری برخوردار است.

C++  برای کامپایل کد از کامپایلر استفاده می‌کند ولی پایتون هنگام اجرا، از یک مفسر استفاده می‌کند.

پایتون در مقایسه با C++ یک زبان برنامه‌نویسی با کاربرد آسان‌تر است.

سرعت اجرای پایتون کندتر از C++ است ولی پایتون به توسعه سریعتر برنامه کمک می‌کند.

نوشتن کد در C++ به دلیل قواعد نگارش (Syntax) پیچیده به آسانی پایتون نیست ولی استفاده و نوشتن کد در پایتون به دلیل قواعد نگارش (Syntax) کاربرپسند، آسان‌تر است.

در حین نوشتن کد در پایتون، کاربر دیگر نیازی به ذکر نوع داده‌ها قبل از استفاده از آن ندارد، در نتیجه طول کد را کوتاه‌تر و نگهداری آن را راحت‌تر می‌کند. به عنوان مثال، درC ++ ، کاربر باید int a = 5 را بنویسد در حالی که در پایتون a = 5 کافی است.

 

در زیر 9 تفاوت بین پایتون و C++ آورده شده است:

 

 

نتیجه‌گیری

بسیاری از کامپایلرهای نرم‌افزاری C ++ وجود دارند که هم منبع باز و هم رایگان هستند و به راحتی در بازار قابل دسترسی هستند. برخی از این نرم‌افزارها عبارتند ازGNU Project ،Microsoft ،Intel .

همچنینC ++  بر سایر زبان‌های برنامه‌نویسی مانند C# و Java تأثیر داشته است. C ++ شامل برنامه‌های کاربردی سرور با عملکرد بالا، درایور دستگاه‌ها، اجزای درایور تعبیه‌شده، نرم‌افزار سیستم‌ها و نرم‌افزارهای کاربردی است. همچنین برای توسعه بازی‌های ویدیویی استفاده می‌شود. از آنجا که C ++ یک زبان با تایپ استاتیک (Statically typed language) است، نوع متغیرها در زمان کامپایل مشخص می‌شوند.

پایتون یکی دیگر از زبان های برنامه‌نویسی شی‌گرا است که از بسیاری جهات متفاوت از C++ است. پایتون به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهد تا در مقایسه با C++ تلاش بیشتری برای برنامه‌نویسی توابع در خطوط کد کمتر داشته باشند. پایتون به عنوان یک زبان برنامه‌نویسی با قواعد نگارشی (Syntax) و روش‌های رمزگذاری آسان‌تر در نظر گرفته می‌شود. پایتون با مجموعه گسترده‌ای از کتابخانه‌های استاندارد داخلی ساخته شده است و این ویژگی‌ها پایتون را به زبان با قابلیت استفاده عملی تبدیل می‌کند. مفسرهای پایتون را می‌توان به راحتی برای بسیاری از سیستم عامل‌های مختلف یافت. یک توسعه‌دهنده می‌تواند متدها و توابع خود را دوباره در زمان اجرا فراخوانی کند.

زبان برنامه نویسی C++  برای موارد زیر عالی است:

• سرعت اجرای سریع
• کنترل کامل حافظه

در مقابل زبان برنامه نویسی پایتون برای موارد زیر عالی است:

• سرعت توسعه سریع
• حافظه مدیریت شده

با توجه به مشاهده برخی از نقاط قوت و ضعف پایتون و C++ اکنون می‌توانید برای پروژه خود یکی از این دو زبان برنامه‌نویسی را انتخاب کنید.

 

Reference

1. https://realpython.com/python-vs-cpp/
2. https://www.educba.com/python-vs-c-plus-plus/
3. https://techdifferences.com/difference-between-compiler-and-interpreter.html
4. https://www.quora.com/What-is-CPython
5. https://stackoverflow.com/questions/17130975/python-vs-cpython
6. https://www.bitdegree.org/tutorials/python-vs-c-plus-plus/