C# vs C++: Bellek, Performans, Oyun Geliştirme ve Öğrenme Eğrisi

C# ve C++ bir harfi ve süslü parantezli sözdizimini paylaşır, ama farklı seviyelerde dururlar. C++ (1985) doğrudan makine koduna derlenir ve her nesnenin tam olarak nerede yaşadığını ve ne zaman öldüğünü kontrol etmenizi sağlar. C# (2002) ise .NET çalışma zamanının çalışma sırasında makine koduna çevirdiği bir ara dile derlenir ve belleği sizin için bir çöp toplayıcı geri alır. Aşağıdaki farkların neredeyse hepsi bu tek seçimden doğar.

Bir bakışta

Bellek: çöp toplayıcı ve RAII

C++'ta otomatik depolamalı bir nesne kapsam dışına çıktığında yok edilir ve destructor'ı tam o anda çalışır. Heap nesnelerinin sahibi akıllı pointer'lardır (std::unique_ptr, std::shared_ptr) ya da new ve delete ile elle yönetilirler. Resource Acquisition Is Initialization (RAII) denen bu kalıp, belleğin ve diğer her kaynağın belirlenimci biçimde temizlenmesini sağlar.

// C++
#include <memory>
#include <fstream>

void save() {
    std::ofstream file("log.txt");          // opened here
    auto buffer = std::make_unique<char[]>(4096);
    file << "saved\n";
}   // file closed and buffer freed here, in reverse order

C#'ta her sınıf örneği yönetilen heap'te yaşar ve çöp toplayıcı, ona hiçbir şey başvurmadığında onu daha sonraki bir anda serbest bırakır. Hiçbir zaman delete yazmazsınız ve hâlâ kullanımda olan bir şeyi asla serbest bırakamazsınız. Bellek halledilmiştir; GC'nin hemen halletmediği şey diğer kaynaklardır: dosyalar, soketler, veritabanı bağlantıları. Bunlar için C#'ta IDisposable ve bir bloğun sonunda Dispose'u çağıran using ifadesi vardır; destructor'a en yakın şey budur:

using System;

class Connection : IDisposable
{
    private readonly string name;
    public Connection(string name) { this.name = name; Console.WriteLine($"open {name}"); }
    public void Send(string msg) { Console.WriteLine($"{name} <- {msg}"); }
    public void Dispose() { Console.WriteLine($"close {name}"); }
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        using (var db = new Connection("db"))
        using (var cache = new Connection("cache"))
        {
            db.Send("SELECT 1");
            cache.Send("PING");
        }   // Dispose runs here, in reverse order, even if an exception is thrown
        Console.WriteLine("done");
    }
}

Çıktı:

open db
open cache
db <- SELECT 1
cache <- PING
close cache
close db
done

Fark şudur: C++'ta temizlik her yerel nesne ve akıllı pointer'ın sahip olduğu her nesne için kapsama bağlıdır; C#'ta ise bellek için otomatik, geri kalan her şey için isteğe bağlıdır (using ile). Bununla ilgili daha fazlası using ifadesi sayfasında.

Güvenlik: tanımsız davranış yerine istisnalar

C++'ta bir dizinin sonunu aşarak okumak tanımsız davranıştır: program çöp değer yazdırabilir, çökebilir ya da bozuk bellekle çalışmaya devam edebilir ve sonuç derlemeden derlemeye değişebilir. Aynı hata C#'ta tam ilgili satırda bir istisna fırlatır.

// C++: compiles, and the behavior is undefined
int scores[3] = {90, 85, 77};
int x = scores[5];   // reads whatever is in memory there

using System;

class Program
{
    static void Main()
    {
        int[] scores = { 90, 85, 77 };
        try
        {
            int x = scores[5];
            Console.WriteLine(x);
        }
        catch (IndexOutOfRangeException)
        {
            Console.WriteLine("Index 5 is outside an array of length " + scores.Length);
        }

        string name = null;
        try
        {
            Console.WriteLine(name.Length);
        }
        catch (NullReferenceException)
        {
            Console.WriteLine("name was null");
        }
    }
}

Çıktı:

Index 5 is outside an array of length 3
name was null

Bellek bozulması hatalarının tüm sınıfı (buffer taşmaları, serbest bırakıldıktan sonra kullanım, çift serbest bırakma, sarkan pointer'lar) güvenli C#'ta yoktur. C# kodunun daha hızlı yazılıp gözden geçirilmesinin büyük bir nedeni budur.

Pointer'lar ve unsafe kod

C#'ta pointer'lar vardır, ama yalnızca unsafe blokların içinde ve projenin <AllowUnsafeBlocks>true</AllowUnsafeBlocks> ile bunu açması gerekir. Yönetilen heap'teki nesneler çöp toplama sırasında yer değiştirebilir, bu yüzden adreslerini almadan önce onları fixed ile sabitlersiniz:

// C#, requires AllowUnsafeBlocks
unsafe
{
    int[] data = { 1, 2, 3 };
    fixed (int* p = data)
    {
        *(p + 1) = 20;   // data is now { 1, 20, 3 }
    }
}

Unsafe kod, yerel kütüphanelerle birlikte çalışma ve birkaç sıcak döngü için kullanılır. Bugün düşük seviye C# kodunun çoğu bunun yerine Span<T>, ref yerel değişkenleri ve stackalloc kullanır; bunlar sınır denetimlerini korurken pointer benzeri performans verir.

Performans

C++ tüm programı derleyiciye önceden verir ve çalışma zamanında hiçbir şey eklemez: çöp toplayıcı yok, JIT yok, siz istemedikçe sınır denetimi yok. Bu, her mikrosaniyenin ya da her baytın önemli olduğu ve duraklamaların kabul edilemediği yerlerde onu tercih edilen dil yapar.

C# güvenliğinin bedelini bir çalışma zamanı, başlangıçta JIT ısınması ve ara sıra GC duraklamalarıyla öder. Throughput açısından genellikle C++'a küçük bir fark içinde yaklaşır ve fark her .NET sürümüyle daraldı: profil yönlendirmeli optimizasyonla kademeli JIT, bellek ayırmalardan kaçınmak için struct'lar ve Span<T>, SIMD için donanım intrinsic'leri ve önceden tek bir yerel çalıştırılabilir dosyaya derleyen Native AOT. Web API'leri, araçlar ve iş mantığı için veritabanı ve ağ baskındır ve dil farkı nadiren görünür.

Oyun geliştirme: Unity ve Unreal

Çoğu insanın bu soruyla karşılaştığı yer burasıdır. Unity C# ile programlanır: oyun kodu, arayüz ve araçlar oyun nesnelerine bağlı C# sınıflarıdır, motorun çekirdeği ise C++'tır. Unreal Engine C++ ile yazılmıştır ve oyun kodu C++ artı Blueprints görsel betik sistemidir. Godot hem GDScript'i hem de C#'ı destekler.

Unity ile C# öğrenmek ve üzerinde yineleme yapmak daha hızlıdır; bağımsız ve mobil oyunlarda bu kadar yaygın olmasının nedeni budur. Unreal ve C++ AAA stüdyolarda standarttır ve her yerde motor programcıları C++ ile çalışır. Yaygın bir yol Unity ile başlamak, sonra Unreal'e ya da motor işine geçerseniz C++ öğrenmektir.

Derleme modeli

Bir C++ programı header'lara (.h, bildirimler) ve kaynak dosyalara (.cpp, tanımlar) bölünür. Önişlemci header'ları her kaynak dosyaya yapıştırır, her dosya ayrı derlenir ve linker sonuçları birleştirir. Template'ler onları kullanan her dosyada örneklenir; büyük C++ derlemelerinin yavaş olmasının nedenlerinden biri budur.

C#'ta bunların hiçbiri yoktur. Bir proje, birlikte bir assembly'ye (.dll) derlenen .cs dosyalarından oluşur; bildirim sırası ve dosya sırası önemli değildir ve bir dosyadaki tip, başka bir dosyadaki tipi include olmadan kullanabilir. Kütüphaneler NuGet paketleri olarak gelir. using yönergesi bir dosyayı değil bir namespace'i içe aktarır.

Fark edeceğiniz sözdizimi farkları

• Nesneler. C++'ta auto p = std::make_unique<Player>(); ve p->Jump();; C#'ta var p = new Player(); ve p.Jump();. C# her şey için . kullanır.
• String'ler. std::string değiştirilebilir bir değerdir; C# string'i değiştirilemez bir referans tipidir.
• Çoklu kalıtım. C++ bir sınıfın birkaç sınıftan kalıtım almasına izin verir; C# bir temel sınıfa ve istenen sayıda interface'e izin verir.
• Template'ler ve generics. C++ template'leri derleme zamanında kod üretimidir ve metaprogramlama yapabilir; C# generics'i açık kısıtlarla (where T : IComparable<T>) bir kez tip denetiminden geçer.
• Standart kütüphane. C#'ınki HTTP, JSON, düzenli ifadeler, dosya G/Ç, sıkıştırma ve kriptografi içerir; C++'ta bunların çoğu üçüncü taraf kütüphanelerden gelir.

Hangisini öğrenmeli

Uygulamalar, web backend'leri, araçlar ya da Unity oyunları yapmak ve sonuçları hızlı görmek istiyorsanız C# öğrenin. Oyun motorlarını, grafiği, gömülü sistemleri, işletim sistemlerini, tarayıcıları ya da donanım seviyesinde kontrolün ve öngörülebilir gecikmenin asıl mesele olduğu her şeyi hedefliyorsanız C++ öğrenin. C# daha yumuşak bir ilk dildir; C++ ise ikinci dil olarak öğrenmeye değer, çünkü C# çalışma zamanının sizin için ne yaptığını öğretir.