Си (язык программирования)

Си (англ. C) — стандартизированный процедурный язык программирования, разработанный в начале 1970-х годов сотрудникамиBell Labs Кеном Томпсоном и Денисом Ритчи как развитие языка Би. Си был создан для использования в операционной системе UNIX. С тех пор он был портирован на многие другие операционные системы и стал одним из самых используемых языков программирования. Си ценят за его эффективность. Он является самым популярным языком для создания системного программного обеспечения. Его также часто используют для создания прикладных программ. Несмотря на то, что Си не разрабатывался для новичков, он активно используется для обучения программированию. В дальнейшем синтаксис языка Си стал основой для многих других языков (см.: Си-подобный синтаксис).

Для языка Си характерны лаконичность, современный набор конструкций управления потоком выполнения, структур данных и обширный набор операций.

Особенности

Обзор

Язык программирования Си отличается минимализмом. Авторы языка хотели, чтобы программы на нём легко компилировались с помощью однопроходного компилятора, чтобы каждой элементарной составляющей программы после компиляции соответствовало весьма небольшое число машинных команд, а использование базовых элементов языка не задействовало библиотеку времени выполнения. Однопроходный компилятор компилирует программу, не возвращаясь назад, к уже обработанному тексту. Поэтому использованию функции должно предшествовать её объявление. Код на Си можно легко писать на низком уровне абстракции, почти как на ассемблере. Иногда Си называют «универсальным ассемблером» или «ассемблером высокого уровня», что отражает различие языков ассемблера для разных платформ и единство стандарта Си, код которого может быть скомпилирован без изменений практически на любой модели компьютера. Си часто называют языком среднего уровня или даже низкого уровня, учитывая то, как близко он работает к реальным устройствам.

Компиляторы Си разрабатываются сравнительно легко благодаря относительно низкому уровню языка и скромному набору элементов. Поэтому данный язык доступен на самых различных платформах (возможно, круг этих платформ шире, чем у любого другого существующего языка). К тому же, несмотря на свою низкоуровневую природу, язык позволяет создавать переносимые программы и поддерживает в этом программиста. Программы, соответствующие стандарту языка, могут компилироваться на самых различных компьютерах.

Си (как и ОС UNIX, с которой он долгое время был связан) создавался программистами и для программистов, круг которых был бы ненамного шире круга разработчиков языка. Несмотря на это, область использования языка значительно шире задач системного программирования.

Си создавался с одной важной целью: сделать более простым написание больших программ с минимумом ошибок по правилам процедурного программирования, не добавляя на итоговый код программ лишних накладных расходов для компилятора, как это всегда делают языки очень высокого уровня, такие как Бейсик. С этой стороны Си имеет следующие важные особенности:

• простую языковую базу, из которой вынесены в библиотеки многие существенные возможности, вроде математических функций или функций управления файлами;
• ориентацию на процедурное программирование, обеспечивающую удобство применения структурного стиля программирования;
• систему типов, предохраняющую от бессмысленных операций;
• использование препроцессора для, например, определения макросов и включения файлов с исходным кодом;
• непосредственный доступ к памяти компьютера через использование указателей;
• минимальное число ключевых слов;
• передачу параметров в функцию по значению, а не по ссылке (при этом передача по ссылке выполняется с помощью указателей);
• указатели на функции и статические переменные

• области действия имён;
• записи — определяемые пользователем собирательные типы данных (структуры), которыми можно манипулировать как одним целым;

Вот некоторые особенности других языков программирования, которых не имеет Си:

• автоматическое управление памятью;
• поддержка объектно-ориентированного программирования (при этом первые версии C++ генерировали код программы на языке Си);
• замыкание;
• вложенные функции (существуют компиляторы языка Си реализующие эту функцию, например компилятор GNU);
• полиморфизм функций и операторов;
• встроенная поддержка многозадачности и сети
• функции высшего порядка
• карринг.

После появления язык Си был хорошо принят, потому что он позволял быстро создавать компиляторы для новых платформ, а также позволял программистам довольно точно представлять, как выполняются их программы. Благодаря этому программы, написанные на Си, эффективнее написанных на многих других языках. Как правило, лишь оптимизированный вручную код на ассемблере может работать ещё быстрее, потому что он даёт полный контроль над машиной, однако развитие современных компиляторов вместе с усложнением современных процессоров быстро сократило этот разрыв.

Одним из последствий высокой эффективности и переносимости Си стало то, что многие компиляторы, интерпретаторы и библиотеки других языков высокого уровня часто выполнены на языке Си.

История

[править]Ранние разработки

Язык программирования Си был разработан в лабораториях Bell Labs в период с 1969 по 1973 годы. Согласно Ритчи, самый активный период творчества пришёлся на 1972 год. Язык назвали «Си» (C — третья буква латинского алфавита), потому что многие его особенности берут начало от старого языка «Би» (B — вторая буква латинского алфавита). Существует несколько различных версий происхождения названия языка Би. Кен Томпсон указывает на язык программирования BCPL, однако существует ещё и язык Bon, также созданный им, и названный так в честь его жены Бонни.

Существует несколько легенд, касающихся причин разработки Си и его отношения к операционной системе UNIX, включая следующие:

• Разработка Си стала результатом того, что его будущие авторы любили компьютерную игру, подобную популярной игре Asteroids (Астероиды). Они уже давно играли в неё на главном сервере компании, который был недостаточно мощным и должен был обслуживать около ста пользователей. Томпсон и Ритчи посчитали, что им не хватает контроля над космическим кораблём для того, чтобы избегать столкновений с некоторыми камнями. Поэтому они решили перенести игру на свободный PDP-7, стоящий в офисе. Однако этот компьютер не имел операционной системы, что заставило их её написать. В конце концов, они решили перенести эту операционную систему ещё и на офисный PDP-11, что было очень тяжело, потому что её код был целиком написан на ассемблере. Было вынесено предложение использовать какой-нибудь высокоуровневый портативный язык, чтобы можно было легко переносить ОС с одного компьютера на другой. Язык Би, который они хотели сначала задействовать для этого, оказался лишён функциональности, способной использовать новые возможности PDP-11. Поэтому они и остановились на разработке языка Си.
• Самый первый компьютер, для которого была первоначально написана UNIX, предназначался для создания системы автоматического заполнения документов. Первая версия UNIX была написана на ассемблере. Позднее для того, чтобы переписать эту операционную систему, был разработан язык Си.

К 1973 году язык Си стал достаточно силён, и большая часть ядра UNIX, первоначально написанная на ассемблере PDP-11/20, была переписана на Си. Это было одно из самых первых ядер операционных систем, написанное на языке, отличном от ассемблера; более ранними были лишь системы Multics (написана на ПЛ/1) и TRIPOS (написана на BCPL).

[править]K&R C

В 1978 году Ритчи и Керниган опубликовали первую редакцию книги «Язык программирования Си». Эта книга, известная среди программистов как «K&R», служила многие годы неформальной спецификацией языка. Версию языка Си, описанную в ней, часто называют «K&R C». (Вторая редакция этой книги посвящена более позднему стандарту ANSI C, описанному ниже.)

K&R ввёл следующие особенности языка:

• записи (тип данных struct);
• длинное целое (тип данных long int);
• целое без знака (тип данных unsigned int);
• оператор += и подобные ему (старые операторы =+ вводили анализатор лексики компилятора Си в заблуждение, например, при сравнении выражений i =+ 10 и i = +10).

K&R C часто считают самой главной частью языка, которую должен поддерживать компилятор Си. Многие годы даже после выхода ANSI C, он считался минимальным уровнем, которого следовало придерживаться программистам, желающим добиться от своих программ максимальной портативности, потому что не все компиляторы тогда поддерживали ANSI C, а хороший код на K&R C был верен и для ANSI C.

После публикации K&R C в язык было добавлено несколько «неофициальных» возможностей, поддерживаемый компиляторами AT&T и некоторых других производителей:

• функции, не возвращающие значение (с типом void) и указатели, не имеющие типа (с типом void *);
• функции, возвращающие объединения и записи;
• имена полей данных записей в разных пространствах имён для каждой записи;
• присваивания записей;
• спецификатор констант (const);
• стандартная библиотека, реализующая большую часть функций, введённых различными производителями;
• перечислимый тип;
• дробное число одинарной точности (float).