C/O języku C

C jest językiem programowania wysokiego poziomu. Jego nazwę interpretuje się jako następną literę po B (nazwa jego poprzednika), lub drugą literę języka BCPL (poprzednik języka B).

Cechy

• proceduralny
• imperatywny
• ogólnego przeznaczenia
• wystandaryzowany

Historia C

Dennis Ritchie (right), the inventor of the C programming language, with Ken Thompson

W 1947 roku trzej naukowcy z Bell Telephone Laboratories - William Shockley, Walter Brattain i John Bardeen - stworzyli pierwszy tranzystor; w 1956 roku, w MIT skonstruowano pierwszy komputer oparty wyłącznie na tranzystorach: TX-O; w 1958 roku Jack Kilby z Texas Instruments skonstruował układ scalony. Ale zanim powstał pierwszy układ scalony, pierwszy język wysokiego poziomu został już napisany.

W 1954 powstał Fortran (Formula Translator), który zapoczątkował napisanie języka Fortran I (1956). Później powstały kolejno:

• Algol 58 - Algorithmic Language w 1958 r.
• Algol 60 (1960)
• CPL - Combined Programming Language (1963)
• BCPL - Basic CPL (1967)
• B (1969)

i C w oparciu o B.

B został stworzony przez Kena Thompsona z Bell Labs; był to język interpretowany, używany we wczesnych, wewnętrznych wersjach systemu operacyjnego UNIX. Inni pracownicy Bell Labs, Thompson i Dennis Ritchie, rozwinęli B, nazywając go NB; dalszy rozwój NB dał C - język kompilowany. Większa część UNIX-a została ponownie napisana w NB, a następnie w C, co dało w efekcie bardziej przenośny system operacyjny. W 1978 roku wydana została książka pt. "The C Programming Language", która stała się pierwszym podręcznikiem do nauki języka C.

Możliwość uruchamiania UNIX-a na różnych komputerach była główną przyczyną początkowej popularności zarówno UNIX-a, jak i C; zamiast tworzyć nowy system operacyjny, programiści mogli po prostu napisać tylko te części systemu, których wymagał inny sprzęt, oraz napisać kompilator C dla nowego systemu. Odkąd większa część narzędzi systemowych była napisana w C, logiczne było pisanie kolejnych w tym samym języku.

Kilka z obecnie powszechnie stosowanych systemów operacyjnych takich jak Linux, Microsoft Windows zostało napisanych w języku C.

Standaryzacje

1999 ISO C Concepts

W 1978 roku Ritchie i Kerninghan opublikowali pierwszą książkę nt. języka C - "The C Programming Language". Owa książka przez wiele lat była swoistym "wyznacznikiem", jak programować w języku C. Była więc to niejako pierwsza standaryzacja, nazywana od nazwisk twórców "K&R". Oto nowości, wprowadzone przez nią do języka C w stosunku do jego pierwszych wersji (pochodzących z początku lat 70.):

• możliwość tworzenia struktur (słowo struct)
• dłuższe typy danych (modyfikator long)
• liczby całkowite bez znaku (modyfikator unsigned)
• zmieniono operator "=+" na "+="

Ponadto producenci kompilatorów (zwłaszcza AT&T) wprowadzali swoje zmiany, nieobjęte standardem:

• funkcje nie zwracające wartości (void) oraz typ void*
• funkcje zwracające struktury i unie
• przypisywanie wartości strukturom
• wprowadzenie słowa kluczowego const
• utworzenie biblioteki standardowej
• wprowadzenie słowa kluczowego enum

Owe nieoficjalne rozszerzenia zagroziły spójności języka, dlatego też powstał standard, regulujący wprowadzone nowinki. Od 1983 roku trwały prace standaryzacyjne, aby w 1989 roku wydać standard C89 (poprawna nazwa to: ANSI X3.159-1989). Niektóre zmiany wprowadzono z języka C++, jednak rewolucję miał dopiero przynieść standard C99, który wprowadził m.in.:

• funkcje inline
• nowe typy danych (np. long long int)
• nowy sposób komentowania, zapożyczony od C++ (//)
• przechowywanie liczb zmiennoprzecinkowych zostało zaadaptowane do norm IEEE
• utworzono kilka nowych plików nagłówkowych (stdbool.h, inttypes.h)

standard C99 jest dostępny tutaj.

Rozwój języka C trwał dalej. Na dzień dzisiejszy normą obowiązującą jest norma C11. Wprowadzono w niej m.in. wsparcie programowania równoległego.

Zobacz

• makro __STDC_VERSION__
• flagi kompilatora starujące dialektami C: gcc -std=c1x
• C Standardy kodowania, formatowanie kodu

Zastosowania języka C

The C Programming Language

Zalety języka C

Język C został opracowany jako strukturalny język programowania do celów ogólnych. Przez całą swą historię (czyli ponad 30 lat) służył do tworzenia przeróżnych programów - od systemów operacyjnych po programy nadzorujące pracę urządzeń przemysłowych. C, jako język dużo szybszy od języków interpretowanych (Perl, Python) oraz uruchamianych w maszynach wirtualnych (np. C#, Java) może bez problemu wykonywać złożone operacje nawet wtedy, gdy nałożone są dość duże limity czasu wykonywania pewnych operacji. Jest on przy tym bardzo przenośny - może działać praktycznie na każdej architekturze sprzętowej pod warunkiem opracowania odpowiedniego kompilatora. Często wykorzystywany jest także do oprogramowywania mikrokontrolerów i systemów wbudowanych. Wiele interpreterów języków skryptowych (Perl, PHP, Python. Ruby) jest napisanych w języku C.

Kolejną zaletą C jest jego dostępność - właściwie każdy system typu UNIX posiada kompilator C, w C pisane są funkcje systemowe. Dzięki temu w języku C można pisać aplikacje współpracujące z systemem uniksopodobnym (poprzez interfejs programowy systemu operacyjnego, np. POSIX). Przykładowym zastosowaniem jest programowanie równoległe poprzez funkcje "POSIX threads" albo dynamiczne ładowanie bibliotek (np. interpreter język Perl jest w stanie skompilować fragment kodu do poziomu bilioteki i ją podlinkować dynamicznie). Temat jest opisany w książkach o programowaniu systemu UNIX.

Wady języka C

Problemem w przypadku C jest zarządzanie pamięcią, które nie wybacza programiście błędów, niewygodne operowanie napisami i niestety pewna liczba "kruczków", które mogą zaskakiwać nowicjuszy. Na tle młodszych języków programowania, C jest językiem dosyć niskiego poziomu więc wiele rzeczy trzeba w nim robić ręcznie, jednak zarazem umożliwia to robienie rzeczy nieprzewidzianych w samym języku (np. implementację liczb 128 bitowych), a także łatwe łączenie C z Asemblerem.

Język C jest dosyć okrojony, tzn. nie posiada wbudowanych bibliotek do typowych struktur danych i algorytmów (w przeciwieństwie do np. C++, Javy). Istnieją co prawda darmowe biblioteki, jednak są one rozwijane oddzielnie.

W przypadku konieczności dużej optymalizacji aplikacji dla danego sprzętu konkurencją staje się język asemblera. W większych projektach programiści sięgają często po obiektowy C++ (np. gry, CAD). W świecie oprogramowania biznesowego wykorzystywane są raczej technologie o szybszym procesie tworzenia aplikacji i mniejszym nacisku na wydajność (np. Java).

Język C w obliczeniach naukowo-technicznych

Standard C99 zbliżył możliwości języka C do języka Fortran. Dodano niektóre funkcje matematyczne i rozbudowano optymalizację dynamicznie alokowanej pamięci. Standard C11 przyniósł programowanie równoległe. W praktyce wiele zależy od kompilatora. Osiągi narzędzi GNU dla C i Fortranu obu języków bywają zbliżone. Język Fortran posiada jednak np. kotablice oraz obiekty nie występujące w języku C.

Z drugiej strony biblioteka GSL (GNU Scientific Library) jest przykładem projektu, który pomimo upływu czasu nadal wykorzystuje standard ANSI C. Jedną z przyczyn jest dążenie do przenośności. Implementacja liczb zmiennoprzecinkowych w standardzie o podwójnej precyzji została uznana za wystarczającą. W miarę upływu czasu w komputerach są dostępne wyższe precyzje (np. w standardzie C99 jest precyzja rozszerzona (long double)), w procesorach IBM POWER 9 jest możliwa precyzja poczwórna. Tworzenie w pełni uniwersalnego oprogramowania jest w praktyce niemożliwe (bo projekt się zaczyna coraz szybciej rozrastać). "Niech program najpierw w ogóle działa poprawnie, a dopiero potem działa szybko" (złota rada w książce Bruce Eckel-a, "Thinking in C++").

Przyszłość C

Pomimo sędziwego już wieku (C ma ponad 40 lat) nadal jest on jednym z najczęściej stosowanych języków programowania. Doczekał się już swoich następców, z którymi w niektórych dziedzinach nadal udaje mu się wygrywać. Widać zatem, że pomimo pozornej prostoty i niewielkich możliwości język C nadal spełnia stawiane przed nim wymagania. Warto zatem uczyć się języka C, gdyż nadal jest on wykorzystywany (i nic nie wskazuje na to, by miało się to zmienić), a wiedza którą zdobędziesz ucząc się C na pewno się nie zmarnuje. Składnia języka C, pomimo że przez wielu uważana za nieczytelną, stała się podstawą dla takich języków jak C++, C# czy też Java.

Nowoczesny C

• Modern C and What We Can Learn From It - Luca Sas [ ACCU 2021 ]
• "New" Features in C - Dan Saks