В программировании существуют разные языки. Каждый из них предусматривает свои ключевые особенности, нюансы и области применения. Некоторые из них подходят для скриптов и веб-разработки, а какие-то являются универсальными.

Программистам часто приходится в процессе написания различных приложений иметь дело с языками СИ-семейства: C++, C#, C. Последний является наиболее старым. Именно ему предстоит уделить время далее.

Ниже представлена информация, которая расскажет о C (СИ) максимально подробно. Сначала нужно ознакомиться с этим языком в общих чертах, а также рассмотреть историю его появления. Далее – ознакомиться с областями применения СИ, его преимуществами и недостатками. После – изучить основы разработки программного обеспечения на этом языке и написать свой первый проект на нем.

Предложенная информация рассчитана на широкий круг лиц. Она подойдет и новичкам в области программирования, и тем, кто уже имеет некоторый опыт в соответствующей сфере деятельности. 

Определение

Перед тем как писать код первого проекта на C, необходимо сначала выяснить, что это вообще за язык такой. СИ – это компилируемый статически типизированный язык разработки. Он относится к языкам общего назначения. Был разработан еще в 1972 году, но активно используется на практике до сих пор.

CИ изначально был создан для реализации операционной системы UNIX, но позже он был перенесен на множество других платформ. Данное средство разработки не очень подходит новичкам для изучения, потому что его синтаксис напоминает машинные конструкции. Это помогло C стать языком, пригодным для проектов, для которых раньше писали на ассемблере.

Историческая справка

Работа над языком программирования СИ велась с 1969 по 1973 годы. Она была организована инженерами американской компании Bell Labs – Кеном Томпсоном и Деннисом Ритчи. До этого момента языки высокого уровня были крайне ограниченными. Они не позволяли выполнять многие операции и функции, которые сейчас являются привычными. Многие из них приходилось писать на ассемблере или на уровне машинных кодов. Соответствующая концепция значительно усложняла разработку программного обеспечения и делала ее более долгой. Программисту приходилось получать глубокие знания о принципах работы «железа» устройства, чтобы сделать качественный проект.

Существует легенда, согласно которой у Ритчи была любимая компьютерная игра, которая запускалась им на сервере Bell Labs. Инженер захотел перенести игру на свой рабочий компьютер, но на нем не было операционной системы. Это привело к тому, что Ритчи захотел переписать уже имеющуюся операционную систему с ассемблера на высокоуровневый язык. Получилось так, что возможности этого средства разработки не давали задействовать все возможности устройства, поэтому пришлось создавать новый язык. Так и появился C.

Это средство разработки быстро набрало популярность. Данный факт связан с тем, что он широко применялся в операционной системе UNIX, на базе которой разрабатываются Linux-дистрибутивы.

Причины популярности

На СИ пишутся самые разные программы. Несмотря на то, что данное средство разработки было создано еще в прошлом веке, оно все равно пользуется спросом. На то есть несколько причин:

1. Данный язык используется для создания быстрых и железозависимых инструментов. Так, ядро популярной операционной системы Linux написано с помощью СИ. Это связано с высокой скоростью работы языка и его производительности. Инструкции с C будут прямо транслироваться в машинный код, после чего на экране программист получит ровно то, что он хотел.
2. C служит основой для других популярных средств разработки. К ним можно отнести Objective-C и C++. СИ заложил также базу для C# и Java – синтаксисы этих языков напоминают синтаксис изучаемого инструмента разработки. Именно поэтому его знание поможет в изучении некоторых других средств программирования. На C написаны известные динамические языки – Python и PHP.
3. Рассматриваемый инструмент используется для реализации сложных динамических задач. Так, мобильное приложение может получиться при помощи фреймворков и библиотек, которые не берегут ресурсы устройства, но позволяют быстро и эффективно получить итоговый результат. Драйвер для видеокарты уже нужно будет писать с использованием более производительного языка – C.

Изучаемый инструмент разработки предусматривает процедурную парадигму, поэтому в нем нет объектно-ориентированного программирования, наследования и классов. Разработчикам будут доступны только функции и структуры данных, а также достаточно широкие возможности для работы с памятью. Это делает СИ перспективным и популярным.

Что можно написать с помощью C

С помощью изучаемого инструмента можно создавать самое разное программное обеспечение. СИ подойдет для:

1. Ядер операционных систем и модулей для них. Это вызвано тем, что с помощью рассматриваемого инструмента можно получать доступ к железу устройства.
2. Аппаратных драйверов.
3. Компиляторов других языков разработки.
4. Всевозможных утилит и прикладных программ.
5. Игровых движков.
6. Программного обеспечения для платежных терминалов, станков, а также банкоматов, телекоммуникационного оборудования и других систем.

C – язык, который подойдет преимущественно для системных программ и драйверов. Игры и бизнес-приложения с его помощью тоже пишутся, но намного реже.

Преимущества и недостатки

Перед более глубоким изучением СИ необходимо разобраться в его преимуществах и недостатках. К «сильным» сторонам данного инструмента программирования относят:

1. Высокую эффективность. C – это низкоуровневый язык, который приближен к машинному коду. Такая концепция обеспечивает высокую производительность программ. Данная особенность делать язык предпочтительным при разработке производительных критических приложений, операционных систем и драйверов для тех или иных устройств.
2. Портативность. Изучаемый инструмент – платформонезависимый. С помощью соответствующей особенности на нем можно будет писать программы, которые без труда компилируются и запускаются на самых разных платформах без предварительного изменения исходного кода.
3. Богатую историю и развитую экосистему. C – язык, который начал развиваться еще в прошлом веке. Он активно используется в самых разных областях: от системной разработки до программирования игровых проектов. Это привело к тому, что язык получил обширную экосистему библиотек, инструмент и богатое сообщество разработчиков.

Недостатки у него тоже есть. К ним можно отнести:

1. Управление памятью. В рассматриваемом языке нет автоматического управления памятью. Это может привести к ее утечкам, а также к ошибкам сегментации и другим проблемам.
2. Низкоуровневость. Получающиеся на C приложения будут более требовательными к ресурсам устройства. Для некоторых типов разработки такая особенность становится огромным минусом. Это касается проектов, в которых требуется высокий уровень абстракции.
3. Отсутствие некоторых современных функций. Если сравнивать C с другими языками, в нем можно отметить отсутствие некоторых удобных функций вроде автоматического управления памятью, сборки мусора и других современных опций.

Новичкам в разработке программного обеспечения также может быть трудно начать изучение C – его синтаксис приближен к машинному коду.

Перспективы развития

Вопрос о том, стоит ли вообще начинать изучение C, беспокоит почти каждого программиста. Чтобы дать грамотный ответ, необходимо разобраться с перспективами развития изучаемого языка.

Здесь нужно обратить внимание на следующие моменты:

1. Широкое использование СИ привело к росту его популярности. Это достаточно востребованный инструмент разработки. Особенно для системного программирования, создания драйверов и других производительных проектов.
2. Развитие стандартов языка. C все время развивается, что позволяет внедрять в него новые функции и улучшения. Данный прием дает возможность сохранить его актуальность и конкурентоспособность.
3. Использование во встраиваемых системах и «Интернете вещей». C – это язык, на котором пишут проекты для встраиваемых систем и IoT. Это связано с его производительностью и низкоуровневой природой.

Все это указывает на то, что C, несмотря на свое давнее создание, до сих пор активно развивается. Он остается перспективным и удобным средством для системного программирования, написания драйверов и создания различных производительных проектов. Поэтому, если разработчик заинтересован в программировании подобных приложений, СИ ему изучить придется.

Ключевые особенности языка

C изначально разрабатывался в качестве средства системной разработки, для которого можно было бы создать однопроходный компилятор. У него небольшая системная библиотека. Это влечет за собой то, что на C достаточно просто разрабатываются различные компиляторы. Он доступен на разных платформах. И, несмотря на свою низкоуровневость, ориентирован на переносимость.

Целью его создания стало написание программ с минимальным количеством ошибок по сравнению с ассемблером. К ключевым особенностям С относят:

1. Простую языковую базу. В стандартной библиотеке есть существенные возможности вроде математических функций или функций для работы с файлами.
2. Ориентацию на процедурную разработку.
3. Систему типов. Она служит своеобразным предохранителем от бессмысленных операций.
4. Использование препроцессора для абстрагирования однотипных операций.
5. Возможность получения доступа к памяти при помощи так называемых указателей.
6. Небольшое количество ключевых слов. Запоминать огромные их списки в процессе изучения C не придется.
7. Передачу параметров в функцию по значению, а не по ссылке. Вторым способом можно воспользоваться посредством эмуляции указателей.
8. Наличие указателей на функции и статические переменные.
9. Область видимости имен.
10. Различные структуры и объединения. Это определяемые пользователем собирательные типы данных. Ими можно управлять как единым целым в исходном проекте.

Также необходимо помнить, что в C нет:

• вложенных функций;
• средств автоматического управления памятью;
• прямого возвращения нескольких значений из имеющихся функций;
• встроенных инструментов объектно-ориентированной разработки;
• средств функционального программирования.

Некоторые отсутствующие возможности удается имитировать встроенными средствами, а часть – добавить из сторонних библиотек. Некоторые из них реализуются в компиляторах под видом расширений языка (пример – вложенные функции в GCC).

Основы работы с СИ

Теперь можно более подробно рассмотреть основы разработки на C. Далее будет представлена информация, которую считают базовой. Без нее писать коды на изучаемом языке не удастся. Соответствующие сведения помогут сформировать свой первый СИ-проект.

Семантика и синтаксис

Синтаксис у C является достаточно сложным, а семантика – неоднозначной. Это создает некоторые проблемы при изучении рассматриваемого инструмента программирования у новичков в области разработки программного обеспечения.

Ключевыми двумя особенностями языка на момент его создания были унифицированные работы с массивами и указателями, а также схожесть того, как что-либо объявляется, с тем, как это будет использоваться далее в выражениях. В процессе совершенствования СИ соответствующие моменты сильно критиковались. Они являются для разработчиков достаточно сложными в плане понимания на первых порах.

Стандарт C, определяя семантику, не стал слишком сильно ограничивать реализации языка компиляторами. Это привело к тому, что семантика инструмента разработки стала недостаточно определенной. Стандарт поддерживает 3 типа недостаточно определенной семантики: неопределенное поведение, определяемое реализацией поведение, не заданное стандартом поведение.

Типы данных

СИ поддерживает различные типы данных. К ним относят:

1. Float. Так называются числа с плавающей запятой.
2. Int – целые числа. Они встречаются в разработке чаще всего, особенно у новичков.
3. String – строковые данные.
4. Long – большие целые числа.
5. Bool – булевы значения. Они могут принимать всего две интерпретации – истина и ложь.
6. Char – символьные данные.

Соответствующие типы данных позволяют C понять, как работать с теми или иными материалами. При программировании можно несколько переменных одного типа объявить в одной строке. Они перечисляются и разделяются запятыми.

Модули

Каждое приложение представляет собой некоторый набор файлов с кодом на C, которые способны компилироваться в объектные файлы. Последние проходят компоновку друг с другом, а также со внешними библиотеками. Это позволяет получить на выходе готовую библиотеку или исполняемый файл. Все это требует описания прототипов используемых функций, внешних переменных и необходимых типов данных в каждом файле. Такие сведения выносятся в отдельные заголовочные файлы, которые будут подключаться при помощи директивы #include.

Модулем может выступать:

• отдельный набор файлов с исходным кодом, для которых представлен интерфейс в виде заголовочных документов;
• объектная библиотека (полностью или частично) с соответствующими заголовочными файлами;
• один или несколько заголовочных файлов (интерфейсная библиотека);
• статическая библиотека с соответствующими заголовочными файлами;
• динамическая библиотека с заголовочными файлами.

Директива #include предоставляет текст другого файла на этапе препроцессора. Это приводит к тому, что подключение одного и того же документа может привести к ошибкам компиляции. Именно поэтому необходимо использовать в подобных файлах защиту от повторного подключения при помощи макрокоманд #define и #ifndef.

Комментарии

Разработчики при программировании на C могут комментировать функции и строки исходного кода. Для этого используется конструкция типа:

/*…*/

Текст, который написан программистом внутри предложенной конструкции (вместо многоточия) не будет обрабатываться компилятором. Комментарии в C используются только как текст, написанный для пользователей и разработчиков. Это своеобразные подсказки, с помощью которых удастся понять, как работает та или иная функция.

Ввод и вывод данных

Пользовательские данные в исходный проект на C могут быть введены при помощи функции (команды) scanf. За вывод информации отвечает printf. После нее в круглых скобках пишется то, что хочется вывести в консоль. Если речь идет о тексте, его нужно заключить в двойные кавычки.

Оператор if

В процессе разработки программного обеспечения может потребоваться не только использование различных функций, но и работа с теми или иными операторами. Наиболее известным и распространенным служит if. Это оператор, который позволяет проверить то или иное условие в приложении, а затем, в зависимости от него, совершить то или иное действие.

После if в круглых скобках пишется условие, в фигурных – что делать приложению в том или ином случае. Ниже – наглядный пример приложения с комментариями. Он пояснит принцип работы с оператором if.

Здесь предстоит сравнить введенное с клавиатуры пользователем число (y) с заранее заданным значением. Далее осуществляется вывод на экран определенной записи. Она зависит от результатов сравнения x и y.

Оператор switch

Оператор switch – это оператор (функция) множественного выбора. Он применяется там, где необходимо выбрать больше, чем из двух вариантов действий. Чтобы лучше понимать принцип работы этого оператора, рекомендуется рассмотреть простой пример.

Пусть будут даны пять маршрутов из точки А в точку Б. Каждый из них отнимает разное количества времени на дорогу. На экран нужно вывести длительность поездки в минутах в зависимости от номера заданного маршрута.

Выглядеть это будет так:

При помощи break можно остановить проверки при соответствии введенных данных заданному условию. Default сработает, если указанное значение не подойдет ни к одному из имеющихся условий.

Цикл for

Цикл for широко используется в разработке программного обеспечения. Он встречается не только в C, но и в других инструментах программирования. Оператор for включает в себя несколько условий:

• начальное значение переменной;
• значения, при которых цикл будет продолжаться;
• способ обновления переменной в исходном коде проекта.

При помощи for-цикла можно последовательно изменять переменную. Это происходит до тех пор, пока она соответствует заданным разработчикам параметрам.

Вот еще один простой пример. В нем предстоит вывести на экран в обратном порядке числа от единицы до десятки.

Пока y будет больше нуля, от изначального значения 10 на каждом шаге цикла будет отниматься единица.

Циклы while и do while

Это еще два распространенных в программировании цикла. While напоминает for. Он проверяет заданное условие, а затем выполняет прописанное действие над переменной. Это происходит лишь тогда, когда условие является истиной.

Do while – оператор, который сначала выполняет заданную операцию, а потом уже проверяет истинность условия.

Выше можно увидеть наглядный пример реализации соответствующего цикла на C.

Работа с функциями

Функции используются программистами для того, чтобы сделать исходный код проекта более компактным, понятным и рациональным. С их помощью получится вызывать те или иные команды без их указания в программном коде повторно.

Main() – это тоже функция. В ней просто описывается основная программа на рассматриваемом языке.

Каждая функция включает в себя в обязательном порядке:

• название;
• тип используемых переменных;
• перечень аргументов;
• тело, в котором прописывается необходимый спектр действий и алгоритмов.

Функции могут быть использованы отдельно друг от друга или является вложенными. Главное – правильно и своевременно инициализировать их.

Вот наглядный пример реализации функций в C. Здесь даны две функции, которые вычисляют сумму и произведение заданных пользователем чисел.

В заданном примере можно заметить, что функции, которые используются в основной программе, могут быть указаны еще до объявления main(). Это достаточно распространенная практика.

Первая программа

Основы разработки на рассматриваемом языке изучены. Теперь можно создать свой первый проект. Он встречается в качестве базового примера в большинстве книг по программированию на C. Речь идет о проекте, который выводит на экран строку «Hello, World!». Выглядит она так:

Чтобы лучше понять принцип ее работы, стоит изучить фрагмент построчно:

1. #include – это директива, которая заставляет компилятор подключать заголовки в программы.
2. <…> – в этих кавычках указывается имя заголовка, который требуется подключить к проекту.
3. Stdio.h – библиотека, которая включает в себя прототипы функций, позволяющих вводить и выводить информацию на экран. А еще – выполнять некоторые другие действия.
4. Int main() – главная функция в теле программы. Именно с нее начинается работа приложения. И заканчивается тоже. Int здесь указывает на тип возвращаемого значения функцией в вызываемый процесс.
5. В фигурных скобках указывается программный блок кода.
6. Printf(“Hello World!”) – функция, которая выводит на консоль выражения, заданного в двойных кавычках. Ее прототип будет содержаться в заголовке.
7. Return 0 – заставляет функцию (в заданном примере речь идет о main()) прекратить свою работу и передать 0 в вызывающий процесс. Это укажет на то, что программа работает нормально. Ненулевое значение возвращается тогда, когда приложение функционирует со сбоями.

Основы разработки на C были разобраны в общих чертах. Быстрее выучить рассматриваемый язык и создавать сложные проекты, помогут дистанционные компьютерные курсы.

P. S. Интересует разработка? Обратите внимание на курс «Программист C». Также в Otus доступно множество других современных курсов.