История языка си. §1 Общие сведения о языке. Этапы проектирования программы. Модели жизненного цикла приложений

Популярность языка программирования Си трудно переоценить, особенно вспоминая его былые заслуги. Наверное, каждый разработчик, как минимум, знает о его существовании, и, как максимум, пробовал на нем программировать. Си является предшественником таких языков, как C++, Objective-C, C#, Java.

Компания Microsoft для разработки родного языка к своей платформе.Net выбрала именно Си-подобный синтаксис. Более того, на Си написано множество операционных систем.

Конечно, Си не идеален: создатели языка – Кен Томпсон и Деннис Ритчи – долгое время дорабатывали его. Стандартизация Си продолжается до сих пор. Он существует более 45 лет и активно используется.

С ним часто ассоциируют не один, а два языка программирования - C/C++. Однако ниже речь пойдет именно о «чистом» Си.

Язык Си восходит корнями к языку ALGOL (расшифровывается как ALGorithmic Language), который был создан в 1958 году совместно с комитетом Европейских и Американских учёных в сфере компьютерных наук на встрече в Швейцарской высшей технической школе Цюриха. Язык был ответом на некоторые недостатки языка FORTRAN и попыткой их исправить. Кроме того, разработка Си тесно связана с созданием операционной системы UNIX, над которой также работали Кен Томпсон и Деннис Ритчи.

UNIX

В рамках проекта МАС была разработана операционная система CTSS (Compatible Time-Sharing System). Во второй половине 60-х было создано несколько других систем с разделением времени, например, BBN, DTSS, JOSS, SDC и Multiplexed Information and Computing Service (MULTICS) в том числе.

Multics – совместная разработка MIT, Bell Telephone Laboratories (BTL) и General Electric (GE) по созданию ОС с разделением времени для компьютера GE-645. Последний компьютер под управлением Multics выключили 31 октября 2000 года.

Однако BTL отошел от этого проекта еще в начале 1969 года.

Некоторые его сотрудники (Кен Томпсон, Деннис Ритчи, Стью Фельдман, Дуг МакИлрой, Боб Моррис, Джо Оссанна) захотели продолжить работу самостоятельно. Томпсон работал над игрой Space Travel на GE-635. Ее написали сначала для Multics, а потом переписали на Фортране под GECOS на GE-635. Игра моделировала тела Солнечной системы, а игроку надо было посадить корабль куда-нибудь на планету или спутник.

Ни софт, ни железо этого компьютера не годились для такой игры. Томпсон искал альтернативу, и переписал игру под бесхозный PDP-7. Память была объемом 8К 18-битных слов, и еще был процессор векторного дисплея для вывода красивой для того времени графики.

Изображение с сайта slideshare.net

Томпсон и Ритчи полностью вели разработку на кросс-ассемблере на GE и переносили код на перфолентах. Томпсону это активно не нравилось, и он начал писать ОС для PDP-7, начиная с файловой системы. Так появилась UNIX.

Томпсон хотел создать комфортабельное вычислительное окружение, сконструированное в соответствии с его дизайном, используя любые доступные средства. Его замыслы, что очевидно оглядываясь назад, вбирали в себя многие инновации Multics, включая понятие процесса как основы управления, древовидную файловую систему, интерпретатор команд в качестве пользовательской программы, упрощённое представление текстовых файлов и обобщённый доступ к устройствам.

Изображение с сайта it-world.com

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.

Прародители Си

Язык CPL посчитали сложным, и в ответ на это Мартином Ричардсоном был создан в 1966 году язык BCPL, основное предназначение которого заключалось в написании компиляторов. Сейчас он практически не используется, но в своё время из-за хорошей портируемости он играл важную роль.

BCPL использовался в начале 1970-х в нескольких интересных проектах, в числе которых - операционная система OS6 и частично в зарождающихся разработках Xerox PARC.

Как и остальные операционные системы того времени, UNIX был написан на ассемблере. Отладка программ на ассемблере настоящая мука. Томпсон решил, что для дальнейшей разработки ОС необходим язык высокого уровня и придумал небольшой язык B. За основу Томпсон взял язык BCPL. Язык B можно рассматривать как C без типов.

Во многих деталях BCPL, B и C различаются синтаксически, но в основном они похожи. Программы состоят из последовательности глобальных деклараций и объявлений функций (процедур). В BCPL процедуры могут быть вложенными, но не могут ссылаться на нестатические объекты определённые в содержащих их процедурах. B и C избегают такого ограничения, вводя более строгое: вложенных процедур нет вообще. Каждый из языков (за исключением самых древних версий B) поддерживает раздельную компиляцию и предоставляет средства для включения текста из именованных файлов.

В противоположность повсеместному изменению синтаксиса, которое происходило во время создания B, основная семантика BCPL - его структура типов и правила вычисления выражений - осталась нетронутой. Оба языка - безтиповые, вернее имеют единственный тип данных - «слово» или «ячейка», набор битов фиксированной длины. Память в этих языках - массив таких ячеек, а смысл содержимого ячейки зависит от операции, которая к ней применяется. Например, оператор "+" просто складывает свои операнды при помощи машинной инструкции add, и другие арифметические операции также безразличны к смыслу своих операндов.

Ни BCPL, ни B, ни C не выделяют в языке символьные данные; они считают строки векторами целых чисел и дополняют общие правила несколькими соглашениями. И в BCPL, и в B строковый литерал означает адрес статической области инициализированный символами строки упакованными в ячейки.

Как создавался Си

Но модель B и BCPL подразумевала издержки при работе с указателями: правила языка, определяя указатель как индекс в массиве слов, делали указатели индексами слов. Каждое обращение к указателю при исполнении генерировало масштабирование указателя в адрес байта, который ожидал процессор.

Поэтому становилось ясно, что для того, чтобы справиться с символами и байтовой адресацией, а также подготовиться к грядущей аппаратной поддержке вычислений с плавающей точкой, нужна типизация.

В 1971 году Ритчи начал создавать расширенную версию B. Сначала он назвал её NB (New B), но когда язык стал сильно отличаться от B, название сменили на C. Вот что, писал об этом сам Ритчи:

Я хотел, чтобы структура не только характеризовала абстрактный объект, но и описывала набор бит, который мог быть прочитан из каталога. Где компилятор смог бы спрятать указатель, наname, которого требует семантика? Даже если бы структуры были бы задуманы более абстрактными, и место для указателей могло бы быть спрятано где-нибудь, как бы я решил техническую проблему корректной инициализации этих указателей при выделении памяти для сложного объекта, возможно структуры содержащей массивы, которые содержат структуры, и так до произвольной глубины?

Решение состояло в решительном скачке в эволюционной цепочке между безтиповым BCPL и типизированным C. Он исключал материализацию указателя в хранилище, а вместо этого порождал его создание, когда имя массива упоминалось в выражении. Правило, которое сохранилось и в сегодняшнем C, состоит в том, что значения–массивы, когда они упоминаются в выражении, конвертируются в указатели на первый из объектов, составляющих этот массив.

Второе нововведение, которое наиболее ясно отличает C от его предшественников, - вот эта более полная структура типов и особенно её выразительность в синтаксисе деклараций. NB предлагал основные типы int и char совместно с массивами из них и указателями на них, но никаких других способов скомпоновать их.

Требовалось обобщение: для объекта любого типа должно быть возможным описать новый объект, который объединяет несколько таких объектов в массив, получает его из функции или является указателем на него.

Для любого объекта такого составного типа, уже был способ указать на объект, который является его частью: индексировать массив, вызвать функцию, использовать с указателем оператор косвенного обращения. Аналогичное рассуждение приводило к синтаксису объявления имён, который отражает синтаксис выражения, где эти имена используются. Так

Во всех этих случаях объявление переменной напоминает её использование в выражении, чей тип – это то, что находится в начале объявления.

70-е годы: «смутное время» и лже-диалекты

По поводу возникновения языка Си Питер Мойлан в своей книге «The case against C» пишет: «Нужен был язык, способный обойти некоторые жесткие правила, встроенные в большинство языков высокого уровня и обеспечивающие их надежность. Нужен был такой язык, который позволил бы делать то, что до него можно было реализовать только на ассемблере или на уровне машинного кода».

C продолжил развиваться в 70-х. В 1973–1980-х годах язык немного подрос: структура типов получила беззнаковые, длинные типы, объединение и перечисление, структуры стали близкими к объектам–классам (не хватало только нотации для литералов).

Первая книга по Cи. Книга «Язык программирования Си», написанная Брайаном Керниганом и Деннисом Ритчи и опубликованная в 1978 году, стала библией программистов на Си. При отсутствии официального стандарта эта книга – известная также как K&R, или «Белая Книга», как любят называть поклонники си – фактически стала стандартом.

Изображение с сайта learnc.info

В 70-х программистов на Cи было немного и большинство из них были пользователями UNIX. Тем не менее, в 80-х Cи вышел за узкие рамки мира UNIX. Компиляторы Cи стали доступны на различных машинах, работающих под управлением разных операционных систем. В частности, Си стал распространяться на быстро развивающейся платформе IBM PC.

K&R ввёл следующие особенности языка:

Структуры (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 Cи он считался минимальным уровнем, которого следовало придерживаться программистам, желающим добиться от своих программ максимальной переносимости, потому что не все компиляторы тогда поддерживали ANSI C, а хороший код на K&R C был верен и для ANSI C.

Вместе с ростом популярности появились проблемы. Программисты, писавшие новые компиляторы брали за основу язык, описанный в K&R. К сожалению, в K&R некоторые особенности языка были описаны расплывчато, поэтому компиляторы часто трактовали их на своё усмотрение. Кроме того, в книге не было чёткого разделения между тем, что является особенностью языка, а что особенностью операционной системы UNIX.

После публикации K&R C в язык было добавлено несколько возможностей, поддерживаемых 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 структуры;
имена полей данных структур в разных пространствах имён для каждой структуры;
присваивания структур;
спецификатор констант (const);
стандартная библиотека, реализующая большую часть функций, введённых различными производителями;
перечислимый тип (enum);
дробное число одинарной точности (float).

Ухудшало ситуацию и то, что после публикации K&R Си продолжал развиваться: в него добавлялись новые возможности и из него вырезались старые. Вскоре появилась очевидная необходимость в исчерпывающем, точном и соответствующем современным требованиям описании языка. Без такого стандарта стали появляться диалекты языка, которые мешали переносимости – сильнейшей стороне языка.

Стандарты

Разработкой стандарта языка Си занялся Американский национальный институт стандартов (ANSI). При нём в 1983 году был сформирован комитет X3J11, который занялся разработкой стандарта. Первая версия стандарта была выпущена в 1989 году и получила название С89. В 1990, внеся небольшие изменения в стандарт, его приняла Международная Организация Стандартизации ISO. Тогда он стал известен под кодом ISO/IEC 9899:1990, но в среде программистов закрепилось название, связанное с годом принятия стандарта: С90. Последней на данный момент версией стандарта является стандарт ISO/IEC 9899:1999, также известный как С99, который был принят в 2000 году.

Среди новшеств стандарта С99 стоит обратить внимание на изменение правила, касающегося места объявления переменных. Теперь новые переменные можно было объявлять посреди кода, а не только в начале составного блока или в глобальной области видимости.

Некоторые особенности C99:

Подставляемые функции (inline);
объявление локальных переменных в любом операторе программного текста (как в C++);
новые типы данных, такие, как long long int (для облегчения перехода от 32- к 64-битным числам), явный булевый тип данных _Bool и тип complex для представления комплексных чисел;
массивы переменной длины;
поддержка ограниченных указателей (restrict);
именованная инициализация структур: struct { int x, y, z; } point = { .y=10, .z=20, .x=30 };
поддержка однострочных комментариев, начинающихся на //, заимствованных из C++ (многие компиляторы Си поддерживали их и ранее в качестве дополнения);
несколько новых библиотечных функций, таких, как snprintf;
несколько новых заголовочных файлов, таких, как stdint.h.

Стандарт С99 сейчас в большей или меньшей степени поддерживается всеми современными компиляторами языка Си. В идеале, код написанный на Си с соблюдением стандартов и без использования аппаратно- и системно-зависимых вызовов, становился как аппаратно- так и платформенно-независимым кодом.

В 2007 году начались работы над следующим стандартом языка Си. 8 декабря 2011 опубликован новый стандарт для языка Си (ISO/IEC 9899:2011). Некоторые возможности нового стандарта уже поддерживаются компиляторами GCC и Clang.

Основные особенности С11:

Поддержка многопоточности;
улучшенная поддержка Юникода;
обобщенные макросы (type-generic expressions, позволяют статичную перегрузку);
анонимные структуры и объединения (упрощают обращение ко вложенным конструкциям);
управление выравниванием объектов;
статичные утверждения (static assertions);
удаление опасной функции gets (в пользу безопасной gets_s);
функция quick_exit;
спецификатор функции _Noreturn;
новый режим эксклюзивного открытия файла.

Несмотря на наличие стандарта 11 года, многие компиляторы до сих пор не поддерживают полностью даже версии C99.

За что критикуют Си

Более глубокую и аргументированную критику высказал Питер Мойлан. Он посвятил критике Си целых 12 страниц. Приведем пару фрагментов:

Проблемы с модульностью

Модульное программирование на языке Си возможно, но лишь в том случае, когда программист придерживается ряда довольно жестких правил:

На каждый модуль должен приходиться ровно один header-файл. Он должен содержать лишь экспортируемые прототипы функций, описания и ничего другого (кроме комментариев).

Внешней вызывающей процедуре об этом модуле должны быть известны только комментарии в header-файле.

Для проверки целостности каждый модуль должен импортировать свой собственный header-файл.

Для импорта любой информации из другого модуля каждый модуль должен содержать строки #include, а также комментарии, показывающие, что, собственно, импортируется.

Прототипы функций можно использовать только в header-файлах. (Это правило необходимо, поскольку язык Си не имеет механизма проверки того, что функция реализуется в том же модуле, что и ее прототип; так что использование прототипа может маскировать ошибку «отсутствия функции» - «missing function»).

Любая глобальная переменная в модуле, и любая функция, кроме той, что импортируется через header-файл, должны быть объявлены статическими.

Следует предусмотреть предупреждение компилятора «вызов функции без прототипа» (function call without prototype); такое предупреждение всегда нужно рассматривать как ошибку.

Программист должен удостовериться в том, что каждому прототипу, заданному в header- файле, соответствует реализованная под таким же именем в том же модуле неприватная (т.е. нестатическая в обычной терминологии Си) функция. К сожалению, природа языка Си автоматическую проверку этого делает невозможной.

Следует с подозрением относиться к любому использованию утилиты grep. Если прототип расположен не на своем месте, то это, скорее всего, ошибка.

В идеале программисты, работающие в одной команде, не должны иметь доступа к исходным файлам друг друга. Они должны совместно использовать лишь объектные модули и header-файлы.

Очевидная трудность в том, что мало кто будет следовать этим правилам, ибо компилятор не требует их неукоснительно соблюдать. Модульный язык программирования по меньшей мере частично защищает хороших программистов от того хаоса, который создают плохие программисты. А язык Си этого сделать не в силах.

Проблемы с указателями

Несмотря на все достижения в теории и практике структур данных, указатели остаются для программистов настоящим камнем преткновения. На работу с указателями приходится значительная часть времени, расходуемого на отладку программы, и именно они создают большинство проблем, осложняющих ее разработку.

Можно различать важные и неважные указатели. Важным в нашем понимании считается указатель, необходимый для создания и поддержания структуры данных.

Указатель считается неважным, если он не является необходимым для реализации структуры данных. В типичной программе на языке Си неважных указателей намного больше, чем важных. Причины тому две.

Первая состоит в том, что в среде программистов, использующих язык Си, стало традицией создавать указатели даже там, где уже существуют иные ничем не уступающие им методы доступа, например, при просмотре элементов массива.

Вторая причина - правило языка Си, согласно которому все параметры функций должны передаваться по значению. Когда вам нужен эквивалент VAR-параметра языка Паскаль или inout- параметра языка Ada, единственное решение состоит в том, чтобы передать указатель. Этим во многом объясняется плохая читаемость программ на языке Си.

Ситуация усугубляется, когда бывает необходимо передать важный указатель в качестве входного/выходного параметра. В этом случае функции надо передать указатель на указатель, что создает затруднения даже для самых опытных программистов.

Си – жив

Пусть кто-то скажет, что Си устарел, что его широкое распространение - следствие удачи и активного PR. Пусть кто-то скажет, что без UNIX язык Си никогда бы не создали. Добавить метки

Теги: История Си, ANSI C, ISO C, C99, C11, ISO/IEC C, стандартизация си.

Истоки

С и – это "сопутствующий продукт", полученный во время создания операционной системы UNIX, которая разрабатывалась в Bell Laboratories Кеном Томпсоном, Денисом Ритчи и ко. Томпсон в одиночку написал оригинальную версию UNIX, которая работала на DEC PDP-7, одном из первых миникомпьютеров всего с 8К слов в основной памяти (в конце концов, это был 1969).

Как и остальные операционные системы того времени, UNIX был написан на ассемблере. Отладка программ на ассемблере настоящая мука и их проблематично улучшать, и UNIX не был исключением. Томпсон решил, что для дальнейшей разработки ОС необходим язык высокого уровня и придумал небольшой язык B. За основу Томпсон взял язык BCPL, язык для системного программирования, разработанный в середине 60-х. BCPL, в свою очередь, берёт начало от Алгола 60, одного из самых первых (и оказавших наибольшее влияние) языков.

Ритчи вскоре присоединился к проекту UNIX и начал писать на B. В 1970 Bell Labs приобрела для проекта PDP-11. Так как B был готов к работе на PDP-11, Томпсон переписал часть UNIX на B. В 1971 стало ясно, что B не совсем подходит для PDP-11, поэтому Ритчи начал создавать расширенную версию B. Сначала он назвал её NB (New B), но когда язык стал сильно отличаться от B, название сменили на C. Язык к 1973 стал достаточно стабилен для того, чтобы на нём можно было переписать UNIX. Переход на C обеспечил важное преимущество: переносимость. Написав компилятор C для каждой из машин в Bell Labs, команда разработчиков могла портировать на них UNIX.

Стандартизация

C продолжил развиваться в 70-х, особенно в период с 1977 по 1979, когда вышла первая книга по C. Книга "Язык программирования Си", написанная Брайаном Керниганом и Денисом Ритчи и опубликованная в 1978 стала библией программистов на Си. При отсутсвии официального стандарта эта книга – известная также как K&R, или "Белая Книга", как любят называть поклонники си – фактически стала стандартом. В 70-х программистов на C было немного и большинство из низ были пользователями UNIX. Тем не менее, в 80-х C вышел за узкие рамки мира UNIX. Компиляторы C стали доступны на различных машинах, работающих под управлением разных операционных систем. В частности, Си стал распространяться на быстро развивающейся платформе IBM PC.

Вместе с ростом популярности появились проблемы. Программисты, писавшие новые компиляторы брали за основу язык, описанный в K&R. К сожалению, в K&R некоторые особенности языка были описаны расплывчато, поэтому компиляторы часто трактовали их на своё усмотрение. Кроме того, в книге не было чёткого разделения между тем, что является особенностью языка, а что особенностью операционной системы UNIX. Ухудшало ситуацию и то, что после публикации K&R Си продолжал развиваться: в него добавлялись новые возможности и из него вырезались старые. Вскоре появилась очевидная необходимость в исчерпывающем, точном и соответствующем современным требованиям описании языка. Без такого стандарта стали появляться диалекты языка, которые мешали переносимости – сильнейшей стороне языка.

Разработка американского стандарта Си началась в 1983 под покровительством Американского Национального Института Стандартов (ANSI). После многих доработок стандарт был закончен в 1988 и формально принят в декабре 1989 как стандарт ANSI X3.159-1989. В 1990 году он был утверждён международной организацией по стандартизации (ISO) как интернациональный стандарт ISO/IEC 9899:1990. Эту версию языка обычно называют C89 или C90, для того, чтобы не путать её с оригинальной версией Си, которую обычно называют K&R C.

Язык подвергся небольшим изменениям в 1995 (изменения описаны в документе, который обычно называют Поправка 1). Более значительные изменения случились в 1999 году, когда был опубликован стандарт ISO/IEC 9899:1999. Язык, описанный в этом стандарте обычно называют C99. Термины "ANSI C", "ANSI/ISO C" и "ISO C", когда-то используемые для описания C99 из-за существования двух стандартов имеют двоякое толкование.

В 2011 году вместе с редакцией языка Си++ был выпущен стандарт C11. Несмотря на наличие стандарта 11 года, многие компиляторы до сих пор не поддерживают полностью даже версии C99, так что использование стандарта С11 будет указано явно.

Выберите интересующие Вас в Си уроки:

Си — язык программирования, который был создан в 1972 г. Деннисом М. Ритчи. Стандарт языка того времени был продемонстрирован в книге Ритчи в соавторстве с Брайаном Керниганом («Язык программирования Си»). Данный стандарт носит название K&R стандарт (по именам Кернигана и Ритчи). Любая программа, написанная с использованием правил K&R-Си, успешно откомпилируется любым компилятором Си.

Программисты, разрабатывающие компиляторы для Си начали модернизировать и развивать язык. Чтобы не было путаниц, Американский Институт Национальных Стандартов (American National Standards Institute) в 1983 году разработал стандарт ANSI языка. ANSI-Си и по сей день устанавливает правила изменения и развития языка Си.

Си — язык программирования компилируемый. Программа представляет из себя инструкции и функции, которые для выполнения их аппаратной частью компьютера должны быть переведены в двоичные коды.
Си достаточно популярен и в настоящее время, это обусловлено такими востребуемыми его качествами, как: скорость, переносимость и структурирование.

• Скорость

Среди всех языков высокого уровня Си — язык программирования, который более близок к ассемблеру. Так, многие инструкции языка адресованы непосредственно аппаратной части компьютера, из-за чего программа выполняется очень быстро. По этой причине Си можно использовать для написания операционных систем и компиляторов.

Большинство разработанных компиляторов Си генерируют высоко оптимизированные коды, т.е. проще говоря, малые по размеру (чем меньше код генерирует компилятор, тем более оптимизированным он является).

• Переносимость

В принципе, было бы разумно писать быстро работающие программы на ассемблере. Но пришлось бы писать их под каждую платформу, так как мнемонические ассемблерные коды адаптированы под семейства микропроцессоров.

Си использует стандартные наборы ключевых слов. Т.е. программа пишется один раз для любой платформы, любого компьютера с любой операционной системой. Но компиляторы для языка бывают двух типов: одни для IBM, другие — для Apple. Но сам текст программы создается раз и навсегда.

• Структурирование

Программы, написанные на Языке Си имеют свою структуру и правила, что побуждает программиста мыслить логически.
Необходимость структурирования программы — это только «плюс», ведь именно благодаря этому программу на Си очень легко проектировать, поддерживать и отлаживать.

• Библиотеки функций

Си — язык программирования, изначально содержащий в своем синтаксисе небольшое количество операций. К примеру, язык не имеет встроенных операторов ввода и вывода информации, также как и операторов для работы со строками.

Все возможности Си обеспечивается благодаря библиотекам функций, некоторые из которых поставляются вместе с компилятором. Библиотека представляет собой отдельный файл, прилагающийся к компилятору и содержащий функции для решения конкретных задач.

Был разработан в 1972 г. Денисом Ритчи на базе языка Би. Был создан для использования в операционной системе Юникс. Язык назвали Си, потому что многие его особенности берут начало от старого языка Би. Си является самым популярным языкомдля создания системного программного обеспечения . Его также часто используютдля создания прикладных программ . В дальнейшем синтаксис Си стал основой для многих других языков. Язык Си был создан уже после внедрения стандарта ASCII, поэтому использует почти все его графические символы. Более старые языки (Фортран, Кобол) использовали только круглые скобки, ав Си есть и круглые, и квадратные, и фигурные. Кроме того,в Си различаются заглавные и строчные буквы , а более старые языке использовали только заглавные.

В 1978 году Ритчи и Керниган опубликовали первую редакцию книги «Язык программирования Си». В конце 1970-х Си начал вытеснять Бейсик с позиции ведущего языка для программирования микрокомпьютеров. В 1980-х годах он был адаптирован для использования в IBM PC, что привело к резкому росту его популярности. В то же время сотрудники в лабораториях Bell Labs начали работу по добавлению в Си возможностей объектно-ориентированного программирования. Язык, который они в итоге сделали, С++, в настоящее время является самым распространенным языком программирования. Си остается более популярным в UNIX-подобных системах.

2. Основные характеристики алгоритмического языка Си.

Язык С часто называют языком программирования среднего уровня. Но это не значит, что С менее мощный, менее развитой и более трудный в использовании, чем языки высокого уровня, такие как Basic или Pascal. Это также не значит, что С такой же громоздкий и неудобный, как ассемблер (язык низкого уровня). Языком среднего уровня его называют скорее потому, что он объединяет в себе лучшие черты языков высокого уровня с возможностями ассемблера.

Как язык среднего уровня С позволяет манипулировать битами, байтами и адресами , то есть теми базовыми элементами данных, с которыми работает компьютер. Несмотря на это,программа, написанная на С, обладает высокой переносимостью. Переносимость – это свойство программного обеспечения, созданного для одного типа компьютера или операционной системы, позволяющее легко переделать его для другого типа, т.е. перенести в другую вычислительную среду.

Все языки высокого уровня придерживаются концепции типов данных. Тип данных представляет собой набор значений, хранящихся в переменной, а также набор операций, выполнение которых допускается над этими значениями. Обычные типы данных – это целые числа, символы и числа с плавающей точкой. Язык С имеет несколько встроенных типов данных, однако не является сильно типизированным языком, как Pascal или Ada.В языке С допускается почти все преобразования типов . Например, в выражениях можно свободно смешивать переменные символьного и целого типов.

В отличие от большинства языков высокого уровня, в С почти отсутствует контроль ошибок в процессе выполнения программы . Например, не проверяется нарушение границ массивов. Ответственность за подобные ошибки полностью возлагается на программиста.

С не требует строгой совместимости параметров и аргументов функций . В языках программирования высокого уровня обычно необходимо, чтобы тип аргумента более или менее соответствовал типу параметра. Для С это не характерно, здесь аргумент может иметь почти любой тип, если его можно разумно преобразовать в тип параметра. Более того, компилятор С автоматически осуществляет все виды необходимых преобразований.

Важная особенность С – это малое количество ключевых слов, составляющих команды языка . В С89 определено 32 ключевых слова, причем в С99 добавлено только 5 слов. Языки высокого уровня обычно имеют значительно больше ключевых слов, например, в большинстве версий языка Basic их количество превышает сотню!

Язык С хорошо структурирован . В книгах по программированию используется понятие блочной структурированности языка. Хоть этот термин и нельзя применять в полной мере к языку С, его обычно называют просто структурированным языком.

Отличительной особенностью структурированного языка является отдельное размещение различных частей кода программы и данных. Таким способом программист может «скрыть» часть информации, используемую для выполнения специфической задачи, от тех участков программы, где эта информация не нужна.

Структурированный язык предоставляет программисту много различных возможностей. Например, структурированные языки обычно содержат несколько операторов цикла, таких как while, do-while, for.

История создания

Язык возник в начале 1980-х годов, когда сотрудник фирмы Bell Labs Бьёрн Страуструп придумал ряд усовершенствований к языку C под собственные нужды. Когда в конце 1970-х годов Страуструп начал работать в Bell Labs над задачами теории очередей (в приложении к моделированию телефонных вызовов), он обнаружил, что попытки применения существующих в то время языков моделирования оказываются неэффективными, а применение высокоэффективных машинных языков слишком сложно из-за их ограниченной выразительности. Так, язык Симула имеет такие возможности, которые были бы очень полезны для разработки большого программного обеспечения, но работает слишком медленно, а язык BCPL достаточно быстр, но слишком близок к языкам низкого уровня и не подходит для разработки большого программного обеспечения.

Вспомнив опыт своей диссертации, Страуструп решил дополнить язык C (преемник BCPL) возможностями, имеющимися в языке Симула. Язык C, будучи базовым языком системы UNIX, на которой работали компьютеры Bell, является быстрым, многофункциональным и переносимым. Страуструп добавил к нему возможность работы с классами и объектами. В результате практические задачи моделирования оказались доступными для решения как с точки зрения времени разработки (благодаря использованию Симула-подобных классов), так и с точки зрения времени вычислений (благодаря быстродействию C). В первую очередь в C были добавлены классы (с инкапсуляцией), наследование классов, строгая проверка типов, inline-функции и аргументы по умолчанию. Ранние версии языка, первоначально именовавшегося «C with classes» («Си с классами»), стали доступны с 1980 года.

Разрабатывая C с классами, Страуструп написал программу cfront — транслятор, перерабатывающий исходный код C с классами в исходный код простого C. Это позволило работать над новым языком и использовать его на практике, применяя уже имеющуюся в UNIX инфраструктуру для разработки на C. Новый язык, неожиданно для автора, приобрёл большую популярность среди коллег и вскоре Страуструп уже не мог лично поддерживать его, отвечая на тысячи вопросов.

• Получить универсальный язык со статическими типами данных, эффективностью и переносимостью языка C.
• Непосредственно и всесторонне поддерживать множество стилей программирования, в том числе процедурное программирование, абстракцию данных, объектно-ориентированное программирование и обобщённое программирование.
• Дать программисту свободу выбора, даже если это даст ему возможность выбирать неправильно.
• Максимально сохранить совместимость с C, тем самым делая возможным лёгкий переход от программирования на C.
• Избежать разночтений между C и C++: любая конструкция, допустимая в обоих языках, должна в каждом из них обозначать одно и то же и приводить к одному и тому же поведению программы.
• Избегать особенностей, которые зависят от платформы или не являются универсальными.
• «Не платить за то, что не используется» — никакое языковое средство не должно приводить к снижению производительности программ, не использующих его.
• Не требовать слишком усложнённой среды программирования.

Выбор именно C в качестве базы для создания нового языка программирования объясняется тем, что язык C:

1. является многоцелевым, лаконичным и относительно низкоуровневым языком;
2. подходит для решения большинства системных задач;
3. исполняется везде и на всём;
4. стыкуется со средой программирования UNIX.

— Б. Страуструп. Язык программирования C++. Раздел 1.6

По мере разработки C++ в него были включены другие средства, которые перекрывали возможности конструкций C, в связи с чем неоднократно поднимался вопрос об отказе от совместимости языков путём удаления устаревших конструкций. Тем не менее, совместимость была сохранена из следующих соображений:

• сохранение действующего кода, написанного изначально на C и прямо перенесённого в C++;
• исключение необходимости переучивания программистов, ранее изучавших C (им требуется только изучить новые средства C++);
• исключение путаницы между языками при их совместном использовании («если два языка используются совместно, их различия должны быть или минимальными, или настолько большими, чтобы языки было невозможно перепутать»).

К 1983 году в язык были добавлены новые возможности, такие как виртуальные функции, перегрузка функций и операторов, ссылки, константы, пользовательский контроль над управлением свободной памятью, улучшенная проверка типов и новый стиль комментариев (//). Получившийся язык уже перестал быть просто дополненной версией классического C и был переименован из C с классами в «C++». Его первый коммерческий выпуск состоялся в октябре 1985 года.

Имя языка, получившееся в итоге, происходит от оператора унарного постфиксного инкремента C ++ (увеличение значения переменной на единицу).

До начала официальной стандартизации язык развивался в основном силами Страуструпа в ответ на запросы программистского сообщества. Функцию стандартных описаний языка выполняли написанные Страуструпом печатные работы по C++ (описание языка, справочное руководство и так далее).

История стандартов

В 1985 году вышло первое издание «Языка программирования C++», обеспечивающее первое описание этого языка, что было чрезвычайно важно из-за отсутствия официального стандарта.

В 1989 году состоялся выход C++ версии 2.0. Его новые возможности включали множественное наследование, абстрактные классы, статические функции-члены, функции-константы и защищённые члены. В 1990 году вышло «Комментированное справочное руководство по C++», положенное впоследствии в основу стандарта. Последние обновления включали шаблоны, исключения, пространства имён, новые способы приведения типов и булевский тип.

В 1998 году был опубликован стандарт языка ISO/IEC 14882:1998 (известный как C++98), разработанный комитетом по стандартизации C++ (ISO/IEC JTC1/SC22/WG21 working group). Стандарт C++ не описывает способы именования объектов, некоторые детали обработки исключений и другие возможности, связанные с деталями реализации, что делает несовместимым объектный код, созданный различными компиляторами. Однако для этого третьими лицами создано множество стандартов для конкретных архитектур и операционных систем.

В 2005 году был выпущен отчёт Library Technical Report 1 (кратко называемый TR1). Не являясь официально частью стандарта, отчёт описывает расширения стандартной библиотеки, которые, как ожидалось авторами, должны быть включены в следующую версию языка C++. Степень поддержки TR1 улучшается почти во всех поддерживаемых компиляторах языка C++.

С 2009 года велась работа по обновлению предыдущего стандарта, предварительной версией нового стандарта сперва был C++09, а спустя год C++0x, сегодня — C++11, куда были включены дополнения в ядро языка и расширение стандартной библиотеки, в том числе большую часть TR1.

C++ продолжает развиваться, чтобы отвечать современным требованиям. Одна из групп, разрабатывающих язык C++ и направляющих комитету по стандартизации C++ предложения по его улучшению — это Boost, которая занимается, в том числе, совершенствованием возможностей языка путём добавления в него особенностей метапрограммирования.

Никто не обладает правами на язык C++, он является свободным. Однако сам документ стандарта языка (за исключением черновиков) не доступен бесплатно.