Стивен Прата - Язык программирования C. Лекции и упражнения (6-е изд.) 2015

Многие из изучающих программирование пренебрегают этапами 1 и 2 (определение целей и проектирование программы) и переходят непосредственно к этапу 3 (написание кода). Первые написанные вами программы будут достаточно простыми, чтобы весь процесс разработки можно было “прокрутить” в голове. Если вы допустите ошибку, то найти ее будет довольно легко. По мере того как ваши программы становятся все крупнее и сложнее, представление программы в уме начинает подводить, а на выявление ошибок уходит все больше и больше времени. В конечном итоге те, кто пренебрегает стадиями планирования, обречены на бесполезную потерю времени, на путаницу и разочарование из-за громоздких, плохо функционирующих и трудных для понимания программ. Чем масштабнее и сложнее задача, тем более тщательного планирования она требует.

Мораль здесь в том, что вы должны выработать у себя привычку проводить планирование перед тем, как приступать к написанию кода. Воспользуйтесь старой, но проверенной технологией “карандаша и бумаги”, чтобы сформулировать цели своей программы и набросать эскиз ее проекта. Если вы это сделаете, то в конечном итоге получите большую экономию времени и останетесь довольными результатом.

Механика программирования

Точные действия, которые нужно выполнить, чтобы получить программу, зависят от компьютерной среды. Поскольку С — переносимый язык, с ним можно работать в различных средах, включая операционные системы Unix, Linux, MS-DOS (да, некоторые все еще пользуются этой операционной системой), Windows и Macintosh. В этой книге не хватит места, чтобы рассмотреть все эти операционные среды, в частности потому, что отдельные программные продукты развиваются, умирают и заменяются другими.

Однако, прежде всего, давайте взглянем на некоторые аспекты, общие для многих сред языка С, в том числе и для указанных выше. На самом деле вы вовсе не обязаны знать, по каким правилам выполняется программа на С, но это очень полезные сведения. Они также помогают понять, почему для создания программы на С должны выполняться определенные этапы.

Предварительные сведения 39

При написании программы на языке С код сохраняется в текстовом файле, который называется файлом исходного кода. Большинство систем С, в том числе упомянутые выше, требуют, чтобы имя файла заканчивалось на .с (например, wordcount.c или budget.с). Часть имени, находящаяся перед точкой, называется базовым именем, а часть, следующая за точкой — расширением. Таким образом, budget — это базовое имя, а с — расширение. Сочетание budget.с образует имя файла. Это имя должно также удовлетворять требованиям конкретной операционной системы компьютера. Например, MS-DOS представляет собой операционную систему для персональных компьютеров производства IBM и совместимых с ними. Она требует, чтобы базовое имя содержало не более восьми символов, и в силу этого обстоятельства указанное выше имя файла wordcount.с не является допустимым именем файла в DOS. Некоторые системы Unix ограничивают совокупную длину имени файла 14 символами, включая расширение; другие системы Unix допускают длинные имена вплоть до 255 символов. Операционные системы Linux, Windows и Macintosh также разрешают использование длинных имен.

Итак, для определенности, рассмотрим файл с именем concrete.с, который содержит исходный код на С, представленный в листинге 1.2.

Листинг 1.2. Программа concrete.с

Пока не беспокойтесь о деталях содержимого файла исходного кода, приведенного в листинге 1.2; мы вернемся к ним в главе 2.

Файлы объектного кода, исполняемые файлы и библиотеки

Базовая стратегия программирования на С предусматривает применение программ, которые преобразуют исходный код в исполняемый файл, содержащий готовый к выполнению код на машинном языке. Реализация программы на С обычно осуществляется в два этапа: компиляция и компоновка. Компилятор преобразует исходный код в промежуточный код, а компоновщик объединяет этот код с другим кодом, создавая исполняемый файл. В С используется такой двухэтапный подход для поддержки модульной организации программ. Индивидуальные модули можно компилировать но отдельности, а затем позже с помощью компоновщика объединять скомпилированные модули. Таким образом, если потребуется изменить какой-то один модуль, не нужно будет повторно компилировать остальные модули. Кроме того, компоновщик связывает программу с заранее скомпилированным библиотечным кодом.

Существует несколько вариантов формы промежуточных файлов. Наиболее предпочтительным является вариант, выбранный для описанных в книге реализаций, который предусматривает преобразование исходного кода в код на машинном языке, после чего результат помещается в файл объектного кода, или, сокращенно, объектный файл. (При этом предполагается, что исходный код хранится в единственном файле.) И хотя объектный файл содержит код на машинном языке, он еще не готов к запуску на выполнение. В объектном файле находится перевод исходного кода, но это еще не окончательная программа.

40 Глава 1

Первый элемент, которого не хватает в файле объектного кода — это код запуска, представляющий собой код, который действует в качестве интерфейса между программой и операционной системой. Например, программу можно запускать на одинаковых персональных компьютерах, один из которых функционирует под управлением Microsoft Windows, а другой — под управлением Linux. В обоих случаях оборудование одно и то же, поэтому применяется один и тот же объектный код, в то же время для Windows и для Linux нужен разный код запуска, поскольку эти системы обрабатывают программы по-разному.

Вторым отсутствующим элементом является код для библиотечных подпрограмм. Практически все программы С используют стандартные подпрограммы (называемые функциями), которые являются частью стандартной библиотеки С. Например, в concrete.с применяется функция printf(). Объектный файл не содержит код этой функции, в нем просто имеются команды, указывающие на использование printf(). Фактический код хранится в файле, который называется библиотекой. Библиотечный файл содержит объектный код для множества функций.

Роль компоновщика заключается в сборе вместе этих трех элементов — объектного кода, стандартного кода запуска для установленной системы и библиотечного кода — и последующем их помещении в отдельный файл, который называется исполняемым. Что касается библиотечного кода, то компоновщик извлекает только код, который необходим для функций, вызываемых из библиотеки (рис. 1.4).