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

многочисленных тем, которые будут рассматриваться в настоящей книге) означает возможность появления программных ошибок, которые трудно отследить. Как отметил один из известных людей, ценой свободы является постоянная бдительность.

Выразительность языка С в сочетании с богатством его операций делает возможным написание кода, который исключительно сложно понять. Конечно, вы отнюдь не обязаны писать неясный код, но такая возможность имеется. В конце концов, для какого еще языка устраивается ежегодный конкурс на самый запутанный код?

В языке С много достоинств, но, несомненно, не меньше и недостатков. Однако вместо того, чтобы углубляться в эти материи, давайте перейдем к новой теме.

Происхождение языка С

В начале восьмидесятых годов прошлого столетия С уже был доминирующим языком программирования в среде миникомпьютеров, функционировавших под управлением операционных систем Unix. С тех пор он распространился на персональные компьютеры (микрокомпьютеры) и мэйнфреймы (большие вычислительные машины). Взгляните на рис. 1.2. Многие компании по разработке и поставке программного обеспечения предпочитают использовать именно язык С при создании программ для текстовых процессоров, крупномасштабных электронных таблиц, компиляторов и других программных продуктов. Эти компании убедились в том, что с помощью С можно создавать компактные и эффективные программы. А еще важнее то, что эти в программы легко вносить изменения и легко адаптировать к новым моделям компьютеров.

Pic. 1.2. Где используется язык С

30 Глава 1

Все, что хорошо для компаний и ветеранов языка С, хорошо также и для других пользователей. Все больше и больше пользователей компьютеров обращаются к языку С, чтобы задействовать его преимущества. Для программирования на языке С вовсе не надо быть компьютерным профессионалом.

В девяностых годах прошлого столетия многие компании, изготавливающие и поставляющие программное обеспечение, при реализации крупных программных проектов стали переходить на язык C++. Язык C++ добавляет к С инструментальные средства объектно-ориентированного программирования. (Объектно-ориентированное программирование представляет собой философию, которая пытается формировать язык таким образом, чтобы он соответствовал задаче, в отличие от формулирования задачи так, чтобы она соответствовала языку программирования.) В первом приближении C++ можно рассматривать как надмножество языка С в том смысле, что программа на С также является или почти является программой на C++. Изучая язык С, вы фактически изучаете многие аспекты C++.

Несмотря на популярность более новых языков вроде C++ и Java, язык С сохраняет лидирующее положение по способности решать задачи из области разработки программного обеспечения, обычно входя в десятку наиболее востребованных языков программирования. В частности, С неизменно используется для программирования встроенных систем. Иначе говоря, он все чаще применяется для программирования обычных микропроцессоров, встроенных в автомобили, камеры, DVD-проигрыватели и другие современные бытовые устройства. Наряду с этим С посягает на долговременное господство языка FORTRAN в области научного программирования. И, наконец, как язык, создававшийся для разработки операционных систем, он играет ключевую роль в построении операционной системы Linux. Таким образом, и во второй декаде двадцать первого века С продолжает удерживать за собой сильные позиции. Короче говоря, С является одним из наиболее важных языков программирования и надолго останется таковым. Если вы хотите заниматься разработкой программ, то на вопрос, можете ли вы работать на языке С, вы непременно должны ответить утвердительно.

Особенности функционирования компьютеров

Прежде чем приступать к изучению программирования в языке С, вероятно, следует иметь хотя бы самое общее представление о том, как работает компьютер. Эти знания помогут понять, какова связь между написанием программы на С и тем, что на самом деле происходит при ее выполнении.

Современные компьютеры состоят из нескольких компонентов. Центральный процессор (ЦП) выполняет основную вычислительную работу. Память с произвольным доступом. или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), представляет собой рабочую область, в которой содержатся программы и файлы. Постоянное запоминающее устройство (в прошлом им, как правило, был жесткий диск, но теперь все чаще и чаще его роль исполняет твердотельный диск) хранит все эти программы и файлы, даже когда компьютер выключен. Периферийные устройства различного назначения, такие как клавиатура, мышь, сенсорный экран и монитор, обеспечивают обмен данными между пользователем и компьютером. ЦП обрабатывает программы, поэтому рассмотрим его роль подробнее.

Функции ЦП, по крайней мере, в таком упрощенном представлении архитек туры компьютера, достаточно просты. Процессор извлекает команду из памяти и выполняет ее. Затем он извлекает следующую команду и выполняет ее, и т.д. (ЦП с тактовой частотой 1 ГГц выполняет порядка одного миллиарда таких операций в секунду, так что ЦП ведет монотонную жизнь, но в бешеном темпе.) ЦП имеет собственную

Предварительные сведения 31

рабочую область, состоящую из нескольких регистров, каждый из которых может запоминать какое-то число. Один регистр содержит адрес памяти следующей команды, и ЦП использует эту информацию для извлечения следующей команды. После извлечения следующей команды ЦП запоминает ее в другом регистре и обновляет первый регистр адресом очередной команды. Центральный процессор выполняет ограниченный набор команд (получивший название набора инструкции). Наряду с этим, его команды достаточно специфичны; многие из них требуют от ЦП перемещения числа из одного места в другое — например, из ячейки памяти в регистр.

Здесь следует отметить два интересных обстоятельства. Во-первых, все, что хранится в компьютере, хранится в виде чисел. Числа сохраняются как числа. Символы, такие как буквы алфавита, используемые в текстовых документах, сохраняются как числа, при этом каждый символ обладает своим числовым кодом. Команды, которые компьютер загружает в свои регистры, сохраняются как числа, и каждая команда из набора инструкций имеет числовой код. Во-вторых, компьютерная программа в конечном итоге должна быть выражена в этом числовом коде, или, другими словами, с помощью машинного языка.

Одним из последствий такого принципа работы компьютера является то, что если вы хотите, чтобы компьютер выполнил какую-то работу, то должны ввести конкретный список инструкций (программу), подробно расписывающий, что и как нужно сделать. Вы должны создать программу на языке, который понятен непосредственно компьютеру (на машинном языке). Это кропотливая и утомительная работа, требующая большой точности. Простая операция вроде сложения двух чисел должна быть разбита на несколько шагов, примерно так, как описано ниже.