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

1. Скопировать число из ячейки памяти 2000 в регистр 1.

2. Скопировать число из ячейки памяти 2004 в регистр 2.

3. Сложить содержимое регистра 2 с содержимым регистра 1 и оставить результат сложения в регистре 1.

4. Скопировать содержимое регистра 1 в ячейку памяти 2008.

И каждую из этих инструкций придется представить в числовом коде!

Если написание программ в таком стиле вам нравится, то вы огорчитесь, узнав, что золотой век программирования в машинных кодах давно канул в прошлое. Однако если вы предпочитаете что-то более интересное, откройте свое сердце языкам программирования высокого уровня.

Языки программирования высокого уровня и компиляторы

Языки программирования высокого уровня, такие как С, существенно упрощают вашу жизнь как программиста несколькими способами. Во-первых, вы не должны представлять команды в числовом коде. Во-вторых, команды, которые вы используете, намного ближе к тому, каким образом вы думаете о задаче, нежели к тому, как она представлена в рамках детализированного подхода, применяемого компьютером. Вместо того чтобы обременять себя мыслями о том, какие действия конкретный ЦП должен предпринять, чтобы решить конкретную задачу, вы можете выразить свои пожелания на более абстрактном уровне. Чтобы сложить два числа, вы можете, например, написать код следующего вида:

total = mine + yours;

32 Глава 1

Видя код, подобный этому, вы сразу же догадываетесь, что он делает, в то же время, просматривая эквивалентный код на машинном языке, который содержит несколько команд, выраженных в числовой форме, трудно сходу понять, о чем идет речь.

К сожалению, для компьютера все происходит с точностью до наоборот: для него команда на языке высокого уровня — непонятная бессмыслица. Именно в этот момент в игру выступают компиляторы. Компилятор — это программа, которая переводит программу, представленную на языке высокого уровня, в детальный набор команд на машинном языке, понимаемых компьютером. Вы формулируете задачу на высоком уровне, а компилятор берет на себя заботу об остальных скучных деталях.

Подход с использованием компилятора дает еще одно преимущество. В общем случае каждый компьютер обладает собственным уникальным машинным языком. Поэтому программа, написанная на машинном языке, например, для ЦП Intel Core i7, совершенно бессмысленна для процессора с ARM-архитектурой Cortex-A57. В то же время компилятор можно приспособить для конкретного машинного языка. Следовательно, располагая нужным компилятором или набором компиляторов, можно преобразовывать одну и ту же программу на языке высокого уровня в разнообразные программы на разных машинных языках. Вы решаете задачу программирования только один раз, после чего предоставляете компиляторам возможность транслировать ее решение на множество различных машинных языков.

Короче говоря, языки высокого уровня, такие как С, Java и Pascal, описывают действия в более абстрактной форме и не привязаны к конкретному ЦП или набору инструкций. Кроме того, языки высокого уровня проще изучать, и на них намного легче писать программы, чем на машинных языках.

Этапы компьютерной эры

В 1964 году корпорация Control Data Corporation объявила о создании компьютера CDC 6600. Эта занимающая целую комнату машина считается первым суперкомпьютером, и ее начальная стоимость составляла около 6 миллионов долларов США. Этот компьютер был основным вычислительным инструментом при исследованиях в ядерной физике высоких энергий. Современный смартфон превосходит его в несколько сотен раз по вычислительной мощности и объему памяти. Вдобавок он может воспроизводить видео и музыку. Причем это всего лишь телефон.

В 1964 году доминирующим языком программирования был FORTRAN, во всяком случае, в технике и науке. Языки программирования развивались не настолько бурными темпами, как оборудование, на котором они работали. Однако мир языков программирования изменился. В ходе попыток адаптации к постоянно растущим программным проектам языки обеспечили более высокую поддержку сначала структурному программированию, а затем и объектноориентированному программированию. Со временем не только появились новые языки, но изменились существующие.

Стандарты языка С

В настоящее время доступно множество реализаций языка С. В идеальном случае, когда вы пишете программу на С, она должна работать одинаково на любой реализации при условии, что в ней не используется код, специфичный для конкретной машины. Чтобы добиться этого на деле, различные реализации должны соответствовать общепризнанному стандарту.

Поначалу для языка С не существовало официального стандарта. С другой стороны, общепризнанным стандартом служило первое издание книги Брайана Кернигана

Предварительные сведения 33

и Денниса Ритчи Язык программирования С (в настоящее время доступно второе издание этой книги, выпущенное издательским домом “Вильямс”); этот стандарт получил обозначение К&Л Сили Classic С (классический С). Приложение Б настоящей книги можно рассматривать в качестве руководства по реализациям языка С. Например, создатели компиляторов утверждают, что предлагают полную реализацию K&R. Однако, хотя в упомянутом приложении дано определение языка С, в нем не описана стандартная библиотека С. Язык С зависит от своей библиотеки в большей степени, нежели другие языки, поэтому возникает необходимость также и в разработке стандарта для библиотеки. При отсутствии какого-либо официального стандарта библиотека, поставляемая вместе с реализацией С для Unix, стала стандартом де-факто.

Первый стандарт ANSI/ISO С

По мере того как язык С развивался и получал все более широкое применение в различных системах, сообщество пользователей С ощутило острую потребность во всеобъемлющем, современном и строгом стандарте. Чтобы удовлетворить эту потребность, институт ANSI (American National Standards Institute — Национальный институт стандартизации США) образовал в 1983 году специальный комитет (X3J11), целью которого была разработка нового стандарта, и он формально был принят в 1989 году. Этот стандарт (ANSI С) определяет как сам язык, так и стандартную библиотеку С. Организация ISO (International Organization for Standardization — Международная организация по стандартизации) приняла стандарт языка С (ISO С) в 1990 году. По существу ISO С и ANSI С являются одним и тем же стандартом. Окончательную версию стандарта ANSI/ISO часто называют С89 (именно в этом году институт ANSI утвердил данный стандарт) или С90 (т.к. в этом году данный стандарт был утвержден ISO). Поскольку версия ANSI появилась первой, часто используется термин ANS1 С.

Комитет X3J11 выдвинул несколько руководящих принципов. Возможно, самым интересным был принцип, гласящий: “сохраняйте дух языка С”. Комитет перечислил следующие идеи, которые выступают в качестве выражений этого духа.