Среди современных языков программирования язык
Среди современных языков программирования язык Си является одним из наиболее распространенных. Язык Си универсален, однако наиболее эффективно его применение в задачах системного программирования — разработке трансляторов, операционных систем, экранных интерфейсов, инструментальных средств. Язык Си хорошо зарекомендовал себя эффективностью, лаконичностью записи алгоритмов, логической стройностью программ. Во многих случаях программы, написанные на языке Си, сравнимы по скорости с программами, написанными на языке ассемблера; при этом они более наглядны и просты в сопровождении.
Одним из основных достоинств языка Си считается высокая переносимость написанных на нем программ между компьютерами с различной архитектурой, между различными операционными средами. Трансляторы языка Си существуют практически для всех используемых в настоящее время персональных компьютеров.
Язык Си имеет ряд существенных особенностей, которые выделяют его среди других языков программирования. В значительной степени на формирование идеологии языка повлияла цель, которую ставили перед собой его создатели, — обеспечение системного программиста удобным инструментальным языком, который мог бы заменить язык ассемблера. В результате появился язык программирования высокого уровня, обеспечивающий необычайно легкий доступ к аппаратным средствам компьютера. Иногда Си называют языком программирования "среднего" уровня. С одной стороны, как и другие современные
языки высокого уровня, язык Си поддерживает полный набор конструкций структурного программирования, модульность, блочную структуру программ, раздельную компиляцию. С другой стороны, язык Си имеет ряд низкоуровневых черт.
Перечислим некоторые особенности языка Си:
В языке Си реализованы некоторые операции низкого уровня (в частности, операции над битами). Некоторые из таких операций напрямую соответствуют машинным командам.
Базовые типы данных языка Си отражают те же объекты, с которыми приходится иметь дело в программе на языке ассемблера, — байты, машинные слова, символы, строки. Несмотря на наличие в языке Си развитых средств построения составных объектов (массивов и структур), в нем практически отсутствуют средства для работы с ними как с единым целым (нельзя, например, сложить две структуры).
Выражение — это комбинация операндов и операций, задающая порядок вычисления некоторого значения. Операции определяют действия, выполняемые над операндами. Операнд в простейшем случае является константой или переменной. В общем случае каждый операнд выражения также представляет собой выражение, имеющее некоторое значение.
В отличие от многих языков программирования высокого уровня, в языке Си присваивание само является выражением. Как любое выражение, присваивание имеет значение — это тот результат, который присваивается переменной, задаваемой левым операндом. Помимо простого присваивания, в языке Си существуют составные операции присваивания, которые выполняют дополнительные операции над своими операндами.
Результат вычисления выражения зависит от приоритета операций, а также от возможных побочных эффектов. Приоритет операций определяет группирование операндов в выражении и последовательность выполнения операций. Побочным эффектом называется изменение значения какого-либо операнда, вызванное вычислением другого операнда. Для некоторых операций возникновение побочного эффекта зависит от порядка вычисления операндов.
Значение, представляемое операндом в выражении, имеет тип. Этот тип может быть в ряде случаев преобразован (явно или неявно) к другому типу по некоторым правилам. Преобразования типов описаны в разделе 4.7.
Операторы языка Си управляют процессом выполнения программы. Набор операторов языка Си содержит все управляющие конструкции структурного программирования. Ниже представлен полный список операторов:
пустой оператор
составной оператор или блок
оператор-выражение
условный оператор if
оператор пошагового цикла for
оператор цикла с предусловием while
оператор цикла с постусловием do
оператор продолжения continue
оператор-переключатель switch
оператор разрыва break
оператор перехода goto
оператор возврата return
В составе некоторых операторов используются выражения, выполняющие роль условий. В зависимости от значения такого условного выражения выбирается та или иная последовательность действий. В языке Си отсутствуют булевские выражения как самостоятельный класс выражений; в качестве условных выражений применяются обычные выражения языка Си. Значение выражения считается истинным, если оно не равно нулю, и ложным, если равно нулю. Из этого следует, что условные выражения не обязательно должны содержать операции отношения
if(а < 0) …
а могут выглядеть, например, так:
if(а) … или if(а + b)
В теле некоторых операторов языка Си могут содержаться другие операторы. Оператор, находящийся в теле другого оператора, в свою очередь может содержать операторы.
Составной оператор ограничивается фигурными скобками. Все другие операторы заканчиваются точкой с запятой (;). Точка с запятой в языке Си является признаком конца оператора, а не разделителем операторов, как в ряде других языков программирования.
Перед любым оператором языка Си может быть записана метка, состоящая из имени и двоеточия. Операторные метки распознаются только оператором goto (см. раздел 5.12 "Оператор перехода goto").
Программа на языке Си выполняется последовательно, оператор за оператором, за исключением случаев, когда какой-либо оператор явно передает управление в другую часть программы, например при вызове функции или возврате из функции.
Функция — это совокупность объявлений и операторов, предназначенная для выполнения некоторой отдельной задачи. Количество функций в программе не ограничивается. Любая программа на языке Си содержит, по крайней мере, одну функцию, так называемую главную функцию, с именем main. В данном разделе описывается, как определять, объявлять и вызывать функции в языке Си.
Определение функции специфицирует имя функции, атрибуты ее формальных параметров, и тело функции, содержащее Объявления и операторы. В определении функции также может задаваться класс памяти функции и тип возвращаемого значения.
Объявление функции задает имя и тип возвращаемого значения функции, явное определение которой приведено в другом месте программы. В объявлении функции могут быть также специфицированы класс памяти, число аргументов функции и их типы. Прототип функции (версия 5.0 СП MSC и СП ГГС) позволяет, помимо того, задавать в объявлении идентификаторы и класс памяти аргументов. Это позволяет компилятору сравнивать при вызове типы фактических аргументов и формальных параметров функции.
Указание типа возвращаемого значения в определении функции необязательно, если это тип int. При другом типе возвращаемого значения необходимо указать этот тип в объявлении функции. К моменту вызова функции тип ее возвращаемого значения должен быть известен, поэтому перед вызовом может потребоваться предварительное объявление функции с указанием типа ее возвращаемого значения.
Вызов функции передает управление от вызывающей функции к вызываемой. Значения фактических аргументов, если они есть, передаются в вызываемую функцию. При выполнении оператора возврата return
в вызываемой функции управление и возвращаемое значение (если оно есть) передаются в вызывающую функцию.
Препроцессор языка Си представляет собой макропроцессор, используемый для обработки исходного файла на нулевой фазе компиляции. Компилятор языка Си сам вызывает препроцессор, однако препроцессор может быть вызван и автономно. Директивы препроцессора представляют собой инструкции, записанные в исходном тексте программы на языке Си и предназначенные для выполнения препроцессором языка Си.
Директивы препроцессора обычно используются для того, чтобы облегчить модификацию исходных программ и сделать их более независимыми от особенностей различных реализаций компилятора языка Си, разных компьютеров и операционных сред. Директивы препроцессора позволяют заменить лексемы в тексте программы некоторыми значениями, вставить в исходный файл содержимое другого исходного файла, запретить компиляцию некоторой части исходного файла и т.д. Препроцессор Си распознает следующие директивы:
|
#define |
#else |
#if |
#ifndef |
#line |
|
#elif |
#endif |
#ifdef |
#include |
#undef |
Символ #
должен быть первым в строке, содержащей директиву в СП MSC версии 4. В СП MSC версии 5 ив СП ТС ему могут предшествовать пробельные символы. Как в СП MSC, так и в СП ТС пробельные символы допускаются между символом # и первой буквой директивы.
Некоторые директивы могут содержать аргументы. Директивы могут быть записаны в любом месте исходного файла, но их действие распространяется только от точки программы, в которой они записаны, до конца исходного файла.
Указания компилятору, или прагмы, представляют собой инструкции, записываемые в исходном тексте программы и предназначенные для управления действиями компилятора языка Си в определенных ситуациях. Набор указаний компилятору и их смысл различаются для разных компиляторов языка Си, поэтому в разделе 7.8 описывается только общий синтаксис указаний компилятору.
В рассматриваемых системах программирования есть возможность получить промежуточный текст программы после работы препроцессора, до начала собственно компиляции. В этом файле уже выполнены макроподстановки, а все строки, содержащие директивы #define и #undef, заменены на пустые строки. На место строк #include подставлено содержимое соответствующих включаемых файлов. Выполнена обработка директив условной компиляции #if, #elif, #else, #ifdef, #ifndef, #endif, а строки, содержащие их, заменены пустыми строками. Пустыми строками заменены и исключенные в процессе условной компиляции фрагменты исходного текста. Кроме того, в этом файле есть строки следующего вида:
#<константа>["имя файла"]
которые соответствуют точкам изменения номера текущей строки и/или номера файла по директивам #line или #include.
