Читаем Язык Си - руководство для начинающих онлайн бесплатно

Созданием языков программирования занимаются в большинстве случаев очень квалифицированные люди, часто группы программистов, а иногда даже международные коллективы. Однако подавляющее большинство языков программирования умирало, едва родившись. Лишь к немногим из них был проявлен интерес, и буквально единицы получили действительно широкое распространение. К таким "счастливым" языкам принадлежит язык Си, разработанный Д. Ритчи. Он появился не на пустом месте. Ему предшествовали и оказали на него серьезное влияние язык BCPL, разработанный М. Ричардсоном, и язык Би (В), созданный К. Томпсоном.

Си — это достаточно выразительный язык программирования, предназначенный для описания широкого круга задач и содержащий современные механизмы управления вычислительным процессом и работы с данными. В то же время язык Си очень прост: в него введены некоторые средства, характерные скорее для ассембле-ров, чем для языков высокого уровня. Простота языка не требует создания слишком сложных компиляторов и позволяет получать достаточно эффективный объектный код. Эти свойства языка особенно важны при написании операционных систем, но они могут оказаться очень полезными и при разработке прикладных программ.

Наибольшую популярность язык приобрел у системных программистов. Видимо, этому способствовали как сам факт успешного написания на языке Си переносимой операционной системы UNIX, получившей широкое распространение, так и элегантность и лаконичность языка. Чрезвычайно привлекательными для системных программистов оказались возможность использовать память раз-яичных типов в том числе регистровую, введение указателей, являющихся аналогами косвенных адресов, а также возможность работы со сложными структурами данных, применение препроцессора и Удобство работы с символьными строками.

Прикладные программы пишутся обычно на традиционных языках высокого уровня, например на Фортране. Однако в тех случаях, когда некоторые части таких программ оказываются особенно критичными в отношении времени, их можно писать не на ассемблере, как обычно, а на языке Си. Такой подход сократит время разработки прикладных программ, обеспечит их достаточную эффективность, а во многих случаях и переносимость, т. е. использование одной программы на ЭВМ различных типов.

Предлагаемая читателю книга — учебник по языку Си. Книга написана известными американскими специалистами М. Уэйтом, С. Пратой и Д. Мартином с большим педагогическим и методическим мастерством: излагаемый материал проиллюстрирован многочисленными примерами и задачами. Это обеспечивает легкость понимания и усвоения предмета. Поскольку трансляторы с языка Си появились сейчас на отечественных машинах, книга может представлять интерес не только для широкого круга читателей, впервые знакомящихся с языком Си, но и для системных программистов, инженеров и научных работников.

Перевод выполнили В. С. Явнилович (предисловие, гл. 1–9) и Л. Н. Горинович (гл. 10–15 и приложения).

Э. А. Трахтенгерц

Си — простой, изящный язык программирования, на котором останавливает свой выбор все большее число программистов. Эта книга (если вы не посмотрели на титульный лист) называется "Язык Си. Руководство для начинающих"; она представляет собой простой и хороший учебник по языку Си.

Слова "Руководство для начинающих", стоящие в подзаголовке книги, говорят о том, что нашей целью было дать обзор основ языка Си. В программировании опыт — великий учитель; с этой целью в книге приведено много задач учебного и познавательного характера. Мы пытались использовать рисунки всюду, где, как мы надеялись, они помогут внести ясность. Чтобы вы имели возможность проверить себя, в конце каждой главы приводятся вопросы для самоконтроля (и ответы на них). Мы не предполагаем у вас большого опыта работы на каком-нибудь языке программирования, однако иногда будем сравнивать язык Си с другими языками, ориентируясь на тех читателей, которые знают их.

Мы несколько расширили границы обычного учебника: обсудили ряд более сложных тем, таких, как использование структур, приведение типов, работу с файлами; в приложении мы рассмотрели возможности побитовой обработки на языке Си, а также некоторые расширения языка. Мы описали программную среду компилятора с языка Си, функционирующего как с операционной системой UNIX, так и с программным обеспечением микрокомпьютеров: например, обсудили вопрос переключения ввода-вывода и продемонстрировали использование портов в микропроцессорах INTEL 8086/8088. И наконец, мы включили шутливые рисунки как одно из довольно приятных дополнений.

Мы попытались сделать эту книгу поучительной, понятной и полезной. Чтобы получить максимальную пользу от книги, вы должны работать с ней самым активным образом. Не занимайтесь просто чтением примеров. Вводите их в вашу вычислительную систему и пытайтесь выполнить. Хотя Си и переносимый (или мобильный) язык, вполне возможно, вы найдете различия между тем, как программа работает в вашей системе и у нас. Не бойтесь экспериментировать — измените часть программы, чтобы увидеть, к чему это приведет. Модифицируйте ваши программы, чтобы они слегка отличались от исходных. Попробуйте не обращать внимания на наши иногда встречающиеся предупреждения и посмотрите, что при этом произойдет. Попытайтесь ответить на вопросы и выполнить упражнения. Чем больше вы сделаете самостоятельно, тем большему научитесь.

Мы желаем вам удачи при изучении языка Си. Мы попытались сделать книгу отвечающей вашим потребностям и надеемся, что она поможет вам достичь поставленных целей.

Мы благодарим Роберта Лафора из издательства Waite Group за редакторские советы и Боба Петерсена за техническую помощь. Мы приносим благодарность также компании Lifeboat Associates (в особенности Джошуа Аллену и Тодду Кацу) за возможность использовать компилятор Lattice С. Мы благодарим специалистов компаний C-Systems, Software Toolworks, Telecon Systems и Supersoft за предоставленную нам информацию о своих компиляторах с языка Си. Один из авторов, С. Прата, посвящает свой труд родителям — Вики и Биллу — с любовью.

М. Уэйт, С. Прата, Д. Мартин

ИСТОРИЯ СИ ДОСТОИНСТВА СИ

ЯЗЫКИ КОМПИЛЯЦИИ

Добро пожаловать в мир языка Си. В данной главе мы попробуем подготовить вас к изучению этого мощного языка, завоевывающего все большую популярность. Что вам для этого нужно? Во-первых, интерес к Си, который, по-видимому, у вас уже есть. Но, чтобы усилить его, мы кратко обрисуем некоторые привлекательные стороны данного языка. Во-вторых, вы нуждаетесь в учебнике по языку Си — и учебником послужит вам эта книга. Кроме того, вам нужен доступ к какой-нибудь вычислительной системе, в которой имеется компилятор с языка Си. Это вы должны обеспечить себе сами. Наконец, вам необходимо научиться выполнять Си-программу на вашей вычислительной системе, и мы в конце главы дадим вам несколько советов по этому поводу.

Сотрудник фирмы Bell Labs Деннис Ритчи создал язык Си в 1972 г. во время совместной работы с Кеном Томпсоном над операционной системой UNIX. Ритчи не выдумал Си просто из головы — прообразом послужил язык Би, разработанный Томпсоном, который в свою очередь…, но это уже другая история. Важным моментом для нас является то, что язык Си был разработан как инструмент для программистов-практиков. В соответствии с этим главной целью его автора было создание удобного и полезного языка.

Мы думаем, что критерий полезности принимался во внимание ПРИ разработке большинства языков программирования, но, кроме того, часто учитывались и другие потребности. Одной из главных Целей при создании языка Паскаль, например, было построение ПРОЧНЫХ основ обучения принципам программирования. Язык Бейсик создавался так, чтобы его синтаксис был близок к синтаксису английского языка; поэтому им легко могли пользоваться студенты, не знакомые с ЭВМ. Все эти цели тоже важны, но они не всегда совместимы с прагматическими, каждодневными требованиями. Предпосылки, послужившие основой создания языка Си как средства программирования, позволили разработать, кроме того, язык, облегчающий труд программиста.

Язык Си быстро становится одним из наиболее важных и популярных языков программирования. Его использование все более расширяется, поскольку часто программисты предпочитают язык Си всем другим языкам после первого знакомства с ним. Когда вы изучите язык Си достаточно хорошо, вы сможете оценить многие из его достоинств. Сейчас мы упомянем лишь некоторые из них.

Си — современный язык. Он включает в себя те управляющие конструкции, которые рекомендуются теоретическим и практическим программированием. Его структура побуждает программиста использовать в своей работе нисходящее проектирование, структурное программирование и пошаговую разработку модулей. Результатом такого подхода является надежная и читаемая программа.

Си — эффективный язык. Его структура позволяет наилучшим образом использовать возможности современных ЭВМ. На языке Си программы обычно отличаются компактностью и быстротой исполнения.

Си — переносимый, или мобильный, язык. Это означает, что программа, написанная на Си для одной вычислительной системы, может быть перенесена с небольшими изменениями (или вообще без них) на другую. Если модификации все-таки необходимы, то часто они могут быть сделаны путем простого изменения нескольких элементов в "головном" файле, который сопутствует главной программе. Конечно, структура большинства языков программирования подразумевает переносимость, но тот, кто переносил программу, написанную на Бейсике, с персональной ЭВМ IBM PC на машину Apple (они во многом, похожи) или пытался выполнить программу, написанную на Фортране для машины типа IBM, в системе UNIX, знает о многих возникающих при этом мучительных

РИС. 1.1. Достоинства языка Си.

проблемах. Язык Си предоставляет исключительные возможности для переноса программ. Компиляторы с данного языка реализованы почти на 40 типах вычислительных систем, начиная от- 8-разрядных микропроцессоров и кончая CRAY-1 одним из самых мощных в настоящее время суперкомпьютеров.

Си — мощный и гибкий язык (два излюбленных слова в литературе по вычислительной технике). Например, большая часть мощной и гибкой (!) операционной системы (ОС) UNIX написана на языке Си. Речь идет о компиляторах и интерпретаторах других языков, таких, как Фортран, АПЛ, Паскаль, Лисп, Лого и Бейсик. Поэтому, когда вы используете компилятор с Фортрана в системе UNIX, результирующая объектная программа в конечном счете получается с помощью некоторой программы, написанной на языке Си. Кроме того, программы, написанные на Си, используются для решения физических и технических проблем и даже для производства мультипликационных фильмов.

Си обладает рядом замечательных конструкций управления, обычно ассоциируемых с ассемблером. Если вы остановите свой выбор на Си, то сможете реализовывать свои программы с максимальной эффективностью.

Си — удобный язык. Он достаточно структурирован, чтобы поддерживать хороший стиль программирования, и вместе с тем не связывать вас смирительной рубашкой ограничений.

Кроме уже упомянутых достоинств язык Си имеет и некоторые другие. У него, безусловно, есть и ряд недостатков, но вместо того чтобы далее углубляться в это, давайте обсудим еще один вопрос.

Язык Си уже занимает доминирующее положение в мире мини-компьютеров, работающих под управлением ОС UNIX. Сейчас он распространяется на область персональных ЭВМ. Многие фирмы, производящие программное обеспечение, все чаще обращаются к Си, как к удобному языку для реализации своих проектов: программ обработки текстов, составления крупноформатных таблиц, компиляторов и т. д., поскольку известно, что Си позволяет получить компактные и эффективные программы. Что еще важнее, эти программы могут быть легко модифицированы и адаптированы к новым моделям ЭВМ.

Другой причиной, способствующей проникновению Си в программное обеспечение персональных ЭВМ, является желание пользователей, работающих в системе UNIX, отлаживать свои программы дома. Поскольку уже созданы варианты компилятора с языка Си для некоторых моделей персональных ЭВМ, пользователи имеют возможность это делать.

По нашему мнению, то, что подходит для фирм и программистов с большим опытом работы на Си, хорошо и для остальных пользователей. Все больше и больше программистов останавливают свой выбор на языке Си, чтобы воспользоваться его преимуществами. Поэтому вам совсем не обязательно быть. профессиональным программистом, чтобы следовать их примеру.

Короче говоря, Си суждено стать одним из наиболее важных языков программирования в 80-90-е годы. Он уже применяется на мини-компьютерах и персональных ЭВМ. Он используется фирмами, производящими программное обеспечение, студентами, обучающимися программированию, и различными энтузиастами. И если вы хотите работать в сфере программотехники, то один из первых вопросов, на который вы должны будете отвечать "да", — "Умеете ли вы программировать на Си?".

Си — язык "компилируемого" типа. Не огорчайтесь, если это звучит для вас пока как непонятный набор слов; вы поймете, что это значит, когда мы опишем этапы процесса создания работающей Си-программы.

Если вы привыкли использовать какой-нибудь язык программирования компилируемого типа, например Паскаль или Фортран, вам будут понятны основные этапы "сборки" программ, написанных на Си. Но если ваш опыт основан на работе с такими языками

РИС. 1.2. Области применения языка Си.

интерпретируемого типа, как Бейсик и Лого, или у вас совсем нет соответствующей подготовки, то процесс сборки может показаться вам поначалу необычным. К счастью, мы можем объяснить вам все детали этого процесса, и вы увидите, что на самом деле он достаточно понятен и прост.