Úvodní díl seriálu o programování v C a C++. Dnes se podíváme na historii a základní vlastnosti jazyka C.
31.8.2004 12:00 | Jan Němec | přečteno 179856×
Vítejte v prvním díle nového seriálu o C a C++. Určený je především začínajícím programátorům, kteří mají alespoň základní zkušenost s nějakým jiným jazykem, ale srozumitelný by měl být i pro nováčky. Cílem není formální popis jazyka, ale praktický návod se spoustou příkladů. Projdeme syntaxi jazyka, standardní knihovny i běžné postupy při programování v C/C++. Specifikům programování pod Unixem a navazujícímu software se budu věnovat pouze v nezbytné míře. Začneme jazykem C, neboť C++ z něj vychází, vzniklo především přidáním nových konstrukcí do C a jen několika jinými drobnými změnami, takže slušně napsaný program v C je zároveň i v C++.
Jazyk C pochází z počátku sedmdesátých let, navrhli jej Ken Thompson a Dennis Ritchie a jeho vznik je úzce spjat s Unixem. To do značné míry ovlivnilo i jeho vlastnosti, jedná se o poměrně nízkoúrovňový a jednoduchý procedurální jazyk určený pro skutečné praktické programování a ne pro kochání se čistotou syntaxe jazyka. C je velmi efektivní a nevyžaduje náročnou runtime podporu jako třeba Java. Céčko se překládá do strojového kódu. Nejprve se spustí preprocesor, který před vlastním překladem upraví zdroják, následuje překlad do objektového kódu a závěrečnou fází je linkování. Jednotlivé konstrukce jazyka jdou velmi jednoduše přeložit do asembleru, kterému se navíc podobá volným přístupem do paměti (ale samozřejmě nikoli syntaxí). Samotný jazyk je poměrně chudý, veškeré složitější věci se řeší voláním funkcí z knihoven. Součástí normy C je i standardní knihovna, která obsahuje alespoň ty nejčastěji používané funkce. Jde především o terminálový vstup a výstup, základní operace se soubory, práce s pamětí, řetězci a matematické funkce.
Jazyk C se postupem času vyvíjel. V roce 1978 vyšla kniha Kernighana a Ritchieho "The C Programming Language", šlo víceméně o neformální specifikaci C. Tato verze se nazývá K & R C a dnes se již příliš nepoužívá. Zdroják podle K & R se od novějšího kódu na první pohled liší především v deklaracích funkcí. Z roku 1989 pochází ANSI C, které podporují všechny běžné dnešní překladače, tuto normu převzala ISO. V našem seriálu z ní budu vycházet. Poslední důležitý standard je C99, ten se ale od ANSI C příliš neliší.
Velkou výhodou céčka je jeho oblíbenost a s tím související dobrá dostupnost překladačů pro různé platformy, na Linuxu hraje dominantní roli gcc. V C je napsaná spousta knihoven, které můžeme použít, pokud si nevystačíme se standardní knihovnou. Dobře standardizovaná jsou například unixová volání, není proto problém psát programy přenositelné na úrovni zdrojových kódů mezi různými Unixy a překladači. C syntaxi mají také Windows API. Céčko je oblíbený univerzální jazyk, a proto nepřekvapí šíře použití. Jsou v něm napsané operační systémy, ovladače, servery i běžné aplikace. Většina jiných jazyků nabízí možnost psaní rozšiřujících modulů v C. Největší význam má C u programů spíše nízkoúrovňových, přenositelných a bez grafického rozhraní. V současné době se význam čistého C pomalu zmenšuje zejména ve prospěch C++, Javy a skriptovacích jazyků, ale stále se hodně používá a ještě dlouho používat bude. Navíc C++, Java a další jazyky ze syntaxe C vycházejí.
Céčko má také své nevýhody. Volný přístup do paměti vede spolu s nekontrolováním mezí polí často k různým nepříjemnostem typu přetečení zásobníku. Chyba C programátora a útok crackera na jeho program, například nějaký server, tak může vést na běžných architekturách až k vykonání nepřátelského kódu, zatímco v Javě by tato situace skončila vyvoláním výjimky. Céčko také svou syntaxí vůbec nenutí programátora k psaní přehledného kódu, takže není vhodné jako první jazyk pro výuku začátečníků. Já osobně považuji za vážný problém C špatnou ochranu identifikátorů. Zejména při práci s cizími knihovnami hrozí konflikt jmen funkcí, proměnných a maker. Někomu může v C chybět podpora objektově orientovaného programování. Poslední dva problémy se snaží řešit C++.
Pro vývoj v C nezbytně potřebujeme pouze textový editor (nejčastěji Vim, Emacs, ...) a překladač (nejčastěji gcc, který je součástí všech běžných distribucí Linuxu). Příznivci grafického prostředí ocení nějaké IDE, například KDevelop nebo Anjuntu, znalci Vimu a Emacsu si IDE vytvoří ze svého editoru. K ladění slouží gdb, případně s nějakou nadstavbou typu ddd, KDdb nebo xxgdb. Na odhalování paměťových chyb se hodí valgrind. Samostatnou kapitolu tvoří sestavování větších projektů. Základem je make a dále se používá zeména autoconf a automake. Nenechte se tímto výčtem programů odradit, v prvních dílech si vystačíme s editorem a vlastním překladačem.
Pokud používáte Windows, nejčastěji se setkáte s komerčním balíkem od Microsoftu nebo Borlandu, oba obsahují vše potřebné včetně IDE. Rozchodit se dá i multiplatformní gcc. Pokud si chcete céčko na Windows jen vyzkoušet a nechcete nic kupovat ani složitě nastavovat ani stahovat množství dat po Internetu, vřele doporučuji minimalistické lcc. To však na rozdíl od většiny ostatních překladačů zvládá pouze čisté C a nikoli C++.
V dalším díle napíšeme první program v C, přeložíme ho a spustíme.