Главная › Кормление › Кто создал язык с. §1 Общие сведения о языке

Кто создал язык с. §1 Общие сведения о языке

История создания

Язык возник в начале 1980-х годов, когда сотрудник фирмы Bell Labs Бьёрн Страуструп придумал ряд усовершенствований к языку C под собственные нужды. Когда в конце 1970-х годов Страуструп начал работать в Bell Labs над задачами теории очередей (в приложении к моделированию телефонных вызовов), он обнаружил, что попытки применения существующих в то время языков моделирования оказываются неэффективными, а применение высокоэффективных машинных языков слишком сложно из-за их ограниченной выразительности. Так, язык Симула имеет такие возможности, которые были бы очень полезны для разработки большого программного обеспечения, но работает слишком медленно, а язык BCPL достаточно быстр, но слишком близок к языкам низкого уровня и не подходит для разработки большого программного обеспечения.

Вспомнив опыт своей диссертации, Страуструп решил дополнить язык C (преемник BCPL) возможностями, имеющимися в языке Симула. Язык C, будучи базовым языком системы UNIX, на которой работали компьютеры Bell, является быстрым, многофункциональным и переносимым. Страуструп добавил к нему возможность работы с классами и объектами. В результате практические задачи моделирования оказались доступными для решения как с точки зрения времени разработки (благодаря использованию Симула-подобных классов), так и с точки зрения времени вычислений (благодаря быстродействию C). В первую очередь в C были добавлены классы (с инкапсуляцией), наследование классов, строгая проверка типов, inline-функции и аргументы по умолчанию. Ранние версии языка, первоначально именовавшегося «C with classes» («Си с классами»), стали доступны с 1980 года.

Разрабатывая C с классами, Страуструп написал программу cfront — транслятор, перерабатывающий исходный код C с классами в исходный код простого C. Это позволило работать над новым языком и использовать его на практике, применяя уже имеющуюся в UNIX инфраструктуру для разработки на C. Новый язык, неожиданно для автора, приобрёл большую популярность среди коллег и вскоре Страуструп уже не мог лично поддерживать его, отвечая на тысячи вопросов.

При создании C++ Бьёрн Страуструп хотел

Получить универсальный язык со статическими типами данных, эффективностью и переносимостью языка C.
Непосредственно и всесторонне поддерживать множество стилей программирования, в том числе процедурное программирование, абстракцию данных, объектно-ориентированное программирование и обобщённое программирование.
Дать программисту свободу выбора, даже если это даст ему возможность выбирать неправильно.
Максимально сохранить совместимость с C, тем самым делая возможным лёгкий переход от программирования на C.
Избежать разночтений между C и C++: любая конструкция, допустимая в обоих языках, должна в каждом из них обозначать одно и то же и приводить к одному и тому же поведению программы.
Избегать особенностей, которые зависят от платформы или не являются универсальными.
«Не платить за то, что не используется» — никакое языковое средство не должно приводить к снижению производительности программ, не использующих его.
Не требовать слишком усложнённой среды программирования.

Выбор именно C в качестве базы для создания нового языка программирования объясняется тем, что язык C:

1. является многоцелевым, лаконичным и относительно низкоуровневым языком;
2. подходит для решения большинства системных задач;
3. исполняется везде и на всём;
4. стыкуется со средой программирования UNIX.

— Б. Страуструп. Язык программирования C++. Раздел 1.6

Несмотря на ряд известных недостатков языка C, Страуструп пошёл на его использование в качестве основы, так как «в C есть свои проблемы, но их имел бы и разработанный с нуля язык, а проблемы C нам известны». Кроме того, это позволило быстро получить прототип компилятора (cfront), который лишь выполнял трансляцию добавленных синтаксических элементов в оригинальный язык C.

По мере разработки C++ в него были включены другие средства, которые перекрывали возможности конструкций C, в связи с чем неоднократно поднимался вопрос об отказе от совместимости языков путём удаления устаревших конструкций. Тем не менее, совместимость была сохранена из следующих соображений:

сохранение действующего кода, написанного изначально на C и прямо перенесённого в C++;
исключение необходимости переучивания программистов, ранее изучавших C (им требуется только изучить новые средства C++);
исключение путаницы между языками при их совместном использовании («если два языка используются совместно, их различия должны быть или минимальными, или настолько большими, чтобы языки было невозможно перепутать»).

К 1983 году в язык были добавлены новые возможности, такие как виртуальные функции, перегрузка функций и операторов, ссылки, константы, пользовательский контроль над управлением свободной памятью, улучшенная проверка типов и новый стиль комментариев (//). Получившийся язык уже перестал быть просто дополненной версией классического C и был переименован из C с классами в «C++». Его первый коммерческий выпуск состоялся в октябре 1985 года.

Имя языка, получившееся в итоге, происходит от оператора унарного постфиксного инкремента C ++ (увеличение значения переменной на единицу).

До начала официальной стандартизации язык развивался в основном силами Страуструпа в ответ на запросы программистского сообщества. Функцию стандартных описаний языка выполняли написанные Страуструпом печатные работы по C++ (описание языка, справочное руководство и так далее).

История стандартов

В 1985 году вышло первое издание «Языка программирования C++», обеспечивающее первое описание этого языка, что было чрезвычайно важно из-за отсутствия официального стандарта.

В 1989 году состоялся выход C++ версии 2.0. Его новые возможности включали множественное наследование, абстрактные классы, статические функции-члены, функции-константы и защищённые члены. В 1990 году вышло «Комментированное справочное руководство по C++», положенное впоследствии в основу стандарта. Последние обновления включали шаблоны, исключения, пространства имён, новые способы приведения типов и булевский тип.

Стандартная библиотека C++ также развивалась вместе с ним. Первым добавлением к стандартной библиотеке C++ стали потоки ввода-вывода, обеспечивающие средства для замены традиционных функций C printf и scanf. Позднее самым значительным развитием стандартной библиотеки стало включение в неё Стандартной библиотеки шаблонов.

В 1998 году был опубликован стандарт языка ISO/IEC 14882:1998 (известный как C++98), разработанный комитетом по стандартизации C++ (ISO/IEC JTC1/SC22/WG21 working group). Стандарт C++ не описывает способы именования объектов, некоторые детали обработки исключений и другие возможности, связанные с деталями реализации, что делает несовместимым объектный код, созданный различными компиляторами. Однако для этого третьими лицами создано множество стандартов для конкретных архитектур и операционных систем.

В 2005 году был выпущен отчёт Library Technical Report 1 (кратко называемый TR1). Не являясь официально частью стандарта, отчёт описывает расширения стандартной библиотеки, которые, как ожидалось авторами, должны быть включены в следующую версию языка C++. Степень поддержки TR1 улучшается почти во всех поддерживаемых компиляторах языка C++.

С 2009 года велась работа по обновлению предыдущего стандарта, предварительной версией нового стандарта сперва был C++09, а спустя год C++0x, сегодня — C++11, куда были включены дополнения в ядро языка и расширение стандартной библиотеки, в том числе большую часть TR1.

C++ продолжает развиваться, чтобы отвечать современным требованиям. Одна из групп, разрабатывающих язык C++ и направляющих комитету по стандартизации C++ предложения по его улучшению — это Boost, которая занимается, в том числе, совершенствованием возможностей языка путём добавления в него особенностей метапрограммирования.

Никто не обладает правами на язык C++, он является свободным. Однако сам документ стандарта языка (за исключением черновиков) не доступен бесплатно.

Благодаря чему сложился такой статус языка С? Исторически этот язык неотделим от операционной системы Unix, которая в наши дни переживает свое второе рождение. 60-е годы были эпохой становления операционных систем и языков программирования высокого уровня. В тот период для каждого типа компьютеров независимо разрабатывались ОС и компиляторы, а нередко даже свои языки программирования (вспомним, например, PL/I). В то же время, общность возникающих при этом проблем уже стала очевидной. Ответом на осознание этой общности стала попытка создать универсальную мобильную операционную систему, а для этого понадобился не менее универсальный и мобильный язык программирования. Таким языком стал С, а Unix стала первой ОС, практически полностью написанной на языке высокого уровня.

Тесная связь с Unix дала языку С такой полигон для обкатки, какого не было в то время ни у одного другого языка. Задачи системного программирования по праву считались в то время самыми сложными в отрасли. В большинстве своем они были настолько машинно-зависимыми, что многие вообще не мыслили их решение иначе, чем на ассемблере. Языки высокого уровня предназначались для прикладного программирования и лишь очень ограниченно реализовывали функции, необходимые для системных работ, причем зачастую только для определенного типа машин.

Язык С с самого начала создавался так, чтобы на нем можно было писать системные задачи. Создатели С не стали разрабатывать абстрактную модель исполнителя языка, а просто реализовали в нем те возможности, в которых более всего нуждались в практике системного программирования. Это в первую очередь были средства непосредственной работы с памятью, структурные конструкции управления и модульная организация программы. И по сути больше ничего в язык включено не было. Все остальное было отнесено в библиотеку времени исполнения. Поэтому недоброжелатели иной раз отзываются о языке С как о структурном ассемблере. Но что бы они ни болтали, подход оказался очень удачным. Благодаря ему был достигнут новый уровень по соотношению простоты и возможностей языка.

Есть, впрочем, еще один фактор, определивший успех языка. Создатели очень умело разделили в нем машинно-зависимые и независимые свойства. Благодаря этому большинство программ удается писать универсально - их работоспособность не зависит от архитектуры процессора и памяти. Немногочисленные же аппаратно-зависимые части кода можно локализовать в отдельных модулях. А пользуясь препроцессором, можно создавать такие модули, которые при компиляции на разных платформах будут порождать соответствующий машинно-зависимый код.

Много споров вызывал синтаксис языка С. Примененные в нем приемы сокращения записи при неумеренном использовании могут сделать программу совершенно нечитаемой. Но, как говорил Дейкстра, - средства не виноваты в том, что их безграмотно используют. На самом же деле, предложенные в С сокращения синтаксиса соответствуют наиболее часто встречающимся на практике стереотипным ситуациям. Если считать сокращения идиомами для выразительного и компактного представления таких ситуаций, то польза от них становится безусловной и очевидной.

Итак, С возник как универсальный язык системного программирования. Но он не остался в этих рамках. К концу 80-х годов язык С, оттеснив Fortran с позиции лидера, завоевал массовую популярность среди программистов во всем мире и стал использоваться в самых различных прикладных задачах. Немалую роль здесь сыграло распространение Unix (а значит и С) в университетской среде, где проходило подготовку новое поколение программистов.

Как и все языки, С постепенно совершенствовался, но большинство усовершенствований не носило радикального характера. Наиболее существенным из них, пожалуй, следует считать введение строгой спецификации типов функций, которая значительно повысила надежность межмодульного взаимодействия на С. Все такие усовершенствования были в 1989 году закреплены в стандарте ANSI который и поныне определяет язык С.

Но если все так безоблачно, то почему же еще продолжают использоваться все остальные языки, что поддерживает их существование? Ахиллесовой пятой языка С стало то, что он оказался слишком низкоуровневым для тех задач, которые поставили на повестку дня 90-е годы. Причем у этой проблемы есть два аспекта. С одной стороны, в язык были встроены слишком низкоуровневые средства - прежде всего это работа с памятью и адресная арифметика. Недаром смена разрядности процессоров очень болезненно отражается на многих С-программах. С другой стороны, в С недостает средств высокоуровневых - абстрактных типов данных и объектов, полиморфизма, обработки исключений. Как следствие, в программах на С техника реализации задачи часто доминирует над ее содержательной стороной.

Первые попытки исправить эти недостатки стали предприниматься еще в начале 80-х годов. Уже тогда Бьерн Страуструп в AT&T Bell Labs стал разрабатывать расширение языка С под условным названием. Стиль ведения разработки вполне соответствовал духу, в котором создавался и сам язык С, - в него вводились те или иные возможности с целью сделать более удобной работу конкретных людей и групп. Первый коммерческий транслятор нового языка, получившего название C++ появился в 1983 году. Он представлял собой препроцессор, транслировавший программу в код на С. Однако фактическим рождением языка можно считать выход в 1985 году книги Страуструпа. Именно с этого момента C++ начинает набирать всемирную популярность.

Главное нововведение C++ - механизм классов, дающий возможность определять и использовать новые типы данных. Программист описывает внутреннее представление объекта класса и набор функций-методов для доступа к этому представлению. Одной из заветных целей при создании C++ было стремление увеличить процент повторного использования уже написанного кода. Концепция классов предлагала для этого механизм наследования. Наследование позволяет создавать новые (производные) классы с расширенным представлением и модифицированными методами, не затрагивая при этом скомпилированный код исходных (базовых) классов. Вместе с тем наследование обеспечивает один из механизмов реализации полиморфизма - базовой концепции объектно-ориентированного программирования, согласно которой, для выполнения однотипной обработки разных типов данных может использоваться один и тот же код. Собственно, полиморфизм - тоже один из методов обеспечения повторного использования кода.

Введение классов не исчерпывает всех новаций языка C++. В нем реализованы полноценный механизм структурной обработки исключений, отсутствие которого в С значительно затрудняло написание надежных программ, механизм шаблонов - изощренный механизм макрогенерации, глубоко встроенный в язык, открывающий еще один путь к повторной используемости кода, и многое другое.

Таким образом, генеральная линия развития языка была направлена на расширение его возможностей путем введения новых высокоуровневых конструкций при сохранении сколь возможно полной совместимости с ANSI С. Конечно, борьба за повышение уровня языка шла и на втором фронте - те же классы позволяют при грамотном подходе упрятывать низкоуровневые операции, так что программист фактически перестает непосредственно работать с памятью и системно-зависимыми сущностями. Однако язык не содержит механизмов, вынуждающих разработчика правильно структурировать программу, а авторы не выпустили никаких систематических рекомендаций по использованию его довольно изощренных конструкций. Не позаботились они своевременно и о создании стандартной библиотеки классов, реализующей наиболее часто встречающиеся структуры данных.

Все это привело к тому, что многие разработчики вынуждены были сами исследовать лабиринты языковой семантики и самостоятельно отыскивать успешно работающие идиомы. Так, например, на первом этапе развития языка многие создатели библиотек классов стремились построить единую иерархию классов с общим базовым классом Object. Эта идея была заимствована из Smalltalk - одного из наиболее известных объектно-ориентированных языков. Однако она оказалась совершенно нежизнеспособной в C++ - тщательно продуманные иерархии библиотек классов оказывались негибкими, а работа классов - неочевидной. Для того чтобы библиотеками классов можно было пользоваться, их приходилось поставлять в исходных текстах.

Появление темплетных классов и вовсе опровергло это направление развития. Наследованием стали пользоваться только в тех случаях, когда требовалось порождение специализированной версии имеющегося класса. Библиотеки стали составляться из отдельных классов и небольших несвязанных друг с другом иерархий. Однако на этом пути стало снижаться повторное использование кода, так как в C++ невозможно полиморфное использование классов из независимых иерархий. Повсеместное же применение темплетов ведет к недопустимому росту объема скомпилированного кода - не будем забывать, темплеты реализуются методами макрогенерации.

Один из тяжелейших недостатков C++, унаследованный им от синтаксиса С, состоит в доступности компилятору описания внутренней структуры всех использованных классов. Как следствие, изменение внутренней структуры представления какого-нибудь библиотечного класса приводит к необходимости перекомпиляции всех программ, где эта библиотека используется. Это сильно ограничивает разработчиков библиотек в части их модернизации, ведь, выпуская новую версию, они должны сохранять двоичную совместимость с предыдущей. Именно эта проблема заставляет многих специалистов считать, что C++ непригоден для ведения больших и сверхбольших проектов.

И все же, несмотря на перечисленные недостатки и даже на неготовность стандарта языка (это после пятнадцати с лишним лет использования!), C++ остается одним из наиболее популярных языков программирования. Его сила прежде всего в практически полной совместимости с языком С. Благодаря этому программистам C++ доступны все наработки, выполненные на С. При этом C++ даже без использования классов привносит в С ряд настолько важных дополнительных возможностей и удобств, что многие пользуются им просто как улучшенным С.

Что касается объектной модели C++, то пока ваша программа не стала очень большой (сотни тысяч строк), ею вполне можно пользоваться. Наметившаяся в последнее время тенденция перехода к компонентному программному обеспечению только усиливает позиции C++. При разработке отдельно взятых компонентов недостатки C++ еще не проявляются, а связывание компонентов в работающую систему производится уже не на уровне языка, а на уровне операционной системы.

В свете всего сказанного перспективы C++ не выглядят мрачными. Хотя и монополия на рынке языков программирования ему не светит. Пожалуй, с уверенностью можно утверждать только то, что еще одной модернизации-расширения этот язык не переживет. Недаром, когда появилась Java, на нее обратили столь пристальное внимание. Язык, близкий по синтаксису к C++, а значит, кажущийся знакомым многим программистам, был избавлен от наиболее вопиющих недостатков C++, унаследованных им из 70-х годов. Однако не похоже, чтобы Java справлялась с возлагаемой на нее некоторыми ролью.

Особая роль языков C/C++ в современном программировании практически лишает смысла приведение конкретных адресов в Интернете, где можно найти материалы по ним. Таких мест просто слишком много. Однако, если интересно подробнее познакомиться с эволюцией C++, то начните с небольшой статьи http://citforum.syzran.ru/programming/prg96/76.shtml .

Александр Сергеев, [email protected]
Статья из журнала BYTE/Россия, Март 2000

Для того, чтобы наглядно продемонстрировать использование описанных языков на практике нами была выбрана задача, в которой требовалось ввести со стандартного ввода или из файла ряд целых чисел, а затем вывести только нечетные из них, причем в обратном порядке следования. Это одна из простейших задач, которая существенным образом требует для своего решения работы с массивами, циклами, ветвлением и вводом/выводом, а также позволяет продемонстрировать вызовы подпрограмм. При этом она обозрима и легко воспринимается.

Листинг 1. С

1 #include /* Подключаем функции ввода-вывода */ 2 3 void main(void) 4 { 5 int М; /* Массив из 10 целых, счет с 0 */ 6 int N; 7 for (N=0; N<10; ++N) /* Вводим не более 10 чисел */ 8 if (EOF == scanf ("%d, M+N)) 9 break; /* Если конец файла, прерываем цикл */ 10 11 for (-N; N>=0; --N) /* Проходим массив в обратном */ 12 if (M[N]%2) /* порядке и выводим нечетные */ 13 printf("%d\n", M[N]); 14 }

Строка 3. В C/C++ выполнение программы всегда начинается с функции main.
Строки 7 и 11. В заголовке цикла через точку с запятой указываются начальная установка, условие продолжения и правило пересчета параметра цикла. Операции ++ и -/- - известнейшие из сокращений языка С, означающие инкремент и декремент переменной, то есть увеличение и уменьшение ее значения на единицу.
Строка 8. Функция scanf вводит по формату, заданному первым параметром, значения переменных, адреса которых заданы остальными параметрами. Здесь адрес, куда вводится значение, вычисляется с помощью адресной арифметики, к адресу расположения массива М прибавляется смещение на N элементов. Тот же эффект можно получить, записав &M[N] .
Строка 12. Операция % вычисляет остаток от деления. Условие оператора if считается выполненным, если численное значение выражения отлично от нуля.
Строка 13. Функция printf - печать по формату действует аналогично scanf , но вместо адресов ей передаются значения, подлежащие выводу.

1 #include 2 3 template class Array 4 { 5 public: Array (T Size=1) : M (new T), N(Size), n(0) {} 6 Array (void) { delete М;} 7 T Count (void) const { return n; } 8 T operator (int i) const { return M[i]; } 9 void Add (Т Data); 10 private: 11 T* М; // Адрес распределенной памяти 12 int N, n; // N - распределено; n - использовано 13 }; 14 15 template void Array::Add(T Data) 16 { if (N-n) // Если использовано все распределенное 17 { int* P = new T; // место, распределим побольше 18 for (int i=0; i A; // Массив целых переменного размера 28 while (1) // Бесконечный цикл 29 { int N; 30 cin >> N; // cin - стандартный поток ввода 31 if (cin.eof()) break; // Выход из цикла по концу файла 32 A.Add(N); // Добавляем введенное число в массив 33 } 34 for (int N=A.Count()-1; N>=0; --N) // Проходим по массиву 35 if (A[N]%2) 36 cout <, и освободит память

Строки 3-13. Объявляется темплетный класс Аrray с параметром Т . Он представляет собой массив переменного размера объектов типа Т . Конечно, в нашей задаче нет никакой необходимости использовать темплетный класс. Однако нам хотелось продемонстрировать, как на C++ создается полиморфная структура данных, способная работать с любым типом элементов.
Строка 5. Конструктор класса. В нем инициализируется представление объекта. Например, в поле М заносится адрес блока памяти, заказанного операцией new T .
Строка 8. Пример перегрузки операции . Функция operator будет вызываться, когда квадратные скобки будут появляться справа от объекта класса Array .
Строка 9. Эта функция основная в реализации. Она добавляет элементы в массив, расширяя его при необходимости. Поскольку она сложнее остальных, ее определение вынесено из описания класса. Функции, описанные в теле класса, реализуются в C++ не вызовом, а inline-подстановкой. Это ускоряет работу программы, хотя увеличивает ее размер.
Строки 15-24. Определение функции Аrrау::Add(T) (между прочим, это ее полное имя).
Строка 27. Создаем объект типа Array . Темплет Аггау параметризируется типом int .

Популярность языка программирования Си трудно переоценить, особенно вспоминая его былые заслуги. Наверное, каждый разработчик, как минимум, знает о его существовании, и, как максимум, пробовал на нем программировать. Си является предшественником таких языков, как C++, Objective-C, C#, Java.

Компания Microsoft для разработки родного языка к своей платформе.Net выбрала именно Си-подобный синтаксис. Более того, на Си написано множество операционных систем.

Конечно, Си не идеален: создатели языка – Кен Томпсон и Деннис Ритчи – долгое время дорабатывали его. Стандартизация Си продолжается до сих пор. Он существует более 45 лет и активно используется.

С ним часто ассоциируют не один, а два языка программирования - C/C++. Однако ниже речь пойдет именно о «чистом» Си.

Язык Си восходит корнями к языку ALGOL (расшифровывается как ALGorithmic Language), который был создан в 1958 году совместно с комитетом Европейских и Американских учёных в сфере компьютерных наук на встрече в Швейцарской высшей технической школе Цюриха. Язык был ответом на некоторые недостатки языка FORTRAN и попыткой их исправить. Кроме того, разработка Си тесно связана с созданием операционной системы UNIX, над которой также работали Кен Томпсон и Деннис Ритчи.

UNIX

Проект МАС (Multiple Access Computer, Machine-Aided Cognition, Man and Computer) начался как чисто исследовательский в MIT в 1963 году.

В рамках проекта МАС была разработана операционная система CTSS (Compatible Time-Sharing System). Во второй половине 60-х было создано несколько других систем с разделением времени, например, BBN, DTSS, JOSS, SDC и Multiplexed Information and Computing Service (MULTICS) в том числе.

Multics – совместная разработка MIT, Bell Telephone Laboratories (BTL) и General Electric (GE) по созданию ОС с разделением времени для компьютера GE-645. Последний компьютер под управлением Multics выключили 31 октября 2000 года.

Однако BTL отошел от этого проекта еще в начале 1969 года.

Некоторые его сотрудники (Кен Томпсон, Деннис Ритчи, Стью Фельдман, Дуг МакИлрой, Боб Моррис, Джо Оссанна) захотели продолжить работу самостоятельно. Томпсон работал над игрой Space Travel на GE-635. Ее написали сначала для Multics, а потом переписали на Фортране под GECOS на GE-635. Игра моделировала тела Солнечной системы, а игроку надо было посадить корабль куда-нибудь на планету или спутник.

Ни софт, ни железо этого компьютера не годились для такой игры. Томпсон искал альтернативу, и переписал игру под бесхозный PDP-7. Память была объемом 8К 18-битных слов, и еще был процессор векторного дисплея для вывода красивой для того времени графики.

Изображение с сайта slideshare.net

Томпсон и Ритчи полностью вели разработку на кросс-ассемблере на GE и переносили код на перфолентах. Томпсону это активно не нравилось, и он начал писать ОС для PDP-7, начиная с файловой системы. Так появилась UNIX.

Томпсон хотел создать комфортабельное вычислительное окружение, сконструированное в соответствии с его дизайном, используя любые доступные средства. Его замыслы, что очевидно оглядываясь назад, вбирали в себя многие инновации Multics, включая понятие процесса как основы управления, древовидную файловую систему, интерпретатор команд в качестве пользовательской программы, упрощённое представление текстовых файлов и обобщённый доступ к устройствам.

PDP-7 UNIX также положил начало высокоуровневому языку B, который создавался под влиянием языка BCPL. Деннис Ритчи сказал, что В - это Си без типов. BCPL помещался в 8 Кб памяти и был тщательно переработан Томпсоном. В постепенно вырос в С.

Изображение с сайта it-world.com

К 1973 году язык Си стал достаточно силён, и большая часть ядра UNIX, первоначально написанная на ассемблере PDP-11/20, была переписана на Си. Это было одно из самых первых ядер операционных систем, написанное на языке, отличном от ассемблера.

Получается, что Си – это «сопутствующий продукт», полученный во время создания операционной системы UNIX.

Прародители Си

Вдохновлённые языком ALGOL-60, Математическая лаборатория Кембриджского Университета совместно с Компьютерным отделом Лондонского университета создали в 1963 году язык CPL (Combined Programming Language).

Язык CPL посчитали сложным, и в ответ на это Мартином Ричардсоном был создан в 1966 году язык BCPL, основное предназначение которого заключалось в написании компиляторов. Сейчас он практически не используется, но в своё время из-за хорошей портируемости он играл важную роль.

BCPL использовался в начале 1970-х в нескольких интересных проектах, в числе которых - операционная система OS6 и частично в зарождающихся разработках Xerox PARC.

BCPL послужил предком для языка Би (B), разработанного в 1969 в уже знакомой всем AT&T Bell Telephone Laboratories, не менее знакомыми Кеном Томпсоном и Деннисом Ритчи.

Как и остальные операционные системы того времени, UNIX был написан на ассемблере. Отладка программ на ассемблере настоящая мука. Томпсон решил, что для дальнейшей разработки ОС необходим язык высокого уровня и придумал небольшой язык B. За основу Томпсон взял язык BCPL. Язык B можно рассматривать как C без типов.

Во многих деталях BCPL, B и C различаются синтаксически, но в основном они похожи. Программы состоят из последовательности глобальных деклараций и объявлений функций (процедур). В BCPL процедуры могут быть вложенными, но не могут ссылаться на нестатические объекты определённые в содержащих их процедурах. B и C избегают такого ограничения, вводя более строгое: вложенных процедур нет вообще. Каждый из языков (за исключением самых древних версий B) поддерживает раздельную компиляцию и предоставляет средства для включения текста из именованных файлов.

В противоположность повсеместному изменению синтаксиса, которое происходило во время создания B, основная семантика BCPL - его структура типов и правила вычисления выражений - осталась нетронутой. Оба языка - безтиповые, вернее имеют единственный тип данных - «слово» или «ячейка», набор битов фиксированной длины. Память в этих языках - массив таких ячеек, а смысл содержимого ячейки зависит от операции, которая к ней применяется. Например, оператор "+" просто складывает свои операнды при помощи машинной инструкции add, и другие арифметические операции также безразличны к смыслу своих операндов.

Ни BCPL, ни B, ни C не выделяют в языке символьные данные; они считают строки векторами целых чисел и дополняют общие правила несколькими соглашениями. И в BCPL, и в B строковый литерал означает адрес статической области инициализированный символами строки упакованными в ячейки.

Как создавался Си

В 1970 Bell Labs приобрела для проекта компьютер PDP-11. Так как B был готов к работе на PDP-11, Томпсон переписал часть UNIX на B.

Но модель B и BCPL подразумевала издержки при работе с указателями: правила языка, определяя указатель как индекс в массиве слов, делали указатели индексами слов. Каждое обращение к указателю при исполнении генерировало масштабирование указателя в адрес байта, который ожидал процессор.

Поэтому становилось ясно, что для того, чтобы справиться с символами и байтовой адресацией, а также подготовиться к грядущей аппаратной поддержке вычислений с плавающей точкой, нужна типизация.

В 1971 году Ритчи начал создавать расширенную версию B. Сначала он назвал её NB (New B), но когда язык стал сильно отличаться от B, название сменили на C. Вот что, писал об этом сам Ритчи:

Я хотел, чтобы структура не только характеризовала абстрактный объект, но и описывала набор бит, который мог быть прочитан из каталога. Где компилятор смог бы спрятать указатель, наname, которого требует семантика? Даже если бы структуры были бы задуманы более абстрактными, и место для указателей могло бы быть спрятано где-нибудь, как бы я решил техническую проблему корректной инициализации этих указателей при выделении памяти для сложного объекта, возможно структуры содержащей массивы, которые содержат структуры, и так до произвольной глубины?
Решение состояло в решительном скачке в эволюционной цепочке между безтиповым BCPL и типизированным C. Он исключал материализацию указателя в хранилище, а вместо этого порождал его создание, когда имя массива упоминалось в выражении. Правило, которое сохранилось и в сегодняшнем C, состоит в том, что значения–массивы, когда они упоминаются в выражении, конвертируются в указатели на первый из объектов, составляющих этот массив.
Второе нововведение, которое наиболее ясно отличает C от его предшественников, - вот эта более полная структура типов и особенно её выразительность в синтаксисе деклараций. NB предлагал основные типы int и char совместно с массивами из них и указателями на них, но никаких других способов скомпоновать их.
Требовалось обобщение: для объекта любого типа должно быть возможным описать новый объект, который объединяет несколько таких объектов в массив, получает его из функции или является указателем на него.

Изображение из книги «Язык Си»: M. Уэйт, С. Прата, Д. Мартин

Для любого объекта такого составного типа, уже был способ указать на объект, который является его частью: индексировать массив, вызвать функцию, использовать с указателем оператор косвенного обращения. Аналогичное рассуждение приводило к синтаксису объявления имён, который отражает синтаксис выражения, где эти имена используются. Так

объявляет целое, указатель на целое и указатель на указатель на целое. Синтаксис этих объявлений отражает тот факт, что i, *pi, и **ppi все в результате дают тип int, когда используются в выражении. Похожим образом
объявляют функцию, возвращающую целое, функцию возвращающую указатель на целое, указатель на функцию возвращающую целое;
объявляют массив указателей на целое, указатель на массив целых.

Во всех этих случаях объявление переменной напоминает её использование в выражении, чей тип – это то, что находится в начале объявления.

70-е годы: «смутное время» и лже-диалекты

Язык к 1973 стал достаточно стабилен для того, чтобы на нём можно было переписать UNIX. Переход на C обеспечил важное преимущество: переносимость. Написав компилятор C для каждой из машин в Bell Labs, команда разработчиков могла портировать на них UNIX.

По поводу возникновения языка Си Питер Мойлан в своей книге «The case against C» пишет: «Нужен был язык, способный обойти некоторые жесткие правила, встроенные в большинство языков высокого уровня и обеспечивающие их надежность. Нужен был такой язык, который позволил бы делать то, что до него можно было реализовать только на ассемблере или на уровне машинного кода».

C продолжил развиваться в 70-х. В 1973–1980-х годах язык немного подрос: структура типов получила беззнаковые, длинные типы, объединение и перечисление, структуры стали близкими к объектам–классам (не хватало только нотации для литералов).

Первая книга по Cи. Книга «Язык программирования Си», написанная Брайаном Керниганом и Деннисом Ритчи и опубликованная в 1978 году, стала библией программистов на Си. При отсутствии официального стандарта эта книга – известная также как K&R, или «Белая Книга», как любят называть поклонники си – фактически стала стандартом.

Изображение с сайта learnc.info

В 70-х программистов на Cи было немного и большинство из них были пользователями UNIX. Тем не менее, в 80-х Cи вышел за узкие рамки мира UNIX. Компиляторы Cи стали доступны на различных машинах, работающих под управлением разных операционных систем. В частности, Си стал распространяться на быстро развивающейся платформе IBM PC.

K&R ввёл следующие особенности языка:

Структуры (тип данных struct);
длинное целое (тип данных long int);
целое без знака (тип данных unsigned int);
оператор += и подобные ему (старые операторы =+ вводили анализатор лексики компилятора Си в заблуждение, например, при сравнении выражений i =+ 10 и i = +10).

K&R C часто считают самой главной частью языка, которую должен поддерживать компилятор Си. Многие годы даже после выхода ANSI Cи он считался минимальным уровнем, которого следовало придерживаться программистам, желающим добиться от своих программ максимальной переносимости, потому что не все компиляторы тогда поддерживали ANSI C, а хороший код на K&R C был верен и для ANSI C.

Вместе с ростом популярности появились проблемы. Программисты, писавшие новые компиляторы брали за основу язык, описанный в K&R. К сожалению, в K&R некоторые особенности языка были описаны расплывчато, поэтому компиляторы часто трактовали их на своё усмотрение. Кроме того, в книге не было чёткого разделения между тем, что является особенностью языка, а что особенностью операционной системы UNIX.

После публикации K&R C в язык было добавлено несколько возможностей, поддерживаемых компиляторами AT&T, и некоторых других производителей:

Функции, не возвращающие значение (с типом void), и указатели, не имеющие типа (с типом void *);
функции, возвращающие объединения и структуры;
имена полей данных структур в разных пространствах имён для каждой структуры;
присваивания структур;
спецификатор констант (const);
стандартная библиотека, реализующая большую часть функций, введённых различными производителями;
перечислимый тип (enum);
дробное число одинарной точности (float).

Ухудшало ситуацию и то, что после публикации K&R Си продолжал развиваться: в него добавлялись новые возможности и из него вырезались старые. Вскоре появилась очевидная необходимость в исчерпывающем, точном и соответствующем современным требованиям описании языка. Без такого стандарта стали появляться диалекты языка, которые мешали переносимости – сильнейшей стороне языка.

Стандарты

В конце 1970-х годов, язык Си начал вытеснять BASIC, который в то время был ведущим в области программирования микрокомпьютеров. В 1980-х годах он был адаптирован под архитектуру IBM-PC, что привело к значительному скачку его популярности.

Разработкой стандарта языка Си занялся Американский национальный институт стандартов (ANSI). При нём в 1983 году был сформирован комитет X3J11, который занялся разработкой стандарта. Первая версия стандарта была выпущена в 1989 году и получила название С89. В 1990, внеся небольшие изменения в стандарт, его приняла Международная Организация Стандартизации ISO. Тогда он стал известен под кодом ISO/IEC 9899:1990, но в среде программистов закрепилось название, связанное с годом принятия стандарта: С90. Последней на данный момент версией стандарта является стандарт ISO/IEC 9899:1999, также известный как С99, который был принят в 2000 году.

Среди новшеств стандарта С99 стоит обратить внимание на изменение правила, касающегося места объявления переменных. Теперь новые переменные можно было объявлять посреди кода, а не только в начале составного блока или в глобальной области видимости.

Некоторые особенности C99:

Подставляемые функции (inline);
объявление локальных переменных в любом операторе программного текста (как в C++);
новые типы данных, такие, как long long int (для облегчения перехода от 32- к 64-битным числам), явный булевый тип данных _Bool и тип complex для представления комплексных чисел;
массивы переменной длины;
поддержка ограниченных указателей (restrict);
именованная инициализация структур: struct { int x, y, z; } point = { .y=10, .z=20, .x=30 };
поддержка однострочных комментариев, начинающихся на //, заимствованных из C++ (многие компиляторы Си поддерживали их и ранее в качестве дополнения);
несколько новых библиотечных функций, таких, как snprintf;
несколько новых заголовочных файлов, таких, как stdint.h.

Стандарт С99 сейчас в большей или меньшей степени поддерживается всеми современными компиляторами языка Си. В идеале, код написанный на Си с соблюдением стандартов и без использования аппаратно- и системно-зависимых вызовов, становился как аппаратно- так и платформенно-независимым кодом.

В 2007 году начались работы над следующим стандартом языка Си. 8 декабря 2011 опубликован новый стандарт для языка Си (ISO/IEC 9899:2011). Некоторые возможности нового стандарта уже поддерживаются компиляторами GCC и Clang.

Основные особенности С11:

Поддержка многопоточности;
улучшенная поддержка Юникода;
обобщенные макросы (type-generic expressions, позволяют статичную перегрузку);
анонимные структуры и объединения (упрощают обращение ко вложенным конструкциям);
управление выравниванием объектов;
статичные утверждения (static assertions);
удаление опасной функции gets (в пользу безопасной gets_s);
функция quick_exit;
спецификатор функции _Noreturn;
новый режим эксклюзивного открытия файла.

Несмотря на наличие стандарта 11 года, многие компиляторы до сих пор не поддерживают полностью даже версии C99.

За что критикуют Си

У него достаточно высокий порог вхождения, что затрудняет его использование в обучении в качестве первого языка программирования. Программируя на Си, нужно учитывать множество деталей. «Будучи рождён в среде хакеров, он стимулирует соответствующий стиль программирования, часто небезопасный, и поощряющий написание запутанного кода», пишет Википедия.

Более глубокую и аргументированную критику высказал Питер Мойлан. Он посвятил критике Си целых 12 страниц. Приведем пару фрагментов:

Проблемы с модульностью

Модульное программирование на языке Си возможно, но лишь в том случае, когда программист придерживается ряда довольно жестких правил:
На каждый модуль должен приходиться ровно один header-файл. Он должен содержать лишь экспортируемые прототипы функций, описания и ничего другого (кроме комментариев).
Внешней вызывающей процедуре об этом модуле должны быть известны только комментарии в header-файле.
Для проверки целостности каждый модуль должен импортировать свой собственный header-файл.
Для импорта любой информации из другого модуля каждый модуль должен содержать строки #include, а также комментарии, показывающие, что, собственно, импортируется.
Прототипы функций можно использовать только в header-файлах. (Это правило необходимо, поскольку язык Си не имеет механизма проверки того, что функция реализуется в том же модуле, что и ее прототип; так что использование прототипа может маскировать ошибку «отсутствия функции» - «missing function»).
Любая глобальная переменная в модуле, и любая функция, кроме той, что импортируется через header-файл, должны быть объявлены статическими.
Следует предусмотреть предупреждение компилятора «вызов функции без прототипа» (function call without prototype); такое предупреждение всегда нужно рассматривать как ошибку.
Программист должен удостовериться в том, что каждому прототипу, заданному в header- файле, соответствует реализованная под таким же именем в том же модуле неприватная (т.е. нестатическая в обычной терминологии Си) функция. К сожалению, природа языка Си автоматическую проверку этого делает невозможной.
Следует с подозрением относиться к любому использованию утилиты grep. Если прототип расположен не на своем месте, то это, скорее всего, ошибка.
В идеале программисты, работающие в одной команде, не должны иметь доступа к исходным файлам друг друга. Они должны совместно использовать лишь объектные модули и header-файлы.
Очевидная трудность в том, что мало кто будет следовать этим правилам, ибо компилятор не требует их неукоснительно соблюдать. Модульный язык программирования по меньшей мере частично защищает хороших программистов от того хаоса, который создают плохие программисты. А язык Си этого сделать не в силах.

Изображение с сайта smartagilee.com

Проблемы с указателями

Несмотря на все достижения в теории и практике структур данных, указатели остаются для программистов настоящим камнем преткновения. На работу с указателями приходится значительная часть времени, расходуемого на отладку программы, и именно они создают большинство проблем, осложняющих ее разработку.
Можно различать важные и неважные указатели. Важным в нашем понимании считается указатель, необходимый для создания и поддержания структуры данных.
Указатель считается неважным, если он не является необходимым для реализации структуры данных. В типичной программе на языке Си неважных указателей намного больше, чем важных. Причины тому две.
Первая состоит в том, что в среде программистов, использующих язык Си, стало традицией создавать указатели даже там, где уже существуют иные ничем не уступающие им методы доступа, например, при просмотре элементов массива.
Вторая причина - правило языка Си, согласно которому все параметры функций должны передаваться по значению. Когда вам нужен эквивалент VAR-параметра языка Паскаль или inout- параметра языка Ada, единственное решение состоит в том, чтобы передать указатель. Этим во многом объясняется плохая читаемость программ на языке Си.
Ситуация усугубляется, когда бывает необходимо передать важный указатель в качестве входного/выходного параметра. В этом случае функции надо передать указатель на указатель, что создает затруднения даже для самых опытных программистов.

Си – жив

Согласно данным на июнь 2016 года, индекс TIOBE, который измеряет рост популярности языков программирования, показал, что C занимает 2 место:

Пусть кто-то скажет, что Си устарел, что его широкое распространение - следствие удачи и активного PR. Пусть кто-то скажет, что без UNIX язык Си никогда бы не создали. Добавить метки

C++ компилируемый язык программирования общего назначения, сочетает свойства как высокоуровневых, так и низкоуровневых языков программирования. В сравнении с его предшественником, языком программирования Cи, наибольшее внимание уделено поддержке объектно-ориентированного и обобщённого программирования. Название «язык программирования C++» происходит от языка программирования C, в котором унарный оператор ++ обозначает инкремент переменной.

Язык программирования C++ широко используется для разработки программного обеспечения. А именно, создание разнообразных прикладных программ, разработка операционных систем, драйверов устройств, а также видео игр и многое другое. Он был создан в начале 1980-х годов, Бьёрном Страуструпом. Он придумал ряд усовершенствований к языку программирования C, для собственных нужд. т.е. изначально не планировалось создания языка программирования С++.

Он поддерживает такие парадигмы программирования, как процедурное программирование, объектно-ориентированное программирование, обобщённое программирование, обеспечивает модульность, раздельную компиляцию, обработку исключений, абстракцию данных, объявление типов (классов) объектов, виртуальные функции.

Имя языка, получившееся в итоге, происходит от оператора унарного постфиксного инкремента C ++ (увеличение значения переменной на единицу). Имя C+ не было использовано потому, что является синтаксической ошибкой в C и, кроме того, это имя было занято другим языком. Язык также не был назван D, поскольку «является расширением C и не пытается устранять проблемы путём удаления элементов C».

Достоинства языка:

1. Масштабируемость. На языке C++ разрабатывают программы для самых различных платформ и систем.

2. Возможность работы на низком уровне с памятью, адресами, портами.

3. Возможность создания обобщенных алгоритмов для разных типов данных, их специализация, и вычисления на этапе компиляции, используя шаблоны.

4. Кроссплатформенность. Доступны компиляторы для большого количества платформ, на языке C++ разрабатывают программы для самых различных платформ и систем.

5. Эффективность. Язык спроектирован так, чтобы дать программисту максимальный контроль над всеми аспектами структуры и порядка исполнения программы.

Недостатки языка:

1. Наличие множества возможностей, нарушающих принципы типобезопасности приводит к тому, что в С++ программы могут легко закрасться трудноуловимая ошибка.

2. Плохая поддержка модульности. Подключение интерфейса внешнего модуля через препроцессорную вставку заголовочного файла (#include) серьёзно замедляет компиляцию, при подключении большого количества модулей.

3. Язык C++ является сложным для изучения и для компиляции.

4. Некоторые преобразования типов неинтуитивны. В частности, операция над беззнаковым и знаковым числами выдаёт беззнаковый результат.

5. Некоторые считают недостатком языка C++ отсутствие встроенной системы сборки мусора. С другой стороны, в C++ имеется достаточно средств, позволяющих почти исключить использование опасных указателей, нет принципиальных проблем и в реализации и использовании сборки мусора (на уровне библиотек, а не языка). Отсутствие встроенной сборки мусора позволяет пользователю самому выбрать стратегию управления ресурсами.

Причины, послужившие созданию нового языка программирования. Основные отличия С++ от других известных языков, его положительные и отрицательные характеристики.

С++ - один из наиболее популярных языков программирования, используемый для разработки программного обеспечения, поддерживающий процедурное (при котором последовательно выполняемые команды можно собрать в подпрограммы), объектно-ориентированное (стиль кодирования, который позволяет группировать задачи в классы), обобщенное программирование (написание кода, который может быть многократно использован с объектами различных типов), сочетающий свойства высокоуровневых и низкоуровневых языков. С++ используется для создания программ, рассчитанных на выполнение определенных задач в разных сферах жизни человека, игр, драйверов, операционных систем и прочего. Он образован на основе языка С. Многие программы на С исправно работают и с компилятором С++ из-за тесной связи.

Название C++ происходит от языка программирования C, в котором унарный оператор ++ обозначает увеличение значения переменной на 1. Сначала этот язык носил имя С с классами, затем стал называться C++. После буквы С добавлено именно два плюса, потому что один образует синтаксическую ошибку в языке С, а также это имя уже было занято.

С++ возник в начале 1980-х годов. Бьёрн Страуструп, сотрудник фирмы Bell Laboratories, усовершенствовал язык С под свои нужды. То есть, изначально создание нового языка он не планировал. Но в конце 70-х годов программист начал работать над задачами теории очередей (в моделировании телефонных вызовов), он обнаружил, что попытки применения действующих тогда языков моделирования, таких, как Симула и BCPL, оказываются неэффективными, а применение высокоэффективных машинных языков слишком сложно. Так, язык Симула имеет полезные для разработки большого программного обеспечения возможности, но все работает чересчур медленно, а язык BCPL достаточно быстр, но сильно близок к низкоуровневым языкам, он не подходит для разработки больших программ.

По объяснению Страуструпа, для создания нового языка программирования самой лучшей основой послужил язык С, так как он универсален, прост, переносим, быстр и функционален в исполнении многих задач, стыкуется со средой программирования UNIX. Страуструп добавил к С возможность работы с типами данных (классами) и объектами. Благодаря быстродействию С практические задачи моделирования оказались доступными для решения по времени разработки и вычислений. В первую очередь в C были добавлены типы данных, их наследование, проверка типов и аргументы по умолчанию. Первые версии языка, изначально называвшегося Си с классами, стали доступны с 1980 года. Затем Страуструп создал компилятор cfront, который перерабатывал код С++ в код простого С, что позволило сразу применять его на практике.

Язык стал невероятно популярен. К 1983 году в него были добавлены различные константы, виртуальные функции, ссылки, перегрузка функций и операторов, контроль пользователя над управлением свободной памятью, улучшенная проверка типов и новый стиль комментариев //. В 1985 году вышло издание Языка программирования C++, это было первое описание языка, что из-за отсутствия официального стандарта было очень важно. В 1989 году состоялся выход второй версии C с новыми возможностями наследования, функциями и классами. В 1998 году был утвержден международный стандарт языка C++. Он является свободным, никто не обладает правом на владение им.

Стандарт C++ состоит из двух основных частей: описание стандартного сборника подпрограмм или объектов, используемых для разработки программ, и описание ядра языка. Кроме того, существует огромное количество нестандартных библиотек C++ . В программах на C++ можно использовать многие библиотеки C.

Нововведениями C++ в сравнении с C являются:

Поддержка объектно-ориентированного программирования;

Поддержка обобщённого программирования;

Новые типы данных;

Исключения - реакции программы на ошибки;

Пространства имён (хранилища для группировки уникальных идентификаторов);

Встраиваемые функции;

Перегрузка операторов (существования в одной области видимости нескольких различных вариантов применения оператора);

Дополнения к стандартной библиотеке.

Также часто сравниваются Java и C++ как языки, которые унаследовали синтаксис Си, несмотря на большие различия на всех уровнях. Java используется в конкретном секторе промышленности: безопасный язык с низким порогом вхождения для разработки прикладных приложений широкого рынка с высокими показателями адаптации к другой среде. С++ претендует на универсальное применение во всех задачах для всех категорий программистов, но не удовлетворяет в полной мере требованиям ни одной из заявленных сфер применимости. Базовая библиотека С++ в сравнении с Java имеет меньше ресурсов, но предоставляет свободу выбора сторонних библиотек.

Дальнейшее развитие языка будет идти путем дополнения в существующие стандартные библиотеки. Планом развития С++ на будущее является расширение обобщенного программирования.

ЛИТЕРАТУРА

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/C%2B%2Bhttp://articles.org.ru/web/specperl.php

2. Бьёрн Страуструп. Язык программирования C++. Специальное издание = The C++ programming language. Special edition. М.: Бином-Пресс, 2007. 1104 с. ISBN 5-7989-0223-4