Язык программирования C, стоит ли его изучать

В статье рассказываем про язык программирования C: его создание, развитие, стоит ли его изучать, все плюсы и минусы.

Почти 40 лет назад, в 1972 году, Деннис Ричи создал абсолютно новый язык программирования. Он получил название Си (С), как продолжение существовавших на тот момент языка Би(В).  В его основе лежали принципы и алгоритмы, опробованные на созданных еще в шестидесятых годах XX века языках «ALGOL» и «BCPL». Код на Си оказался настолько популярным, что только в 2021 году Python оттеснил его с первого места в рейтинге TIOBE.

Что такое язык Си

Уникальность нового языка программирования заключалась в использование компилятора. То есть исходный код с помощью программы преобразуется в объектный файл, который машина может прочитать напрямую. Ей для этого не требуется дополнительные оболочки и приложения.

Кроме того, язык программирования си относится к блочно-структурированным, с жестко заложенным алгоритмом исполнения:

• Включение файлов в программу на языке C.
• Объявления основного метода.
• Variable Declaration. Объявление переменной.
• Тело программы — операции, который выполняется в функциях. Здесь могут быть поиск, сортировка, печать на экране или другом устройстве вывода информации, передача данных по различным каналам.
• Return Statement. Оператор возврата, возвращает значение из переменной.

🎯ТОП 30 платных и бесплатных Курсов Python

Уникальная особенность Си заключается в том, что он относится к низкоуровневым языкам программирования. К этой группе также относится Ассемблер и практически неиспользуемый сейчас Forth. Низкоуровневая означает, что в командах идет практически прямое обращение к машине, без использования посредников.

Из этого вытекает еще одно важнейшее преимущество — низкие требования к ресурсам в сочетании с высокой производительностью. Но в тоже время есть серьезный недостаток, а именно — относительно сложная архитектура, высокие требования к качеству кода, сложность освоения новичками. Несмотря на обилие сред разработки и неплохой функционал, именно по этой причине Си начал терять лидерские позиции.

Споры о том, насколько низкоуровневым языком является СИ, не прекращаются до сих пор. Кто-то относит его к среднеуровневым, мотивируя это активным применением библиотек.

История создания, зачем понадобился Си

Изначально Деннис Ричи писал Си как язык для реализации зарождающейся на тот момент операционной системы Unix. Сперва эту задачу хотели реализовать на безтиповом BCPL, но это оказалось слишком сложно. Несколько улучшил ситуацию сотрудник Bell Labs Кен Томпсон, создав В. Но минимальное количество функции и утилит не позволяли вести полноценную и эффективную работу по написанию Unix.

Си стал продолжением Би, причем сперва использовался исключительно в стенах компании Nokia Bell Labs (AT&T). Только в 1978 году Брайан Керниган и Деннис Ричи выпустили книгу «Язык программирования C», которая на долгие годы стала настольной книгой разработчика.

На C кроме Unix написаны Windows, Linux, Mac OS, Android, Oracle Database, MySQL, MS SQL Server и PostgresSQL, и даже разработчики Python применяют компиляторы и интерпретаторы, созданные на Си. Этот список бесконечен, благодаря универсальности C его применяют практически во всех отраслях и направлениях.

История IT-технологии хранит много забавных фактов. Так, операционная система Unix изначально называлась Unics (Uniplexed Information and Computing Service) как каламбур от её предшественника Multics (Multiplexed Information and Computer Services). А имя языка программирования С вообще ничего не означает, это просто следующая буква после B, его предшественника.

✅Читайте здесь Что такое компилируемые языки программирования

Синтаксис языка

Маленький индивидуальный блок в Си известен как C-токен. Токены — это либо ключевые слова, либо идентификаторы, константы, переменные или любой другой символ, который имеет какое-то значение на языке. Программу также можно назвать набором различных токенов. Следовательно, синтаксис языка определяет, как использовать эти токены вместе при написании кода.

Программа на C состоит из команд процессора, функций, переменных, выражений и комментариев. Каждый оператор в обязательном порядке должен заканчиваться точкой с запятой, а пробел служит для разделения одной части оператора от другой. В то же время состоящая исключительно из пробелов строка называется пустой и полностью игнорируется компилятором.

Есть целый набор ключевых слов, которые не могут быть использованы в качестве переменных. Из-за этого для знающих английский программирование в чем-то превращается в разговор с машиной на привычном языке, что значительно упрощает кодирование. Это было в чем-то революционным решением для 70-х годов прошлого века. Float, short, unsigned, for, continue — это часть ключевых слов, которые часто можно встретить внутри программы в качестве операторов. Не стоит забывать и про блочную структуру:

• каждый блок заключается в фигурные скобки;
• основой блока в программе является главная функция main();
• функцию main() можно вызвать из самой функции main(), что применяется для аварийного завершения в результате переполнения стека;
• программа может содержать несколько функций, каждая из которых имеет список параметров;
• C — это язык с учетом регистра, поэтому все инструкции должны быть написаны строчными буквами, и main – это не то же самое, что MAIN;
• все операторы должны заканчиваться точкой с запятой;
• пробелы используются для добавления пробелов и табуляций;
• вам не нужно беспокоиться об отступах.

Если мы забыли поставить точку с запятой в конце любого оператора на языке Си, это приведет к синтаксической ошибке. В этом случае компилятор выдает сообщение об ошибке «semicolon is expected».

✅Кто такой Тестировщик и сколько зарабатывает читайте здесь

Особенности C, его преимущества и недостатки

Есть два ключевых признака, служащих бесспорным доказательствах востребованности языка Си для начинающих и опытных программистов. Во-первых, несмотря на свою сорокалетнюю историю, он до сих пор остается популярным. Во-вторых, эта популярность до 2021 года держала его на вершинах рейтингов.

Почему язык программирования Си остается популярным

Независимо от того, с какого устройства вы сейчас читаете этот текст, оно в той или иной мере использует часть кода на Си.  Его применяют любая операционная система, подавляющее большинство баз данных, 3D фильмы, ядро управления мобильными приложениями. Но и это не все.

Скорее всего ваша микроволновая печь, телевизор, автоматическая коробка передач в автомобиле, управление подушкой безопасностью имеют функции, запрограммированные на Си. Когда вы покупайте что-то в магазине, вы видите считыватель карты и кассовые аппараты. Их ПО так-же писалось программистами Си. Дело в том, что это переносимый язык ассемблера, который максимально приближен к машине и доступен для существующих архитектур процессоров.

Уникальная особенность — возможность доступа к произвольным адресам памяти и арифметика указателей делают Си идеальным для системного программирования. Язык способен манипулировать произвольными адресами, поэтому он вне конкуренции при написании кода для микроконтроллера. Еще одно важнейшее преимущество заключается в небольшом размере кода. Те же самые программы на С++ как правило будут занимать вдвое больше место и требовать больше ресурсов.

Миром правят не масоны или тайные общества, им правят программисты на Си. Их работа везде.

Недостатки и причины потери лидерства Си

Основная причина ухода из лидера рейтингов заключается в том, что появились более эффективные инструменты для решения узкоспециализированных задач. Например, создание графического интерфейса с помощью Java или Python займет гораздо меньше времени и сил.

World Wide Web, клиентское и серверное программирование на альтернативных платформах тоже более эффективно чем на Си. Благодаря обилию фреймворков можно за считанные минуты сделать работу, которая на Си займет часы или даже дни. Это не микроконтроллер, в котором оптимизация производительности и машинных ресурсов играет ключевую роль.

Перевес популярности новых языков программирования создают появляющиеся учебные курсы. Порог входа в сферу высоких технологий становится значительно ниже, сюда приходит много новичков, готовых решать узкоспециализированные задачи. Для frontend и Backend просто не требуется глубоких знаний по архитектуре ядра.

Бытует мнение, что каждый программист, освоивший синтаксис и алгоритм Си, легко переучивается на другой язык. Это приводит к тому, что специалисты Си часто подбирают альтернативные инструменты для решения текущих задач. Поэтому растет популярность Python, C#, С++, Java.

Области применения, где Си остается вне конкуренции

Что бы мы ни говорили о росте или потери места в рейтинге, сейчас у Си просто отсутствуют конкуренты в отдельных отраслях. Так, часть микроконтроллеров можно запрограммировать на ассемблере, Си или С++, ну или Pascal. Других инструментов просто нет, разве что за исключением прямого машинного года для очень простых задач.

При всех достоинствах ассемблера писать на нем код очень сложная и трудоемкая задача. Паскаль уже практически потерял свою актуальность, его характеристики устарели еще десять лет назад. То есть несмотря на якобы наличие огромного количества вариантов реальная альтернатива отсутствует. Правда, есть два наследника — С++ и C#. Поговорим о них подробнее.

Развитие линейки Си, сходства и противоречия между старым и новым

Если вы только задумываетесь о приходе в программировании, может вызвать сомнение присутствие трех очень похожих по названию языков — Си, Си шарп и С++. По своему функционалу они чем-то схожи, однако различия заставляют разработчиков дифференцировать их при реализации конкретных задач.

С#, успешный ребенок Microsoft

В 2008 году корпорация Microsoft сообщила о создании своего языка программирования C Sharp, или С#. В нем есть очень много похожих на Си конструкций, но также здесь есть часть элементов из Java и Паскаль. Это ни в коем случае не улучшенная копия предшественника, это абсолютно новый объектно-ориентированный язык.

Считается, что это детище Microsoft, но это только часть правды. На самом деле свою роль в разработку и спонсирование внесли Intel и Hewlett-Packard. Да 2004 года это был продукт с закрытым исходным кодом. В 2004 был запущен бесплатный проект, с открытым кодом. Более того, в 2010 Microsoft выпустил бесплатный редактор Visual Studio code, компилятор Roslyn и унифицированные фреймворк .NET.

Благодаря выпуску большого количества библиотек С# смог быстро завоевать популярность среди разработчиков. Они позволяют:

• фильтровать данные и управлять базами с большими массивами информации;
• создавать переходы между Frontend и Backend частями веб-сайтов;
• быстро писать интерфейсы для мобильных и десктопных приложений;
• создавать графику, за что здесь отвечает популярнейший набор компонентов DirectX.

Встроенный движок для создания двухмерных и трехмерных игр Unity тоже пользуется огромным спросом у разработчиков. Библиотека ML.NET отлично справляется машинным обучением и управлением Big Data.

C++, прямой наследник

C++ считается универсальным языком программирования произвольной формы с учетом регистра, который поддерживает объектно-ориентированное, процедурное и универсальное написание кода. В нем есть все четыре столпа ООП — Наследование, Полиморфизм, Инкапсуляция и Абстракция.

Его в 1990 году разработал программист AT&T (American Telephone & Telegraph) Бьярн Страуструп с целью добавить функции ООП в Си, при этом не проводя значительных изменений. Благодаря этому предполагалось, что любая корректная программа на Си будет корректно исполняться и на С++. В отличие от предшественника он точно относится к языкам среднего уровня, поскольку в него добавлены элементы высокоуровневых языков. Он относится к расширяем, и может легко адаптировать ввод новых функций.

Но стандарт C++ не определяет некоторые объекты, которые могут потребоваться для облегчения взаимодействия между двоичными файлами, созданными с помощью разных компиляторов, что вызывает некоторые технические проблемы. Да и в целом полной совместимости не получилось.

Почему С++ не смог вытеснить классический С

Как оказалось, появление новых функций в С++ не отправило его предшественника в забытие. Эксперты говорят о том, что первая причина заключается в проблеме стабильности системы. К тому времени, как С++ уже набрал некоторую популярность, огромное количество устройств применяло классический Си. Несмотря на все старания разработчиков, они не смогли добиться абсолютной совместимости.

Поэтому для корректной работы части приложений на новом коде требовалось переписать его целиком. Чтобы не случилось неожиданного деления на ноль в самый неподходящий момент.

Вторая причина тоже заключается в стабильности, но уже с другой точки зрения. Низкоуровневый Си оказался незаменим в системах, где требуется безупречная надежность. Пускай написать на нем код чуть сложнее, зато не возникнет неполадок из-за некорректного использования библиотек. Опять же, для решения одной и той же задачи программирования, на языке Си получится меньший по объему и требованиям к ресурсу результат. Для микроконтроллекторов с миллионными тиражами выпуска дополнительные усилия программистов легко окупаются даже минимальным улучшением производительности.

Стоит ли учить язык программирования С

Если перед вами стоит проблема выбора первого языка программирования, большинство советчиков в первую очередь порекомендуют обратить внимание на Python. Действительно, по нему есть огромное количество курсов и обучающих материалов. Скорее всего на втором месте в этом рейтинге окажется Java, по той же причине.

Но ряд программистов уверены, что именно Си является лучшим вариантом для новичка. С технической точки зрения писать на нем сложнее, и обучение займет чуть больше времени. Но умение создавать чистый код позволяет получить фундаментальные знания, после которых не возникнет проблем с профессиональным развитием.

Самое поразительное, что даже популярные онлайн-курсы в России очень редко предлагают пройти обучение по Си. Запрос «курсы язык программирования С» в Google Search дает отсылки на программы по Python, C# или С++. Очень странно, ведь в самом авторитетном рейтинге от TIOBE Programming Community index до 2021 года язык Си занимал первое место.

Неужели придется искать самоучитель и заниматься без помощи наставников? На самом деле ситуация не настолько критичная. Есть отличные проекты, тот же МГТУ имени Н.Э. Баумана предлагает интересный вариант подготовки за 48 академических часов. Кроме того, в сети выложено в свободный доступ огромное количество руководств пользователя, и само сообщество Си как открытого проекта очень лояльно относится к начинающим.

И в заключение: работодатели крайне редко публикуют вакансии с требованием знания только одного языка программирования. Им нужны универсальные специалисты. И здесь разработчик с навыками кодирования на Си вне конкуренции. Если человек освоил низкоуровневый язык, ему гораздо проще получить дополнительную квалификацию. Изучить какую-то библиотеку совсем не сложно. Самое трудное — понять, как взаимодействуют различные элементы машинного кода. И здесь в программисты Си оказываются в числе лидеров.