Язык программирования Си

Язык Си подобен обоюдоострому лезвию, при помощи которого легко создать как изысканное блюдо, так и кровавое месиво.

Брайан Керниган

Язык Си был создан в 1972 г. Деннисом Ритчи в ходе разработки операционной системы (ОС) Unix. Практически вся ОС была написана на Си. Большие выразительные возможности и легкость расширения способствовали быстрому распространению этого языка. Компиляторы для языка Си доступны практически для всех существующих на данный момент ОС и платформ.

В отличие от большинства языков высокого уровня (Ада, Алгол и др.), которые начинали применять только после принятия соответствующих стандартов на них, язык Си был создан как рабочий инструмент эффективного кодирования и не претендовал на общественное использование. Спецификация языка была определена в книге Кернигана Б. и Ритчи Д. (перевод на русский язык [8]). Эта книга оставалась неформальным стандартом на язык Си вплоть до 1989 г., когда был принят стандарт ANSI. На данный момент существует еще ISO-стандарт на этот язык.

В качестве отличительных особенностей языка Си можно выделить:

• препроцессорные директивы;
• необходимость определять переменные, но возможность это делать в любом месте (до первого использования переменной);
• использование фигурных скобок {} для структуризации текста программы;
• обязательное наличие функции main()

3.1. Типы в языке Си

Как и в любом языке программирования, в Си определены базовые типы и набор механизмов для задания произвольных пользовательских типов на основе базовых.

Базовые типы

В качестве базовых в языке Си определены следующие типы.

Целочисленные:

• char - целый длиной не менее 8 бит (интерпретируется обычно как литера);
• short /short int/ - короткий целый;
• int - целый;
• long - длинный целый.

Для всех целочисленных типов можно определить, будут они знаковые или нет. Это делается прибавлением слова unsigned или signed перед названием типа (по умолчанию - signed).

В ранних компьютерах целые числа представлялись своим модулем и отдельным знаковым битом. В первых машинах размещали знак в младшем разряде, а когда стала возможной параллельная обработка, знак переместили в старший разряд, аналогично общепринятой бумажной нотации. Однако использование представления "знак и модуль" приводило к усложнению структуры вычислителя, поскольку для положительных и отрицательных чисел требовались разные схемы обработки.

Более удачным оказалось представление отрицательных чисел в виде дополнения, поскольку одна и та же схема могла выполнять и сложение, и вычитание. Некоторые разработчики выбирали дополнение до единицы, когда получалось из путем простого инвертирования всех бит (так называемый обратный код). Другие выбирали дополнение до двойки, когда получалось путем инвертирования всех бит и прибавлением единицы. Недостатком первого способа было наличие двух форм представления нуля (0...0 и 1...1). Это неприятно, особенно если доступные инструкции сравнения являются неадекватными. Различия этих форм показаны в табл. 3.1.

Сегодня во всех компьютерах используется арифметика с дополнением до двойки, обычно называемая просто дополнительным кодом. Как мы видим, у отрицательных чисел старший разряд равен 1. Добавление спецификации unsigned означает, что весь код следует воспринимать как модуль числа. При этом нижняя строчка таблицы, соответствующая -2 в десятичной системе и представляющая в дополнительном коде 110, будет обрабатываться как десятичное число шесть. Естественно, при signed-спецификации этот же код будет обрабатываться как - 2.

Числа с дробной частью можно представлять в формах с фиксированной и плавающей точкой. В современной аппаратуре для вещественных чисел обычно поддерживается арифметика с плавающей точкой, т.е. число представляется двумя целыми числами - порядком и мантиссой , так что . Это позволяет значительно расширить диапазон представляемых в машине чисел.

Вещественные:

• float - вещественный одинарной точности;
• double - вещественный двойной точности;
• long double - вещественный максимальной точности.

Недостатком такого представления является то, что та же память теперь делится между двумя целыми числами: мантиссой числа и его порядком. Это приводит к сокращению числа разрядов мантиссы, а следовательно, к меньшей ее точности. Более того, практически одно и то же число может теперь быть представлено разной комбинацией разрядов: чуть большим или чуть меньшим значением. Т.е. сравнение чисел надо производить с учетом некоторого диапазона чувствительности. Стоит при этом помнить еще и о том, что складывая очень большие и очень маленькие вещественные числа из различных диапазонов, каждое из которых помещается в машинное представление, мы рискуем потерять младшие разряды мантиссы, а значит, и значение малой добавки.

Разработчики аппаратуры шли на различные ухищрения для смягчения этого свойства: отказывались от хранения старшего разряда мантиссы для увеличения ее точности, переходили к удвоенной разрядной сетке, увеличивали основание порядка до 8 и даже до 16. Однако проблемы округления оставались. Известны случаи, когда в подобных машинах можно было найти такие значения x и у, что для некоторого малого положительного ? выполнялось соотношение , т.е. умножение утрачивало свойство монотонности.