Язык С как инструмент системного программирования

Главным качеством языка C, которое делает его именно языком системного программиста, является то, что «C — это язык относительно «низкого уровня»... Это означает, что C имеет дело с объектами того же вида, что и большинство ЭВМ, а именно, с символами, числами и адресами. Они могут объединяться и пересылаться посредством обычных арифметических и логических операций, осуществляемых реальными ЭВМ.» [2]. Система программирования C при представлении данных не вносит никаких дополнительных структур памяти, которые не были бы «видны» программисту. Так, например, внутреннее представление массивов в языке C полностью совпадает с внешним: массив — это только последовательность слотов в памяти. Отсутствие специального дескриптора массива, с одной стороны, делает невозможным контроль выхода индексов за допустимое границы, но с другой, уменьшает объем памяти программы и увеличивает ее быстродействие за счет отсутствия в памяти дескриптора и команд проверки индекса при каждом обращении к элементу массива. Это общий принцип C-программ: программист имеет максимальные возможности для разработки эффективных программ, но вся ответственность за их правильность ложится на него самого. Поэтому отладка программ на языке C — непростой процесс, C-программы чаще «зависают» и выдают результаты, которые не всегда воспроизводятся и которые труднее объяснить, чем программы на других языках.

Чрезвычайно важным свойством языка C, которого нет в других языках, является адресная арифметика. Над данными типа «указатель» возможны арифметические операции, причем в них могут учитываться размеры тех объектов, которые адресуются указателем. Другое свойство указателей — их явная связь с конструкциями интеграции данных (массивы, структуры, объединения) и возможность подмены операций индексации и квалификации операциями адресной арифметики. За счет указателей программист имеет возможность удобным для себя способом структурировать адресное пространство программы и гибко изменять это структурирование.

Свойством, которое вытекает из общих принципов построения языка C, является слабая защита типов. В языках с сильной защитой типов (Pascal) для каждого типа данных определен набор доступных операций и компилятор запрещает применение к типу непредусмотренных для него операций и смешивание в выражениях данных разных типов. В C определен богатый набор правил преобразования типов по умолчанию, поэтому почти любая операция может быть применена к почти любому типу данных и выражения могут включать данные самых разных типов.

Еще некоторые средства языка не ориентированы непосредственно на низкоуровневое системное программирование, но могут быть очень полезны при разработке системных программ:

u обязательной составной частью языка является препроцессор. C не поддерживает сложных структур данных, но позволяет программисту определять свои типы. Включение в программу описания таких типов средствами препроцессора позволяет обеспечить однозначную интерпретацию типов во всех модулях сложного программного изделия;

u процедурно-ориентированный язык C вместе с тем представляет все кодовые составляющие программы в виде функций. Это дает возможность применять язык C и як инструмент функционально-ориентированного программирования, как, например, язык LISP.

Важное качество языка C — высокая эффективность объектных кодов C-программы как по быстродействию, так и по объему памяти. Хотя это качество обеспечивается не столько свойствами самого языка, сколько свойствами системы программирования, традиция построения систем программирования C именно такова, что они обеспечивают большую, эффективность, чем, например, Pascal. Это связано еще и с «родословной» языков. Pascal возник как алгоритмический язык, предназначенный в своей первой версии не для написания программ, а для описания алгоритмов. Отсюда Pascal-трансляторы строились и строятся как синтаксически-ориентированные трансляторы характерно компилирующего типа: транслятор выполняет синтаксический анализ программы в соответствии с формально представленными правилами, а объектные коды формируются в основном в виде обращений к библиотечным процедурам, которые реализуют элементарные функции. Язык C ведет свое происхождение от языка BCPL, который был языком Макроассемблера. Отсюда и объектный код C-программы строится як последовательность машинных команд, которая оптимизируется для каждого конкретного выполнения данной функции.

: