Жанр: Учеба
Язык Си
Керниган, Ричи. Язык C
ЯЗЫК С
Б.В. Керниган,
Д.М. Ричи.
Аннотация
Язык "C"(произносится "си") - это универсальный язык
программирования, для которого характерны экономичность выражения,
современный поток управления и структуры данных, богатый
набор операторов. Язык "C" не является ни языком "очень
высокого уровня", ни "большим" языком, и не предназначается
для некоторой специальной области применения. но отсутствие
ограничений и общность языка делают его более удобным и эффективным
для многих задач, чем языки, предположительно более
мощные.
Язык "C", первоначально предназначавшийся для написания
операционной системы "UNIX" на ЭВМ DEC PDP-11, был разработан
и реализован на этой системе Деннисом Ричи. Операционная
система, компилятор с языка "C" и по существу все прикладные
программы системы "UNIX" (включая все программное обеспечение,
использованное при подготовке этой книги) написаны на
"C". Коммерческие компиляторы с языка "C" существуют также
на некоторых других ЭВМ, включая IBM SYSTEM/370, HONEYWELL
6000, INTERDATA 8/32. Язык "C", однако, не связан с какими-либо
определенными аппаратными средствами или системами,
и на нем легко писать программы, которые можно пропускать
без изменений на любой ЭВМ, имеющей "C"-компилятор.
Эта книга предназначена для того, чтобы помочь читателю
научиться программировать на языке "C". Она содержит учебное
введение, цель которого - позволить новым пользователям начать
программировать как можно быстрее, отдельные главы по
всем основным особенностям языка и справочное руководство.
Обучение построено в основном на чтении, написании и разборе
примеров, а не голой формулировке правил. Примеры, приводимые
в книге, по большей части являются законченными реальными
программами, а не отдельными фрагментами. Все примеры были
проверены непосредственно с текста книги, где они напечатаны
в виде, пригодном для ввода в машину. Кроме указаний о
том, как сделать использование языка более эффективным, мы
также пытались, где это возможно, проиллюстрировать полезные
алгоритмы и принципы хорошего стиля и разумной разработки.
Настоящая книга не является вводным курсом в программирование;
она предполагает определенное знакомство с основными
понятиями программирования такими как переменные, операторы
присваивания, циклы, функции. Тем не менее и новичок в
программировании должен оказаться в состоянии читать подряд
и освоиться с языком, хотя при этом была бы полезной помощь
более опытного коллеги.
По нашему опыту , "C" показал себя приятным, выразительным
и разносторонним языком на широком множестве разнообразных
программ. Его легко выучить , и он не теряет своих
качеств с ростом опыта программиста. Мы надеемся , что эта
книга поможет вам хорошо его использовать.
Вдумчивая критика и предложения многих наших друзей и
коллег очень много добавили как для самой книги, так и для
нашего удовольствия при ее написании. В частности, Майк Биапси,
Джим Блю, Стью Фельдман, Доуг Мак-Илрой, Билл Рум, Боб
Розин и Ларри Рослер тщательно прочитали множество вариантов.
Мы также обязаны Элю Ахо, Стиву Борну, Дэву Двораку,
Чаку Хэлею, Дебби Хэлей, Мариону Харрису, Рику Холту, Стиву
Джонсону, Джону Машею, Бобу Митцу, Ральфу Мьюа, Питеру Нельсону,
Эллиоту Пинсону, Биллу Плагеру, Джерри Спиваку, Кену
Томпсону и Питеру Вейнбергеру за полезные замечания на различных
этапах и Майку Лоску и Джо Осанна за неоценимую помощь
при печатании книги.
Брайен В. Керниган
Деннис М. Ричи Аннотация ........................................1
0.1. Введение .......................................7
1. Учебное введение..................................
1.1. Начинаем.......................................
1.2. Переменные и арифметика........................
1.3. Оператор FOR...................................
1.4. Символические константы........................
1.5. Набор полезных программ........................
1.5.1. Ввод и вывод символов........................
1.5.2. Копирование файла............................
1.5.3. Подсчет символов.............................
1.5.4. Подсчет строк................................
1.5.5. Подсчет слов.................................
1.6. Массивы........................................
1.7. Функции........................................
1.8. Аргументы - вызов по значению..................
1.9. Массивы символов...............................
1.10. Область действия: внешние переменные...........
1.11. Резюме.........................................
2. Типы, операции и выражения........................
2.1. Имена переменных...............................
2.2. Типы и размеры данных..........................
2.3. Константы......................................
2.3.1. Символьная константа.........................
2.3.2. Константное выражение........................
2.3.3. Строчная константа...........................
2.4. Описания.......................................
2.5. Арифметические операции........................
2.6. Операции отношения и логические операции.......
2.7. Преобразование типов...........................
2.8. Операции увеличения и уменьшения...............
2.9. Побитовые логические операции..................
2.10. Операции и выражения присваивания..............
2.11. Условные выражения.............................
2.12. Старшинство и порядок вычисления...............
3. Поток управления..................................
3.1. Операторы и блоки..............................
3.2. IF - ELSE......................................
3.3. ELSE - IF......................................
3.4. Переключатель..................................
3.5. Циклы - WHILE и FOR............................
3.6. Цикл DO - WHILE................................
3.7. Оператор BREAK.................................
3.8. Оператор CONTINUE..............................
3.9. Оператор GOTO и метки..........................
4. Функции и структура программ......................
4.1. Основные сведения..............................
4.2. Функции, возвращающие нецелые значения.........
4.3. Еще об аргументах функций......................
4.4. Внешние переменные.............................
4.5. Правила, определяющие область действия.........
4.5.1. Область действия.............................
4.6. Статические переменные.........................
4.7. Регистровые переменные.........................
4.8. Блочная структура..............................
4.9. Инициализация..................................
4.10. Рекурсия.......................................
4.11. Препроцессор языка "C".........................
4.11.1. Включение файлов.............................
4.11.2. Макроподстановка.............................
5. Указатели и массивы............................
5.1. Указатели и адреса.............................
5.2. Указатели и аргументы функций..................
5.3. указатели и массивы............................
5.4. Адресная арифметика............................
5.5. указатели символов и функции...................
5.6. Указатели - не целые...........................
5.7. Многомерные массивы............................
5.8. Массивы указателей; указатели указателей.......
5.9. Инициализация массивов указателей..............
5.10. Указатели и многомерные массивы................
5.11. Командная строка аргументов....................
5.12. Указатели на функции...........................
6. Структуры.........................................
6.1. Основные сведения..............................
6.2. Структуры и функции............................
6.3. Массивы сруктур................................
6.4. Указатели на структуры.........................
6.5. Структуры, ссылающиеся на себя.................
6.6. Поиск в таблице................................
6.7. Поля...........................................
6.8. Объединения....................................
6.9. Определение типа...............................
7. Ввод и вывод......................................
7.1. Обращение к стандартной библиотеке.............
7.2. Стандартный ввод и вывод - функции GETCHAR
и PUTCHAR......................................
7.3. Форматный вывод - функция PRINTF...............
7.4. Форматный ввод - функция SCANF.................
7.5. Форматное преобразование в памяти..............
7.6. Доступ к файлам................................
7.7. Обработка ошибок - STDERR и EXIT...............
7.8. Ввод и вывод строк.............................
7.9. Несколько разнообразных функций................
7.9.1. Проверка вида символов и преобразования......
7.9.2. Функция UNGETC...............................
7.9.3. Обращение к системе..........................
7.9.4. Управление памятью...........................
8. Интерфейс системы UNIX............................
8.1. Дескрипторы файлов.............................
8.2. Низкоуровневый ввод/вывод - операторы READ
и WRITE........................................
8.3. Открытие, создание, закрытие и расцепление
(UNLINK).......................................
8.4. Произвольный доступ - SEEK и LSEEK.............
8.5. Пример - реализация функций FOPEN и GETC.......
8.6. Пример - распечатка справочников...............
8.7. Пример - распределитель памяти.................
Приложение а: справочное руководство по языку 'C'.
9.1. Введение.......................................
10. Лексические соглашения............................
10.1. Комментарии....................................
10.2. Идентификаторы (имена).........................
10.3. Ключевые слова.................................
10.4. Константы......................................
10.4.1. Целые константы..............................
10.4.2. Явные длинные константы......................
10.4.3. Символьные константы.........................
10.4.4. Плавающие константы..........................
10.5. Строки.........................................
10.6. Характеристики аппаратных средств..............
11. Синтаксическая нотация............................
12. Что в имене тебе моем?............................
13. Объекты и L-значения..............................
14. Преобразования....................................
14.1. Символы и целые................................
14.2. Типы FLOAT и DOUBLE............................
14.3. Плавающие и целочисленные величины.............
14.4. Указатели и целые..............................
14.5. Целое без знака................................
14.6. Арифметические преобразования..................
15. Выражения.........................................
15.1. Первичные выражения............................
15.2. Унарные операции...............................
15.3. Мультипликативные операции.....................
15.4. Аддитивные операции............................
15.5. Операции сдвига................................
15.6. Операции отношения.............................
15.7. Операции равенства.............................
15.8. Побитовая операция 'и'.........................
15.9. Побитовая операция исключающего 'или'..........
15.10. Побитовая операция включающего 'или'...........
15.11. Логическая операция 'и'........................
15.12. Операция логического 'или'.....................
15.13. Условная операция..............................
15.14. Операция присваивания..........................
15.15. Операция запятая...............................
16. Описания..........................................
16.1. Спецификаторы класса памяти....................
16.2. Спецификаторы типа.............................
16.3. Описатели......................................
16.4. Смысл описателей...............................
16.5. Описание структур и объединений................
16.6. Инициализация..................................
16.7. Имена типов....................................
16.8. TYPEDEF........................................
17. Операторы.........................................
17.1. Пператорное выражение..........................
17.2. Составной оператор (или блок)..................
17.3. Условные операторы.............................
17.4. Оператор WHILE.................................
17.5. Оператор DO....................................
17.6. Оператор FOR...................................
17.7. Оператор SWITCH................................
17.8. Оператор BREAK.................................
17.9. Оператор CONTINUE..............................
17.10. Оператор возврата..............................
17.11. Оператор GOTO..................................
17.12. Оомеченный оператор............................
17.13. Оустой оператор................................
18. Внешние определения...............................
18.1. Внешнее определение функции....................
18.2. Внешние определения данных.....................
19. Правила, определяющие область действия............
19.1. Лексическая область действия...................
19.2. Область действия внешних идентификаторов.......
20. Строки управления компилятором....................
20.1. Замена лексем..................................
20.2. Включение файлов...............................
20.3. Условная компиляция............................
21. Неявные описания..................................
22. Снова о типах.....................................
22.1. Структуры и объединения........................
22.2. Функции........................................
22.3. Массивы, указатели и индексация................
22.4. Явные преобразования указателей................
23. Константные выражения.............................
24. Соображения о переносимости.......................
25. Анахронизмы.......................................
26. Сводка синтаксических правил......................
26.1. Выражения......................................
26.2. Описания.......................................
26.3. Операторы......................................
26.4. Внешние определения............................
26.5. Препроцессор...................................
27. Присваивание структуры............................
28. Тип перечисления..................................
29. Таблица изображений непечатных символов языка "C".
0.1. Введение
Язык "C" является универсальным языком программирования.
Он тесно связан с операционной системой "UNIX" , так
как был развит на этой системе и так как "UNIX" и ее программное
обеспечение написано на "C". Сам язык , однако, не
связан с какой-либо одной операционной системой или машиной;
и хотя его называют языком системного программирования, так
как он удобен для написания операционных систем, он с равным
успехом использовался при написании больших вычислительных
программ, программ для обработки текстов и баз данных.
Язык "C" - это язык относительно "низкого уровня". В
такой характеристике нет ничего оскорбительного; это просто
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.
В языке "C" отсутствуют операции, имеющие дело непосредственно
с составными объектами, такими как строки символов,
множества, списки или с массивами, рассматриваемыми как
целое. Здесь, например, нет никакого аналога операциям PL/1,
оперирующим с целыми массивами и строками. Язык не предоставляет
никаких других возможностей распределения памяти,
кроме статического определения и механизма стеков, обеспечиваемого
локальными переменных функций; здесь нет ни
"куч"(HEAP), ни "сборки мусора", как это предусматривается в
АЛГОЛЕ-68. Наконец, сам по себе "C" не обеспечивает никаких
возможностей ввода-вывода: здесь нет операторов READ или
WRITE и никаких встроенных методов доступа к файлам. Все эти
механизмы высокого уровня должны обеспечиваться явно вызываемыми
функциями.
Аналогично, язык "C" предлагает только простые, последовательные
конструкции потоков управления: проверки, циклы,
группирование и подпрограммы, но не мультипрограммирование,
параллельные операции, синхронизацию или сопрограммы.
Хотя отсутствие некоторых из этих средств может выглядеть
как удручающая неполноценность ("выходит, что я должен
обращаться к функции, чтобы сравнить две строки символов
?!"), но удержание языка в скромных размерах дает реальные
преимущества. Так как "C" относительно мал, он не требует
много места для своего описания и может быть быстро выучен.
Компилятор с "C" может быть простым и компактным. Кроме того,
компиляторы легко пишутся; при использовании современной
технологии можно ожидать написания компилятора для новой ЭВМ
за пару месяцев и при этом окажется, что 80 процентов программы
нового компилятора будет общей с программой для уже
существующих компиляторов. Это обеспечивает высокую степень
мобильности языка. Поскольку типы данных и стуктуры управления,
имеющиеся в "C", непосредственно поддерживаются большинством
существующих ЭВМ, библиотека, необходимая во время
прогона изолированных программ, оказывается очень маленькой.
На PDP -11, например, она содержит только программы для
32-битового умножения и деления и для выполнения программ
ввода и вывода последовательностей. Конечно, каждая реализация
обеспечивает исчерпывающую, совместимую библиотеку функций
для выполнения операций ввода-вывода, обработки строк и
распределения памяти, но так как обращение к ним осуществляется
только явно, можно , если необходимо, избежать их вызова;
эти функции могут быть компактно написаны на самом "C".
Опять же из-за того , что язык "C" отражает возможности
современных компьютеров, программы на "C" оказываются достаточно
эффективными, так что не возникает побуждения писать
вместо этого программы на языке ассемблера. Наиболее убедительным
примером этого является сама операционная система
"UNIX", которая почти полностью написана на "C". Из 13000
строк программы системы только около 800 строк самого низкого
уровня написаны на ассемблере. Кроме того, по существу
все прикладное программное обеспечение системы "UNIX" написано
на "C"; подавляющее большинство пользователей системы
"UNIX"(включая одного из авторов этой книги) даже не знает
языка ассемблера PDP-11.
Хотя "C" соответствует возможностям многих ЭВМ, он не
зависит от какой-либо конкретной архитектуры машины и в силу
этого без особых усилий позволяет писать "переносимые" программы,
т.е. программы, которые можно пропускать без изменений
на различных аппаратных средствах. В наших кругах стал
уже традицией перенос программного обеспечения, разработанного
на системе "UNIX", на системы ЭВМ: HONEYWELL, IBM и
INTERDATA. Фактически компиляторы с "C" и программное обеспечение
во время прогона программ на этих четырех системах,
по-видимому, гораздо более совместимы, чем стандартные версии
фортрана американского национального института стандартов
(ANSI). Сама операционная система "UNIX" теперь работает
как на PDP-11, так и на INTERDATA 8/32. За исключением программ,
которые неизбежно оказываются в некоторой степени машинно-зависимыми,
таких как компилятор, ассемблер и отладчик.
Написанное на языке "C" программное обеспечение идентично
на обеих машинах. Внутри самой операционной системы
7000 строк программы, исключая математическое обеспечение
языка ассемблера ЭВМ и управления операциями ввода-вывода,
совпадают на 95 процентов.
Программистам, знакомым с другими языками, для сравнения
и противопоставления может оказаться полезным упоминание
нескольких исторических, технических и философских аспектов
"C".
Многие из наиболее важных идей "C" происходят от гораздо
более старого, но все еще вполне жизненного языка BCPL ,
разработанного Мартином Ричардсом. Косвенно язык BCPL оказал
влияние на "C" через язык "B", написанный Кеном Томпсоном в
1970 году для первой операционной системы "UNIX" на ЭВМ
PDP-7.
Хотя язык "C" имеет несколько общих с BCPL характерных
особенностей, он никоим образом не является диалектом последнего.
И BCPL и "B" - "безтипные" языки; единственным видом
данных для них являются машинное слово, а доступ к другим
объектам реализуется специальными операторами или обращением
к функциям. В языке "C" объектами основных типов данных
являются символы, целые числа нескольких размеров и числа
с плавающей точкой. Кроме того, имеется иерархия производных
типов данных, создаваемых указателями, массивами,
структурами, объединениями и функциями.
Язык "C" включает основные конструкции потока управления,
требуемые для хорошо структуированных программ: группирование
операторов, принятие решений (IF), циклы с проверкой
завершения в начале (WHILE, FOR) или в конце (DO) и выбор
одного из множества возможных вариантов (SWITCH). (Все эти
возможности обеспечивались и в BCPL, хотя и при несколько
отличном синтаксисе; этот язык предчувствовал наступившую
через несколько лет моду на структурное программирование).
В языке "C" имеются указатели и возможность адресной
арифметики. Аргументы передаются функциям посредством копирования
значения аргумента , и вызванная функция не может
изменить фактический аргумент в вызывающей программе. Если
желательно добиться "вызова по ссылке", можно неявно передать
указатель, и функция сможет изменить объект, на который
этот указатель указывает. Имена массивов передаются указанием
начала массивов, так что аргументы типа массивов эффективно
вызываются по ссылке.
К любой функции можно обращаться рекурсивно, и ее локальные
переменные обычно "автоматические", т.е. Создаются
заново при каждом обращении. Описание одной функции не может
содержаться внутри другой, но переменные могут описываться в
соответствии с обычной блочной структурой. Функции в "C" -
программе могут транслироваться отдельно. переменные по отношению
к функции могут быть внутренними, внешними, но известными
только в пределах одного исходного файла, или полностью
глобальными. Внутренние переменные могут быть автоматическими
или статическими. Автоматические переменные для
большей эффективности можно помещать в регистры, но объявление
регистра является только указанием для компилятора и никак
не связано с конкретными машинными регистрами.
Язык "C" не является языком со строгими типами в смысле
паскаля или алгола 68. Он сравнительно снисходителен к преобразованию
данных, хотя и не будет автоматически преобразовывать
типы данных с буйной непринужденностью языка PL/1.
Существующие компиляторы не предусматривают никакой проверки
во время выполнения программы индексов массивов, типов аргументов
и т.д.
В тех ситуациях, когда желательна строгая проверка типов,
используется специальная версия компилятора. Эта программа
называется LINT очевидно потому, она выбирает кусочки
пуха из вашей программы. Программа LINT не генерирует машинного
кода, а делает очень строгую проверку всех тех сторон
программы, которые можно проконтролировать во время компиляции
и загрузки. Она определяет несоответствие типов, несовместимость
аргументов, неиспользованные или очевидным образом
неинициализированные переменные, потенциальные трудности
переносимости и т.д. Для программ,которые благополучно проходят
через LINT, гарантируется отсутствие ошибок типа примерно
с той же полнотой, как и для программ, написанных,
например, на АЛГОЛЕ-68. Другие возможности программы LINT
будут отмечены, когда представится соответствующий случай.
Наконец, язык "C", подобно любому другому языку, имеет
свои недостатки. Некоторые операции имеют неудачное старшинство;
некоторые разделы синтаксиса могли бы быть лучше; сушествует
несколько версий языка, отличающихся небольшими деталями.
Тем не менее язык "C" зарекомендовал себя как исключительно
эффективный и выразительный язык для широкого разнообразия
применений программирования. Так как "C" является развивающимся языком, реализованным
на множестве систем, часть материла настоящей книги может
не соответствовать текущему состоянию разработки на какой-то
конкретной системе. Мы старались избегать таких проблем
и предостерегать о возможных трудностях. В сомнительных
случаях, однако, мы обычно предпочитали описывать ситуацию
для системы "UNIX" PDP-11 , так как она является средой для
большинства программирующих на языке "C". В приложении а
также описаны расхождения в реализациях языка "C" на основных
системах.
* 1. Учебное введение *
Давайте начнем с быстрого введения в язык "C". Наша
цель - продемонстрировать существенные элементы языка на реальных
программах, не увязая при этом в деталях, формальных
правилах и исключениях. В этой главе мы не пытаемся изложить
язык полностью или хотя бы строго (разумеется, приводимые
примеры будут корректными). Мы хотим как можно скорее довести
вас до такого уровня, на котором вы были бы в состоянии
писать полезные программы, и чтобы добиться этого, мы сосредотачиваемся
на основном: переменных и константах, арифметике,
операторах передачи управления, функциях и элементарных
сведениях о вводе и выводе. Мы совершенно намеренно оставляем
за пределами этой главы многие элементы языка "C", которые
имеют первостепенное значение при написании больших
программ, в том числе указатели, сртуктуры, большую часть из
богатого набора опе
...Поділитися у соцмережах
