<!---------------------------------------------------------------
"Pearson computer Publishin" и изд-вом "Невский Диалект" от 25.08.99
последнему на 3 года переданы исключительные права на издание и
распространение на русском языке книги Кернигана и Ричи "Язык
программирования С" (2-е англ. изд.).
Ю.Басин, д-р изд-ва "Невский Диалект", (dial@dialect.spb.ru), 26 Sep 1999
--------------------------------------------------------------->
ЯЗЫК С
Б.В. Керниган,
Д.М. Ричи.
Язык "C"(произносится "си") - это универсальный язык
программирования, для которого характерны экономичность выра-
жения, современный поток управления и структуры данных, бога-
тый 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 эф-
фективным для многих задач, чем языки, предположительно более
мощные.
Язык "C", первоначально предназначавшийся для написания
операционной системы "UNIX" на ЭВМ DEC PDP-11, был разрабо-
тан и реализован на этой системе Деннисом Ричи. Операционная
система, компилятор с языка "C" и по существу все прикладные
программы системы "UNIX" (включая все программное обеспече-
ние, 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 каки-
ми-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 на-
чать 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, приводи-
мые в книге, по большей части являются законченными реальны-
ми программами, а не отдельными фрагментами. Все примеры бы-
ли проверены непосредственно с текста книги, где они напеча-
таны 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 программи-
рование; она предполагает определенное знакомство с основны-
ми понятиями программирования такими как переменные, опера-
торы 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, вырази-
тельным и разносторонним языком на широком множестве разно-
образных 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 Би-
апси, Джим Блю, Стью Фельдман, Доуг Мак-Илрой, Билл Рум, Боб
Розин и Ларри Рослер тщательно прочитали множество вариан-
тов. 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 Нель-
сону, Эллиоту Пинсону, Биллу Плагеру, Джерри Спиваку, Кену
Томпсону и Питеру Вейнбергеру за полезные замечания на раз-
личных этапах и Майку Лоску и Джо Осанна за неоценимую по-
мощь при печатании книги.
Брайен В. Керниган
Деннис М. Ричи
Aннотация ........................................1
0.1. Введение .......................................7
1. Учебное введение..................................
1.1. Hачинаем.......................................
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. Mакроподстановка.............................
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".
Язык "C" является универсальным языком программирова-
ния. Он тесно связан с операционной системой "UNIX" , так
как был развит на этой системе и так как "UNIX" и ее прог-
раммное 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 реаль-
ными ЭВМ.
В языке "C" отсутствуют операции, имеющие дело непос-
редственно с составными объектами, такими как строки симво-
лов, множества, списки или с массивами, рассматриваемыми как
целое. Здесь, например, нет никакого аналога операциям PL/1,
оперирующим с целыми массивами и строками. Язык не предос-
тавляет никаких других возможностей распределения памяти,
кроме статического определения и механизма стеков, обеспечи-
ваемого 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 вызыва-
емыми функциями.
Аналогично, язык "C" предлагает только простые, после-
довательные конструкции потоков управления: проверки, циклы,
группирование и подпрограммы, но не мультипрограммирование,
параллельные операции, синхронизацию или сопрограммы.
Хотя отсутствие некоторых из этих средств может выгля-
деть 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 то-
го, компиляторы легко пишутся; при использовании современной
технологии можно ожидать написания компилятора для новой ЭВМ
за пару месяцев и при этом окажется, что 80 процентов прог-
раммы нового компилятора будет общей с программой для уже
существующих компиляторов. Это обеспечивает высокую степень
мобильности языка. Поскольку типы данных и стуктуры управле-
ния, имеющиеся в "C", непосредственно поддерживаются боль-
шинством 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 реализа-
ция обеспечивает исчерпывающую, совместимую библиотеку функ-
ций для выполнения операций ввода-вывода, обработки строк и
распределения памяти, но так как обращение к ним осуществля-
ется только явно, можно , если необходимо, избежать их вызо-
ва; 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 доста-
точно эффективными, так что не возникает побуждения писать
вместо этого программы на языке ассемблера. Наиболее убеди-
тельным примером этого является сама операционная система
"UNIX", которая почти полностью написана на "C". Из 13000
строк программы системы только около 800 строк самого низко-
го уровня написаны на ассемблере. Кроме того, по существу
все прикладное программное обеспечение системы "UNIX" напи-
сано 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" прог-
раммы, т.е. программы, которые можно пропускать без измене-
ний на различных аппаратных средствах. В наших кругах стал
уже традицией перенос программного обеспечения, разработан-
ного на системе "UNIX", на системы ЭВМ: HONEYWELL, IBM и
INTERDATA. Фактически компиляторы с "C" и программное обес-
печение во время прогона программ на этих четырех системах,
по-видимому, гораздо более совместимы, чем стандартные вер-
сии фортрана американского национального института стандар-
тов (ANSI). Сама операционная система "UNIX" теперь работает
как на PDP-11, так и на INTERDATA 8/32. За исключением прог-
рамм, которые неизбежно оказываются в некоторой степени ма-
шинно-зависимыми, таких как компилятор, ассемблер и отлад-
чик. Написанное на языке "C" программное обеспечение иден-
тично 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 сравне-
ния и противопоставления может оказаться полезным упоминание
нескольких исторических, технических и философских аспектов
"C".
Многие из наиболее важных идей "C" происходят от гораз-
до 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 пос-
леднего. И BCPL и "B" - "безтипные" языки; единственным ви-
дом данных для них являются машинное слово, а доступ к дру-
гим объектам реализуется специальными операторами или обра-
щением к функциям. В языке "C" объектами основных типов дан-
ных являются символы, целые числа нескольких размеров и чис-
ла с плавающей точкой. Кроме того, имеется иерархия произ-
водных типов данных, создаваемых указателями, массивами,
структурами, объединениями и функциями.
Язык "C" включает основные конструкции потока управле-
ния, требуемые для хорошо структуированных программ: группи-
рование 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 копи-
рования значения аргумента , и вызванная функция не может
изменить фактический аргумент в вызывающей программе. Если
желательно добиться "вызова по ссылке", можно неявно пере-
дать указатель, и функция сможет изменить объект, на который
этот указатель указывает. Имена массивов передаются указани-
ем начала массивов, так что аргументы типа массивов эффек-
тивно вызываются по ссылке.
К любой функции можно обращаться рекурсивно, и ее ло-
кальные 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 от-
ношению к функции могут быть внутренними, внешними, но из-
вестными только в пределах одного исходного файла, или пол-
ностью глобальными. Внутренние переменные могут быть автома-
тическими или статическими. Автоматические переменные для
большей эффективности можно помещать в регистры, но объявле-
ние регистра является только указанием для компилятора и ни-
как не связано с конкретными машинными регистрами.
Язык "C" не является языком со строгими типами в смысле
паскаля или алгола 68. Он сравнительно снисходителен к пре-
образованию данных, хотя и не будет автоматически преобразо-
вывать типы данных с буйной непринужденностью языка PL/1.
Существующие компиляторы не предусматривают никакой проверки
во время выполнения программы индексов массивов, типов аргу-
ментов и т.д.
В тех ситуациях, когда желательна строгая проверка ти-
пов, используется специальная версия компилятора. Эта прог-
рамма называется LINT очевидно потому, она выбирает кусочки
пуха из вашей программы. Программа LINT не генерирует машин-
ного кода, а делает очень строгую проверку всех тех сторон
программы, которые можно проконтролировать во время компиля-
ции и загрузки. Она определяет несоответствие типов, несов-
местимость аргументов, неиспользованные или очевидным обра-
зом неинициализированные переменные, потенциальные трудности
переносимости и т.д. Для программ,которые благополучно про-
ходят через LINT, гарантируется отсутствие ошибок типа при-
мерно 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 старшин-
ство; некоторые разделы синтаксиса могли бы быть лучше; су-
шествует несколько версий языка, отличающихся небольшими де-
талями. Тем не менее язык "C" зарекомендовал себя как исклю-
чительно эффективный и выразительный язык для широкого раз-
нообразия применений программирования.
Содержание книги организовано следующим образом. Глава
1 является учебным введением в центральную часть языка "C".
Цель - позволить читателю стартовать так быстро,как только
возможно, так как мы твердо убеждены, что единственный спо-
соб изучить новый язык - писать на нем программы. При этом ,
однако, предполагается рабочее владение основными элементами
программирования; здесь не объясняется, что такое ЭВМ или
компилятор, не поясняется смысл выражений типа N=N+1. Хотя
мы и пытались, где это возможно, продемонстрировать полезную
технику программирования. Эта книга не предназначается быть
справочным руководством по структурам данных и алгоритмам;
там, где мы вынуждены были сделать выбор, мы концентрирова-
лись на языке.
В главах со 2-й по 6-ю различные аспекты "C" излагаются
более детально и несколько более формально, чем в главе 1,
хотя ударение по-прежнему делается на разборе примеров за-
конченных, полезных программ, а не на отдельных фрагментах.
В главе 2 обсуждаются основные типы данных, операторы и
выражения. В главе 3 рассматриваются управляющие операторы:
IF-ELSE ,WHILE ,FOR и т.д. Глава 4 охватывает функции и
структуру программы - внешние переменные, правила определен-
ных областей действия описания и т.д. В главе 5 обсуждаются
указатели и адресная арифметика. Глава 6 содержит подробное
описание структур и объединений.
В главе 7 описывается стандартная библиотека ввода-вы-
вода языка "C", которая обеспечивает стандартный интерфейс с
операционной системой. Эта библиотека ввода-вывода поддержи-
вается на всех машинах, на которых реализован "C", так что
программы, использующие ее для ввода, вывода и других сис-
темных функций, могут переноситься с одной системы на другую
по существу без изменений.
В главе 8 описывается интерфейс между "C" - программами
и операционной системой "UNIX". Упор делается на ввод-вывод,
систему файлов и переносимость. Хотя некоторые части этой
главы специфичны для операционной системы "UNIX", програм-
мисты, не использующие "UNIX", все же должны найти здесь по-
лезный материал, в том числе некоторое представление о том,
как реализована одна версия стандартной библиотеки и предло-
жения для достижения переносимости программы.
Приложение A содержит справочное руководство по языку
"C". Оно является "официальным" изложением синтаксиса и се-
мантики "C" и (исключая чей-либо собственный компилятор)
окончательным арбитром для всех двусмысленностей и упущений
в предыдущих главах.
Так как "C" является развивающимся языком, реализован-
ным на множестве систем, часть материла настоящей книги мо-
жет не соответствовать текущему состоянию разработки на ка-
кой-то конкретной системе. Мы старались избегать таких проб-
лем 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 основ-
ных системах.
Давайте начнем с быстрого введения в язык "C". Наша
цель - продемонстрировать существенные элементы языка на ре-
альных 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 довес-
ти вас до такого уровня, на котором вы были бы в состоянии
писать полезные программы, и чтобы добиться этого, мы сосре-
дотачиваемся на основном: переменных и константах, арифмети-
ке, операторах передачи управления, функциях и элементарных
сведениях о вводе и выводе. Мы совершенно намеренно оставля-
ем за пределами этой главы многие элементы языка "C", кото-
рые имеют первостепенное значение при написании больших
программ, в том числе указатели, сртуктуры, большую часть из
"Pearson computer Publishin" и изд-вом "Невский Диалект" от 25.08.99
последнему на 3 года переданы исключительные права на издание и
распространение на русском языке книги Кернигана и Ричи "Язык
программирования С" (2-е англ. изд.).
Ю.Басин, д-р изд-ва "Невский Диалект", (dial@dialect.spb.ru), 26 Sep 1999
--------------------------------------------------------------->
ЯЗЫК С
Б.В. Керниган,
Д.М. Ричи.
Язык "C"(произносится "си") - это универсальный язык
программирования, для которого характерны экономичность выра-
жения, современный поток управления и структуры данных, бога-
тый 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 эф-
фективным для многих задач, чем языки, предположительно более
мощные.
Язык "C", первоначально предназначавшийся для написания
операционной системы "UNIX" на ЭВМ DEC PDP-11, был разрабо-
тан и реализован на этой системе Деннисом Ричи. Операционная
система, компилятор с языка "C" и по существу все прикладные
программы системы "UNIX" (включая все программное обеспече-
ние, 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 каки-
ми-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 на-
чать 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, приводи-
мые в книге, по большей части являются законченными реальны-
ми программами, а не отдельными фрагментами. Все примеры бы-
ли проверены непосредственно с текста книги, где они напеча-
таны 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 программи-
рование; она предполагает определенное знакомство с основны-
ми понятиями программирования такими как переменные, опера-
торы 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, вырази-
тельным и разносторонним языком на широком множестве разно-
образных 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 Би-
апси, Джим Блю, Стью Фельдман, Доуг Мак-Илрой, Билл Рум, Боб
Розин и Ларри Рослер тщательно прочитали множество вариан-
тов. 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 Нель-
сону, Эллиоту Пинсону, Биллу Плагеру, Джерри Спиваку, Кену
Томпсону и Питеру Вейнбергеру за полезные замечания на раз-
личных этапах и Майку Лоску и Джо Осанна за неоценимую по-
мощь при печатании книги.
Брайен В. Керниган
Деннис М. Ричи
Aннотация ........................................1
0.1. Введение .......................................7
1. Учебное введение..................................
1.1. Hачинаем.......................................
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. Mакроподстановка.............................
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".
Язык "C" является универсальным языком программирова-
ния. Он тесно связан с операционной системой "UNIX" , так
как был развит на этой системе и так как "UNIX" и ее прог-
раммное 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 реаль-
ными ЭВМ.
В языке "C" отсутствуют операции, имеющие дело непос-
редственно с составными объектами, такими как строки симво-
лов, множества, списки или с массивами, рассматриваемыми как
целое. Здесь, например, нет никакого аналога операциям PL/1,
оперирующим с целыми массивами и строками. Язык не предос-
тавляет никаких других возможностей распределения памяти,
кроме статического определения и механизма стеков, обеспечи-
ваемого 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 вызыва-
емыми функциями.
Аналогично, язык "C" предлагает только простые, после-
довательные конструкции потоков управления: проверки, циклы,
группирование и подпрограммы, но не мультипрограммирование,
параллельные операции, синхронизацию или сопрограммы.
Хотя отсутствие некоторых из этих средств может выгля-
деть 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 то-
го, компиляторы легко пишутся; при использовании современной
технологии можно ожидать написания компилятора для новой ЭВМ
за пару месяцев и при этом окажется, что 80 процентов прог-
раммы нового компилятора будет общей с программой для уже
существующих компиляторов. Это обеспечивает высокую степень
мобильности языка. Поскольку типы данных и стуктуры управле-
ния, имеющиеся в "C", непосредственно поддерживаются боль-
шинством 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 реализа-
ция обеспечивает исчерпывающую, совместимую библиотеку функ-
ций для выполнения операций ввода-вывода, обработки строк и
распределения памяти, но так как обращение к ним осуществля-
ется только явно, можно , если необходимо, избежать их вызо-
ва; 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 доста-
точно эффективными, так что не возникает побуждения писать
вместо этого программы на языке ассемблера. Наиболее убеди-
тельным примером этого является сама операционная система
"UNIX", которая почти полностью написана на "C". Из 13000
строк программы системы только около 800 строк самого низко-
го уровня написаны на ассемблере. Кроме того, по существу
все прикладное программное обеспечение системы "UNIX" напи-
сано 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" прог-
раммы, т.е. программы, которые можно пропускать без измене-
ний на различных аппаратных средствах. В наших кругах стал
уже традицией перенос программного обеспечения, разработан-
ного на системе "UNIX", на системы ЭВМ: HONEYWELL, IBM и
INTERDATA. Фактически компиляторы с "C" и программное обес-
печение во время прогона программ на этих четырех системах,
по-видимому, гораздо более совместимы, чем стандартные вер-
сии фортрана американского национального института стандар-
тов (ANSI). Сама операционная система "UNIX" теперь работает
как на PDP-11, так и на INTERDATA 8/32. За исключением прог-
рамм, которые неизбежно оказываются в некоторой степени ма-
шинно-зависимыми, таких как компилятор, ассемблер и отлад-
чик. Написанное на языке "C" программное обеспечение иден-
тично 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 сравне-
ния и противопоставления может оказаться полезным упоминание
нескольких исторических, технических и философских аспектов
"C".
Многие из наиболее важных идей "C" происходят от гораз-
до 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 пос-
леднего. И BCPL и "B" - "безтипные" языки; единственным ви-
дом данных для них являются машинное слово, а доступ к дру-
гим объектам реализуется специальными операторами или обра-
щением к функциям. В языке "C" объектами основных типов дан-
ных являются символы, целые числа нескольких размеров и чис-
ла с плавающей точкой. Кроме того, имеется иерархия произ-
водных типов данных, создаваемых указателями, массивами,
структурами, объединениями и функциями.
Язык "C" включает основные конструкции потока управле-
ния, требуемые для хорошо структуированных программ: группи-
рование 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 копи-
рования значения аргумента , и вызванная функция не может
изменить фактический аргумент в вызывающей программе. Если
желательно добиться "вызова по ссылке", можно неявно пере-
дать указатель, и функция сможет изменить объект, на который
этот указатель указывает. Имена массивов передаются указани-
ем начала массивов, так что аргументы типа массивов эффек-
тивно вызываются по ссылке.
К любой функции можно обращаться рекурсивно, и ее ло-
кальные 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 от-
ношению к функции могут быть внутренними, внешними, но из-
вестными только в пределах одного исходного файла, или пол-
ностью глобальными. Внутренние переменные могут быть автома-
тическими или статическими. Автоматические переменные для
большей эффективности можно помещать в регистры, но объявле-
ние регистра является только указанием для компилятора и ни-
как не связано с конкретными машинными регистрами.
Язык "C" не является языком со строгими типами в смысле
паскаля или алгола 68. Он сравнительно снисходителен к пре-
образованию данных, хотя и не будет автоматически преобразо-
вывать типы данных с буйной непринужденностью языка PL/1.
Существующие компиляторы не предусматривают никакой проверки
во время выполнения программы индексов массивов, типов аргу-
ментов и т.д.
В тех ситуациях, когда желательна строгая проверка ти-
пов, используется специальная версия компилятора. Эта прог-
рамма называется LINT очевидно потому, она выбирает кусочки
пуха из вашей программы. Программа LINT не генерирует машин-
ного кода, а делает очень строгую проверку всех тех сторон
программы, которые можно проконтролировать во время компиля-
ции и загрузки. Она определяет несоответствие типов, несов-
местимость аргументов, неиспользованные или очевидным обра-
зом неинициализированные переменные, потенциальные трудности
переносимости и т.д. Для программ,которые благополучно про-
ходят через LINT, гарантируется отсутствие ошибок типа при-
мерно 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 старшин-
ство; некоторые разделы синтаксиса могли бы быть лучше; су-
шествует несколько версий языка, отличающихся небольшими де-
талями. Тем не менее язык "C" зарекомендовал себя как исклю-
чительно эффективный и выразительный язык для широкого раз-
нообразия применений программирования.
Содержание книги организовано следующим образом. Глава
1 является учебным введением в центральную часть языка "C".
Цель - позволить читателю стартовать так быстро,как только
возможно, так как мы твердо убеждены, что единственный спо-
соб изучить новый язык - писать на нем программы. При этом ,
однако, предполагается рабочее владение основными элементами
программирования; здесь не объясняется, что такое ЭВМ или
компилятор, не поясняется смысл выражений типа N=N+1. Хотя
мы и пытались, где это возможно, продемонстрировать полезную
технику программирования. Эта книга не предназначается быть
справочным руководством по структурам данных и алгоритмам;
там, где мы вынуждены были сделать выбор, мы концентрирова-
лись на языке.
В главах со 2-й по 6-ю различные аспекты "C" излагаются
более детально и несколько более формально, чем в главе 1,
хотя ударение по-прежнему делается на разборе примеров за-
конченных, полезных программ, а не на отдельных фрагментах.
В главе 2 обсуждаются основные типы данных, операторы и
выражения. В главе 3 рассматриваются управляющие операторы:
IF-ELSE ,WHILE ,FOR и т.д. Глава 4 охватывает функции и
структуру программы - внешние переменные, правила определен-
ных областей действия описания и т.д. В главе 5 обсуждаются
указатели и адресная арифметика. Глава 6 содержит подробное
описание структур и объединений.
В главе 7 описывается стандартная библиотека ввода-вы-
вода языка "C", которая обеспечивает стандартный интерфейс с
операционной системой. Эта библиотека ввода-вывода поддержи-
вается на всех машинах, на которых реализован "C", так что
программы, использующие ее для ввода, вывода и других сис-
темных функций, могут переноситься с одной системы на другую
по существу без изменений.
В главе 8 описывается интерфейс между "C" - программами
и операционной системой "UNIX". Упор делается на ввод-вывод,
систему файлов и переносимость. Хотя некоторые части этой
главы специфичны для операционной системы "UNIX", програм-
мисты, не использующие "UNIX", все же должны найти здесь по-
лезный материал, в том числе некоторое представление о том,
как реализована одна версия стандартной библиотеки и предло-
жения для достижения переносимости программы.
Приложение A содержит справочное руководство по языку
"C". Оно является "официальным" изложением синтаксиса и се-
мантики "C" и (исключая чей-либо собственный компилятор)
окончательным арбитром для всех двусмысленностей и упущений
в предыдущих главах.
Так как "C" является развивающимся языком, реализован-
ным на множестве систем, часть материла настоящей книги мо-
жет не соответствовать текущему состоянию разработки на ка-
кой-то конкретной системе. Мы старались избегать таких проб-
лем 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 основ-
ных системах.
Давайте начнем с быстрого введения в язык "C". Наша
цель - продемонстрировать существенные элементы языка на ре-
альных 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 довес-
ти вас до такого уровня, на котором вы были бы в состоянии
писать полезные программы, и чтобы добиться этого, мы сосре-
дотачиваемся на основном: переменных и константах, арифмети-
ке, операторах передачи управления, функциях и элементарных
сведениях о вводе и выводе. Мы совершенно намеренно оставля-
ем за пределами этой главы многие элементы языка "C", кото-
рые имеют первостепенное значение при написании больших
программ, в том числе указатели, сртуктуры, большую часть из