История языка C/C++. Пример использования
Благодаря чему сложился такой статус языка С? Исторически этот язык неотделим от операционной системы Unix, которая в наши дни переживает своё второе рождение. 60-е годы были эпохой становления операционных систем и языков программирования высокого уровня.
В тот период для каждого типа компьютеров независимо разрабатывались ОС и компиляторы, а нередко даже свои языки программирования (вспомним, например, PL/I). В то же время, общность возникающих при этом проблем уже стала очевидной. Ответом на осознание этой общности стала попытка создать универсальную мобильную операционную систему, а для этого понадобился не менее универсальный и мобильный язык программирования. Таким языком стал С, а Unix стала первой ОС, практически полностью написанной на языке высокого уровня.
Тесная связь с Unix дала языку С такой полигон для обкатки, какого не было в то время ни у одного другого языка. Задачи системного программирования по праву считались в то время самыми сложными в отрасли. В большинстве своём они были настолько машинно-зависимыми, что многие вообще не мыслили их решение иначе, чем на ассемблере. Языки высокого уровня предназначались для прикладного программирования и лишь очень ограниченно реализовывали функции, необходимые для системных работ, причём зачастую только для определённого типа машин.
Язык С с самого начала создавался так, чтобы на нём можно было писать системные задачи. Создатели С не стали разрабатывать абстрактную модель исполнителя языка, а просто реализовали в нём те возможности, в которых более всего нуждались в практике системного программирования. Это в первую очередь были средства непосредственной работы с памятью, структурные конструкции управления и модульная организация программы. И по сути больше ничего в язык включено не было. Всё остальное было отнесено в библиотеку времени исполнения. Поэтому недоброжелатели иной раз отзываются о языке С как о структурном ассемблере. Но что бы они ни болтали, подход оказался очень удачным. Благодаря ему был достигнут новый уровень по соотношению простоты и возможностей языка.
Есть, впрочем, ещё один фактор, определивший успех языка. Создатели очень умело разделили в нём машинно-зависимые и независимые свойства. Благодаря этому большинство программ удаётся писать универсально — их работоспособность не зависит от архитектуры процессора и памяти. Немногочисленные же аппаратно-зависимые части кода можно локализовать в отдельных модулях. А пользуясь препроцессором, можно создавать такие модули, которые при компиляции на разных платформах будут порождать соответствующий машинно-зависимый код.
Много споров вызывал синтаксис языка С. Применённые в нём приёмы сокращения записи при неумеренном использовании могут сделать программу совершенно нечитаемой. Но, как говорил Дейкстра, <на любом языке можно написать фортрановскую программу> — средства не виноваты в том, что их безграмотно используют. На самом же деле, предложенные в С сокращения синтаксиса соответствуют наиболее часто встречающимся на практике стереотипным ситуациям. Если считать сокращения идиомами для выразительного и компактного представления таких ситуаций, то польза от них становится безусловной и очевидной.
Итак, С возник как универсальный язык системного программирования. Но он не остался в этих рамках. К концу 80-х годов язык С, оттеснив Fortran с позиции лидера, завоевал массовую популярность среди программистов во всём мире и стал использоваться в самых различных прикладных задачах. Немалую роль здесь сыграло распространение Unix (а значит и С) в университетской среде, где проходило подготовку новое поколение программистов.
Как и все языки, С постепенно совершенствовался, но большинство усовершенствований не носило радикального характера. Наиболее существенным из них, пожалуй, следует считать введение строгой спецификации типов функций, которая значительно повысила надёжность межмодульного взаимодействия на С. Все такие усовершенствования были в 1989 году закреплены в стандарте ANSI который и поныне определяет язык С.
Но если все так безоблачно, то почему же ещё продолжают использоваться все остальные языки, что поддерживает их существование? Ахиллесовой пятой языка С стало то, что он оказался слишком низкоуровневым для тех задач, которые поставили на повестку дня 90-е годы. Причём у этой проблемы есть два аспекта. С одной стороны, в язык были встроены слишком низкоуровневые средства — прежде всего это работа с памятью и адресная арифметика. Недаром смена разрядности процессоров очень болезненно отражается на многих С-программах. С другой стороны, в С недостаёт средств высокоуровневых — абстрактных типов данных и объектов, полиморфизма, обработки исключений. Как следствие, в программах на С техника реализации задачи часто доминирует над её содержательной стороной.
Первые попытки исправить эти недостатки стали предприниматься ещё в начале 80-х годов. Уже тогда Бьерн Страуструп в AT&T Bell Labs стал разрабатывать расширение языка С под условным названием <С с классами>. Стиль ведения разработки вполне соответствовал духу, в котором создавался и сам язык С, — в него вводились те или иные возможности с целью сделать более удобной работу конкретных людей и групп. Первый коммерческий транслятор нового языка, получившего название C++ появился в 1983 году. Он представлял собой препроцессор, транслировавший программу в код на С. Однако фактическим рождением языка можно считать выход в 1985 году книги Страуструпа . Именно с этого момента C++ начинает набирать всемирную популярность.
Главное нововведение C++ — механизм классов, дающий возможность определять и использовать новые типы данных. Программист описывает внутреннее представление объекта класса и набор функций-методов для доступа к этому представлению. Одной из заветных целей при создании C++ было стремление увеличить процент повторного использования уже написанного кода. Концепция классов предлагала для этого механизм наследования. Наследование позволяет создавать новые (производные) классы с расширенным представлением и модифицированными методами, не затрагивая при этом скомпилированный код исходных (базовых) классов. Вместе с тем наследование обеспечивает один из механизмов реализации полиморфизма — базовой концепции объектно-ориентированного программирования, согласно которой, для выполнения однотипной обработки разных типов данных может использоваться один и тот же код. Собственно, полиморфизм — тоже один из методов обеспечения повторного использования кода.
Введение классов не исчерпывает всех новаций языка C++. В нём реализованы полноценный механизм структурной обработки исключений, отсутствие которого в С значительно затрудняло написание надёжных программ, механизм шаблонов — изощрённый механизм макрогенерации, глубоко встроенный в язык, открывающий ещё один путь к повторной используемости кода, и многое другое.
Таким образом, генеральная линия развития языка была направлена на расширение его возможностей путём введения новых высокоуровневых конструкций при сохранении сколь возможно полной совместимости с ANSI С. Конечно, борьба за повышение уровня языка шла и на втором фронте — те же классы позволяют при грамотном подходе упрятывать низкоуровневые операции, так что программист фактически перестаёт непосредственно работать с памятью и системно-зависимыми сущностями. Однако язык не содержит механизмов, вынуждающих разработчика правильно структурировать программу, а авторы не выпустили никаких систематических рекомендаций по использованию его довольно изощрённых конструкций. Не позаботились они своевременно и о создании стандартной библиотеки классов, реализующей наиболее часто встречающиеся структуры данных.
Все это привело к тому, что многие разработчики вынуждены были сами исследовать лабиринты языковой семантики и самостоятельно отыскивать успешно работающие идиомы. Так, например, на первом этапе развития языка многие создатели библиотек классов стремились построить единую иерархию классов с общим базовым классом Object. Эта идея была заимствована из Smalltalk — одного из наиболее известных объектно-ориентированных языков. Однако она оказалась совершенно нежизнеспособной в C++ — тщательно продуманные иерархии библиотек классов оказывались негибкими, а работа классов — неочевидной. Для того чтобы библиотеками классов можно было пользоваться, их приходилось поставлять в исходных текстах.
Появление темплетных классов и вовсе опровергло это направление развития. Наследованием стали пользоваться только в тех случаях, когда требовалось порождение специализированной версии имеющегося класса. Библиотеки стали составляться из отдельных классов и небольших несвязанных друг с другом иерархий. Однако на этом пути стало снижаться повторное использование кода, так как в C++ невозможно полиморфное использование классов из независимых иерархий. Повсеместное же применение темплетов ведёт к недопустимому росту объёма скомпилированного кода — не будем забывать, темплеты реализуются методами макрогенерации.
Один из тяжелейших недостатков C++, унаследованный им от синтаксиса С, состоит в доступности компилятору описания внутренней структуры всех использованных классов. Как следствие, изменение внутренней структуры представления какого-нибудь библиотечного класса приводит к необходимости перекомпиляции всех программ, где эта библиотека используется. Это сильно ограничивает разработчиков библиотек в части их модернизации, ведь, выпуская новую версию, они должны сохранять двоичную совместимость с предыдущей. Именно эта проблема заставляет многих специалистов считать, что C++ непригоден для ведения больших и сверхбольших проектов.
И всё же, несмотря на перечисленные недостатки и даже на неготовность стандарта языка (это после пятнадцати с лишним лет использования!), C++ остаётся одним из наиболее популярных языков программирования. Его сила прежде всего в практически полной совместимости с языком С. Благодаря этому программистам C++ доступны все наработки, выполненные на С. При этом C++ даже без использования классов привносит в С ряд настолько важных дополнительных возможностей и удобств, что многие пользуются им просто как улучшенным С.
Что касается объектной модели C++, то пока ваша программа не стала очень большой (сотни тысяч строк), ею вполне можно пользоваться. Наметившаяся в последнее время тенденция перехода к компонентному программному обеспечению только усиливает позиции C++. При разработке отдельно взятых компонентов недостатки C++ ещё не проявляются, а связывание компонентов в работающую систему производится уже не на уровне языка, а на уровне операционной системы.
В свете всего сказанного перспективы C++ не выглядят мрачными. Хотя и монополия на рынке языков программирования ему не светит. Пожалуй, с уверенностью можно утверждать только то, что ещё одной модернизации-расширения этот язык не переживёт. Недаром, когда появилась Java, на неё обратили столь пристальное внимание. Язык, близкий по синтаксису к C++, а значит, кажущийся знакомым многим программистам, был избавлен от наиболее вопиющих недостатков C++, унаследованных им из 70-х годов. Однако не похоже, чтобы Java справлялась с возлагаемой на неё некоторыми ролью <убийцы C++>.
Особая роль языков C/C++ в современном программировании практически лишает смысла приведение конкретных адресов в Интернете, где можно найти материалы по ним. Таких мест просто слишком много. Однако, если интересно подробнее познакомиться с эволюцией C++, то начните с небольшой статьи http://citforum.syzran.ru/programming/prg96/76.shtml.
