Введение в язык программирования C: сфера применения и особенности

Язык программирования C

Язык программирования С (си) является одним из самых популярных и распространенных языков. Он представляет компилируемый язык программирования общего назначения со статической типизацией, разработанный в 1969—1973 годах в компании Bell Labs программистом Деннисом Ритчи (Dennis Ritchie).

Язык С нередко называют языком программирования «среднего уровня» или даже «низкого уровня», так как он сочетает элементы языков высокого уровня с функциональностью и производительностью ассемблера и работает близко к аппаратной части компьютера. В итоге мы можем манипулировать данными на низком уровне и при этом использовать высокоуровневые конструкции для управления работы программы.

Первоначально язык С предназначался для написания операционной системы Unix. Впоследствии Си стал одним из популярных языков, а его основной сферой применения стало системное программирование, в частности, создание операционных систем, драйверов, различных утилит, антивирусов и т.д. К слову сказать, Linux большей частью написан на Си. Однако только системным программированием применение данного языка не ограничивается. Данный язык можно использовать в программах любого уровня, где важны скорость работы и производительность. Так, мы можем писать с помощью Си и прикладные приложения, и даже веб-сайты (используя технологию CGI — Common Gateway Interface). Но, конечно, для создания графического интерфейса и веб-приложений, как правило, выбираются более подходящие инструменты и технологии, но тем не менее круг использования Си довольно широк. Это в немалой степени определило популярность языка. Например, в известном рейтинге языков программирования TIOBE язык С долгое время уверенно удерживает второе место.

Несмотря на большие возможности язык Си одновременно довольно прост. Он не содержит много конструкций, библиотек, его легко осваивать и изучать. Поэтому нередко его выбирают в качестве языка для изучения в целом программированию.

Си является компилируемым языком, а это значит, что компилятор транслирует исходный код на Си в исполняемый файл, который содержит набор машинных инструкций. Но разные платформы имеют свои особенности, поэтому скомпилированные программы нельзя просто перенести с одной платформы на другую и там уже запустить. Однако на уровне исходного кода программы на Си обладают переносимостью, а наличие компиляторов, библиотек и инструментов разработки почти под все распространенные платформы позволяет компилировать один и тот же исходный код на Си в приложения под эти платформы.

Развитие Си оказало большое влияние в целом на развитие языков программирования. В частности, его синтаксис стал основой для таких языков как С++, С#, Java, PHP, JavaScript. Особо следует сказать про связь с C++. C++ напрямую произошёл от Си. Но впоследствии их развитие происходило отдельно друг от друга, и даже появилась несовместимость между ними. Стандарт C99 добавил в язык Си ряд конфликтующих с C++ особенностей. В итоге в настоящее время оба языка являются фактически самодостаточными и развиваются независимо.

Цель создания языка

Деннис Ритчи разработал язык C для решения двух задач:

1. Язык должен как можно более эффективно транслироваться в машинные коды, для обеспечения максимальной производительности.
2. Язык должен быть максимально переносимым на любые платформы.

Обе поставленные задачи были полностью решены. В 1972 году появился первый вариант языка C.

В настоящее время язык С является языком, который обеспечивает максимальную производительность программы. При необходимости программист может использовать в теле программы язык ассемблера, что позволяет добиться максимально возможной производительности в критических местах программы.

Также язык С в настоящее время реализован практических на всех компьютерных платформах и операционных системах.

Модель С

С точки зрения языка С программа — этосуперфункция. Она может содержать неограниченное число вложенных функций.

В этом язык С отличается, например, от языка C++, в котором программа представляет собой суперкласс, от которого наследуются остальные классы.

Как работают программы

Любая программа работает с данными: она их получает, обрабатывает, а потом возвращает результат обработки. Данные могут быть переданы пользователем, считаны из файла или записаны в самом коде.

Например, браузер получает текст из адресной строки, который ввёл пользователь, отправляет адрес на сервер, а потом выводит ответ в виде страницы.

Также программа может состоять из других подпрограмм — наборов инструкций. Обработка запроса пользователя, отправка данных на сервер, получение ответа, вывод страницы — всё это подпрограммы.

Вот пример логики такой подпрограммы:

Можно вернуть данные пользователю, записать их в файл или передать другой подпрограмме. Вот ещё один пример использования программы:

convert img.jpgimg.png

Эта команда запускает программу в ОС Linux, которая конвертирует изображение img.jpg в другой формат, а потом сохраняет в файл img.png.

Сейчас слово «подпрограмма» встречается редко — вместо него используют слова «функция», «процедура» или «метод».

Область применения

Язык широко применяется при разработке операционных систем, на уровне прикладного интерфейса операционных систем, во встраиваемых системах, а также для создания высокопроизводительного или критического в плане обработки ошибок кода. Одной из причин широкого распространения для программирования на низком уровне является возможность писать кроссплатформенный код, который может по-разному обрабатываться на разном оборудовании и на разных операционных системах.

Возможность писать высокопроизводительный код обеспечивается за счёт полной свободы действий программиста и отсутствия строгого контроля со стороны компилятора. Так, например, на языке Си написаны первые реализации языков Java, Python, Perl и PHP. При этом во многих программах наиболее требовательные к ресурсам части принято писать на языке Си. Ядро программы Mathematica написано на Си, а MATLAB, изначально написанный на Фортране, был переписан на Си в 1984 году.

Также Си иногда используется как промежуточный язык при компиляции более высокоуровневых языков. Например, по такому принципу работали первые реализации языков С++, Objective-C и Go, — код, написанный на этих языках, транслировался в промежуточное представление на языке Си. Современными языками, работающими по такому же принципу, являются язык Vala и Nim.

Ещё одной областью применения языка Си являются приложения реального времени, которые требовательны по части отзывчивости кода и времени его исполнения. Такие приложения должны начинать исполнение действий в жёстко ограниченных временных рамках, а сами действия должны укладываться в определённый временной промежуток. В частности, стандарт POSIX.1 предоставляет набор функций и возможностей для создания приложений реального времени, однако поддержка жёсткого реального времени должна быть также реализована и со стороны операционной системы.

Языки-потомки

Язык Си был и остаётся одним из самых распространённых языков программирования в течение более чем сорока лет. Естественно, что его влияние можно проследить в той или иной мере во многих более поздних языках. Тем не менее среди языков, достигших определённого распространения, прямых потомков у Си немного.

Часть языков-потомков надстраивает Си дополнительными средствами и механизмами, добавляющими поддержку новых парадигм программирования (ООП, функциональное программирование, обобщённое программирование и пр.). К таким языкам относятся, прежде всего, C++ и Objective-C, а опосредованно — их потомки Swift и D. Также известны попытки улучшить Си, исправив его наиболее существенные недостатки, но сохранив его привлекательные черты. Среди них можно упомянуть исследовательский язык Cyclone (и его потомок Rust). Иногда оба направления развития объединяются в одном языке, примером может служить Go.

Отдельно необходимо упомянуть о целой группе языков, которые в большей или меньшей мере унаследовали базовый синтаксис Си (использование фигурных скобок в качестве ограничителей блоков кода, описание переменных, характерные формы операторов for, while, if, switch с параметрами в скобках, комбинированные операции ++, —, +=, -= и другие), из-за чего программы на этих языках имеют характерный внешний вид, ассоциирующийся именно с Си. Это такие языки как Java, JavaScript, PHP, Perl, AWK, C#. В действительности структура и семантика этих языков сильно отличается от Си, и обычно они предназначены для тех сфер применения, где оригинальный Си никогда не использовался.

Кто такой разработчик на С++

Чтобы понять, кто такой C++ программист, сначала нужно узнать об этом языке программирования. На языке Си плас плас разрабатывают программы, приложения, игры, операционные системы, драйверы, всевозможное программное обеспечение, контроллеры, сервера и даже виртуальные машины. Широкое применение языка связано с тем, что он очень универсален и позволяет написать почти всё что угодно с нуля.

C++ произошел от обычного языка Си. А сейчас есть третья “часть” языка — С# (читается как “Си шарп”).

Интересный факт: в данной среде программирования оператор “++” означает увеличение на 1, отсюда и произошло название.

Теперь понятно, что за профессия — C++ developer. Вкратце это человек, который знает Си плюс плюс, умеет писать на нем программы и совершать действия, касающиеся этого (например, писать условия соглашения).

Должностные обязанности

• Поиск работоспособных решений.
• Тестирование программного обеспечения.
• Устранение багов, выявленных на этапе тестирования, и отладка ПО.
• Исправление багов других программистов.
• Внедрение разработанных программ.
• Сопровождение – техподдержка, разработка документации, инструкций, а также обучение сотрудников клиента работе с программой.

Центральное место в работе занимает практика, которую наиболее просто получить, обучаясь в профильном высшем учебном заведении. Можно устроиться и на удаленную работу, где начать с написания простых программ для частных заказчиков, а также поработать на позиции младшего программиста в студии по разработке ПО плюс создавать программы «для себя».

Очень важно, чтобы C#-разработчик трезво оценивал свои возможности при поиске работы, чтобы она коррелировала с его стажем и опытом. Естественно, что начинающего разработчика на «си шарпе» просто не допустят на ведущие роли в крупный и сложный проект.

Какие нужны навыки

Для того, чтобы начать обучение, достаточно иметь опыт программирования на любом языке, даже если это Delphi или Pascal. Если такого опыта нет, то перед обучением придется изучить основные понятия: функция, циклы, условные операторы и так далее.

Вот что надо знать джуниор-разработчику для работы.

• Ключевые возможности языка: принципы объектно-ориентированного программирования, реализация алгоритмов, исключение, наследование, полиморфизм, циклы, функции, объявление, указатели, классы и так далее. Нужно понимать, как они работают, и уметь ими пользоваться.
• Базовые компоненты: как создавать итераторы, конструкторы, шаблоны. Изучите не только базовую библиотеку, но и те, которые часто используют другие разработчики, например, STL и Boost.
• Структуры данных и алгоритмы: нужно понимать, где и какие требуются для работы, и научиться выбирать подходящие для конкретной задачи. Например, линейный поиск, двоичный поиск, быстрая сортировка, хеш-таблицы, списки, деревья. Не обязательно уметь их программировать, потому что они есть в стандартной библиотеке, но стоит понимать их принципы работы и свойства.
• Многопоточность: это одна из важных концепций, которые используются в работе. Ее применяют, когда есть несколько задач, которые могут работать параллельно.
• Как писать эффективный код: написание такого кода включает в себя тестирование и проверку на безопасность. Нужно понять, какие проблемы могут возникнуть с производительностью, как их исправить, как оптимизировать поиск, использовать память, настраивать ограничения.

Перед тем как пойти на собеседование в компанию, нужно понять, как оно устроено, чтобы подготовиться. В Яндексе во время собеседования на позицию разработчика предлагают набор задач на использование стандартных компонентов языка, например, контейнеров, но при этом нужно придумать, как их использовать, и не ошибиться в написании кода.

Для того, чтобы потренироваться в решении таких задач, есть разные сайты. Один из самых популярных — LeetCode. Если вы чувствуете, что не справляетесь с этими заданиями, нужно еще поучиться и поработать над собой.

Для карьерного развития учитесь искать баланс между тем, чтобы попросить помощи и совета у коллеги, и самостоятельным решением проблем. На практике сложнее всего приходится джуниор-разработчикам, которые стараются всё сделать сами, закапываются в коде, не пытаются спросить совета и думают, что сами со всем справятся. Тех, у кого это получается, единицы, остальные так и не могут найти хорошие решения. Для поиска этого баланса понадобятся навыки коммуникации и самоанализа.

Обычно мы советуем ограничивать время, отведенное на решение проблемы, но это время зависит от масштаба проблемы. Можно, например, выделять два часа на самостоятельный поиск решения, после чего лучше спросить коллег.

Преимущества и недостатки профессии

Плюсы

1. Большой спрос на рынке труда.
2. Широкое поле возможностей для работы на удаленной основе.
3. Большие заработные платы, которые растут год от года.
4. Неугасающие тренды на IT-специальности.
5. Возможность быстро обучаться.
6. Необязательность высшего образования для трудоустройства.

Минусы

1. Развитие профессиональных заболеваний, потому что приходится много сидеть.
2. Малоподвижный образ жизни.
3. Колоссальные затраты времени на работу.
4. Очень серьезные требования к результатам и качеству работы, которые предъявляют клиенты.

Сколько зарабатывает разработчик

То, какая зарплата у программистов на C++, зависит не от сферы работы, а от опыта специалиста. Заработная плата джунов начинается от 30 тысяч рублей. Мидлы в среднем получают 70 тысяч рублей, а сеньоры — от 100 тысяч и больше.

Примечательно то, что в России самая большая зарплата далеко не всегда в Москве или Петербурге. Это связано с тем, что в перечисленных мегаполисах больше специалистов, а потому нанимающие компании могут себе позволить платить меньше, ведь кандидаты на вакансию в любом случае найдутся. В региональных городах ситуация противоположная: хороших программистов мало, из-за чего работодатели предлагают зарплату выше, чем в мегаполисах.

Также на оплату труда влияет, какими языками, кроме Си плас плас, обладает специалист. Обычно требуются дополнительные знания Python и С#, а зарплата, например, инженера-программиста для встраиваемых систем (знание С++ и С#) — от 120 до 180 тысяч рублей (в Санкт-Петербурге).

В Европе платят почти так же, а в США зарплата ощутимо выше. Особенно это относится к Силиконовой Долине, где в месяц можно зарабатывать 8-12 тысяч долларов. В крупных городах по типу Нью-Йорка и Лос-Анджелеса, платят меньше — 4-5 тысяч долларов в месяц (но и это больше чем в РФ и СНГ в два-три раза).

Выводы

Принимая во внимание всё вышесказанное, будем считать, что языки C/C++ вполне годятся для:

1. разработки операционных систем,
2. программирования встроенных систем,
3. разработки игр,
4. разработки баз данных,
5. разработки настольных и кроссплатформенных приложений (с помощью средств C++).

Также можно отметить, что в проектах, имеющих дело со сложными типами данных, разработка ПО с использованием C++ предотвращает перегрузку данными и похожие проблемы.

Так что, если вы спросите:

Почему мы до сих пор используем C/C++?

Есть короткий ответ: C и C++ гибкие, очень быстрые и эффективные. К тому же они ближе к машинному коду, чем любой другой язык программирования. Именно поэтому в некоторых случаях эти языки просто незаменимы.

Что интересно, C — второй язык по популярности, незначительно уступающий Java, согласно рейтингу Tiobe.

Так что наш прогноз таков: вближайшем будущем язык C не сойдёт с технологической арены. Особенно по причине роста количества устройств, поддерживающих технологию Интернета вещей, а эти устройства крепко завязаны на управлении машинным кодом и памятью.