Файл: История возникновения и развития языка программирования Си ( С++ ) и Java.pdf

Введение:

Си – компилируемый статически типизированный язык программирования общего назначения, разработанный в 1969 – 1973годах сотрудником Bell Labs Деннисом Ритчи. Первоначально был разработан для реализации операционной системы UNIX, но, впоследствии, был перенесен на множество других платформ.

С++ - компилируемый статически типизированный язык программирования общего назначения. В сравнении с его предшественником — языком C — наибольшее внимание уделено поддержке объектно-ориентированного и обобщенного программирования.

Java – объектно-ориентированный язык программирования, разработанный компанией Sun Microsystems. Приложение Java обычно транслируются в специальный байт-код, поэтому они могут работать на любой виртуальной Java-машине вне зависимости от компьютерной архитектуры. Дата официального выпуска – 23 мая 1995 года.

История Си.

Сейчас, наверно, невозможно найти в мире специалиста в IT-области, который бы не слышал о языке Си. Этот язык приобрёл огромную популярность во всём мире и оказал значительное влияние на многие другие языки программирования. Именно он является предшественником таких языков, как C++, C#, Java; менее известных (например J#). Компания Microsoft для разработки родного языка к своей платформе .Net выбрала именно Си-подобный синтаксис. Что ни говори, но язык Си серьезно изменил жизнь программистов прошлого века и стал де-факто в области низкоуровневого программирования, оставив ассемблеру только те места, где производительность имела критическое значение.

Многие помнят имена создателей языка — Кена Томпсона и Дениса Ритчи, но я решил копнуть глубже и вспомнить историю создания и развития языка. Всем кому интересна эта тема — добро пожаловать под кат.

Язык Си восходит корнями к языку ALGOL (расшифровывается как ALGorithmic Language), который был создан в 1958 году совместно с комитетом Европейских и Американских учёных в сфере компьютерных наук на встрече в 1958 в Швейцарской высшей технической школе Цюриха. Язык был ответом на некоторые недостатки языка FORTRAN и попыткой их исправить.

Вдохновлённые языком ALGOL-60, Математическая лаборатория Кембриджского Университета совместно с Компьютерным отделом Лондонского университета создали в 1963 году язык CPL (Combined Programming Language).

Язык CPL посчитали сложным, и в ответ на это Мартином Ричардсоном был создан в 1966 году язык BCPL, основное предназначение которого заключалось в написании компиляторов. Сейчас он практически не используется, но в своё время из-за хорошей портируемости он играл важную роль.

BCPL послужил предком для языка Би, разработанного в 1969 в уже знакомой всем AT&T Bell Telephone Laboratories, не менее знакомыми Кеном Томпсоном и Денсом Ритчи.

Язык Би был использован для написания самых ранних версий UNIX, созданной как ответ на проект Multics, разрабатываемый всё в той же Bell Laboratories. Именно этот язык послужил непосредственным предшественником языка Си.

По поводу возникновения языка Си Питер Мойлан в своей книге «The case against C» пишет: «Нужен был язык, способный обойти некоторые жесткие правила, встроенные в большинство языков высокого уровня и обеспечивающие их надежность. Нужен был такой язык, который позволил бы делать то, что до него можно было реализовать только на ассемблере или на уровне машинного кода.» Си стал именно таким языком. Это обусловило его дальнейшую популярность в таких отраслях программирования, как написание драйверов и прочих аспектах низкоуровневого программирования.

Язык программирования Си был разработан в стенах Bell Labs в период с 1969 по 1973 годы. Как признался сам Ритчи, самый активный период творчества приходился на 1972 год.

За всё время своего существования, язык Си оброс легендами по поводу мотивов своего создания.
Согласно одной из легенд, Керниган и Ритчи любили одну компьютерную игру, которую они запускали на главном сервере компании. Позже, они захотели перенести её на компьютер, стоящий в офисе. Но он, к сожалению не имел операционной системы, что сподвигло Кернигана и Ритчи её написать. Когда они захотели перенести систему на другой компьютер, это оказалось непростой задачей, так как система была написана полностью на ассемблере. Тогда у них возникла идея переписать её на язык высокого уровня. Сначала для этих целей планировали использовать язык Би, но в связи с тем, что он не давал на полную использовать новые возможности компьютера, на который они хотели перенести систему, было решено создать свой язык.

Согласно другой легенде, язык Си был первоапрельской шуткой, которая обрела нешуточную популярность.
Компилятор языка Си унаследовал традицию, заложенную ещё Никлаусом Виртом и был написан на самом Си. Согласно мнению большинства, название языка Си является третьей буквой алфавита. Оно появилось как указание на то, что язык Си является более усовершенствованным, чем язык Би. Однако, сам Ритчи по поводу названия языка говорил следующее:«Создав систему типов, соответствующий синтаксис и компилятор для нового языка, я почувствовал, что он заслуживает нового имени: NB показалось мне недостаточно четким. Я решил следовать однобуквенному стилю и назвал его C (Си), оставляя открытым вопрос, являлось ли после B это следующей буквой в алфавите или в названии BCPL».

Успех Си в основном связан с тем, что на нём была написана значительная часть операционной системы UNIX, которая в итоге приобрела очень большую популярность. Если считать по количеству используемых на данный момент операционных систем, разработанных на базе UNIX, то она является самой распространённой системой в мире. В связи с её распространённостю, а также с тем, что на данный момент объём операционной системы измеряется в миллионах строк кода (для примера, в последних версиях Linux содержится более 10 000 000 строк кода), задача о переписывании UNIX на другой язык становиться практически невыполнимой (также следует учитывать тот факт, что при ручном переписывании неизбежно возникнут ошибки, что существенно снизит стабильность работы, а при переводе с использованием программных средств пострадает производительность кода). Кроме того, язык Си, будучи приближённым к аппаратной реализации компьютера позволяет выжать из него намного больше, чем многие другие языки программирования. Это обстоятельство показывает бессмысленность перевода UNIX на другой язык. Таким образом, если другие языки программирования могут исчезнуть с течением времени, уступив дорогу новым технологиям, то язык Си будет жить, пока живёт UNIX. То есть пока существуют компьютеры в том виде, в котором мы их себе представляем.

Первая книга, посвящённая языку Си была написана Керниганом и Ритчи в 1978 году и вышла в свет под названием «Язык программирования Си». Эта книга, в среде программистов более известная как «K&R», стала неофициальным стандартом языка Си.

В конце 1970-х годов, язык си начал вытеснять BASIC, который в то время был ведущим в области программирования микрокомпьютеров. В 1980-х годах он был адаптирован под архитектуру IBM-PC, что привело к значительному скачку его популярности. В то же время Бьярн Страуструп начал разработку языка программирования, который бы сочетал в себе синтаксис популярного языка Си и концепцию объектно-ориентированного программирования, которая становилась всё более востребованной, так началась разработка языка С++.

В то время как Си набирал всё большую популярность, компиляторы для него выпускались различными фирмами, и зачастую программа, которая компилировалась на компиляторе одной фирме, не компилировалась на компиляторе другой. Всё это было связано с отсутствием чётко оговоренного стандарта языка Си. Все разработчики ориентировались на книгу Кернигана и Ритчи, но интерпретировали её по-своему.

Разработкой стандарта языка Си занялся Американский национальный институт стандартов (ANSI). При нём в 1983 году был сформирован комитет X3J11, который занялся разработкой стандарта. Первая версия стандарта была выпущена в 1989 году и получила название С89. В 1990, внеся небольшие изменения в стандарт, его приняла Международная Организация Стандартизации ISO. Тогда он стал известен под кодом ISO/IEC 9899:1990, но в среде программистов закрепилось название, связанное с годом принятия стандарта: С90. Последней на данный момент версией стандарта является стандарт ISO/IEC 9899:1999, также известный как С99, который был принят в 2000 году.

Среди новшеств стандарта С99 стоит обратить внимание на изменение правила, касающегося места объявления переменных. Теперь новые переменные можно было объявлять посреди кода, а не только в начале составного блока или в глобальной области видимости. Это уводит Си от концепции объявления переменных в начале функции, которая присутствует в Паскале. Меня, как и многих программистов, привыкших писать на С++ (где это ограничение отсутствует) такое поведение компилятора вызывало недовольство. Тем не менее, даже с принятием стандарта С99, в программе Borland Embarcadeo RAD Studio 2010, ограничение на объявление переменных в начале блока кода всё ещё действует. Также можно указать другие места, в которых стандарты Си не до конца соблюдаются. Есть мнение, что это связано с тем, что основное внимание больших компаний, таких как Microsoft и Borland сосредоточено на более новых языках программирования. Однако, согласно заверениям компании Sun Microsystems, её среда разработки Sun Studio полностью поддерживает С99.

Стандарт С99 сейчас в большей или меньшей степени поддерживается всеми современными компиляторами языка Си. В идеале, код написанный на Си с соблюдением стандартов и без использования аппаратно- и системно-зависимых вызовов, становился как аппаратно- так и платформенно-независимым кодом.

В 2007 году начались работы над следующим стандартом языка Си: С1x.

Структура программы Си.

Текст программы на Си может содержать фрагменты, которые не являются частью программного кода (комментарии). Комментарии специальным образом помечаются в тексте программы и пропускаются при компиляции.

Первоначально (в стандарте C89) были предусмотрены символы /* для обозначения начала комментария и символ */ для обозначения завершения комментария. При этом невозможно вложить один комментарий в другой, поскольку первый встреченный символ */ завершит комментарий, и текст, следующий непосредственно за символом */, если этот текст не является программным кодом и содержит произвольный текст, вызовет ошибку компиляции.

Следующий стандарт (стандарт C99) ввёл ещё один способ оформления комментариев: комментарием считается текст, начинающийся с символа // и заканчивающийся в конце строки.

Хранение данных в Си.

Одной из самых важных функций любого языка программирования является предоставление возможностей для управления памятью и объектами, хранящимися в ней.

В Си есть три разных способа выделения памяти (классы памяти) для объектов:

• Статическое выделение памяти: пространство для объектов создаётся в сегменте данных программы в момент компиляции; время жизни таких объектов совпадает со временем жизни этого кода. Изменение таких объектов ведёт к так называемому в стандарте «неопределённому поведению» (англ. Undefined behaviour). На практике эта операция приводит к ошибке во время выполнения.
• Автоматическое выделение памяти: объекты можно хранить в стеке; эта память затем автоматически освобождается и может быть использована снова, после того, как программа выходит из блока, использующего его.
• Динамическое выделение памяти: блоки памяти нужного размера могут запрашиваться во время выполнения программы с помощью библиотечных функций malloc, realloc, calloc из области памяти, называемой кучей. Эти блоки освобождаются и могут быть использованы снова после вызова для них функции free.

Все три этих способа хранения данных пригодны в различных ситуациях и имеют свои преимущества и недостатки. Например, статическое выделение памяти не имеет накладных расходов по выделению, автоматическое выделение — лишь малые расходы при выделении, а вот динамическое выделение потенциально требует больших расходов и на выделение, и на освобождение памяти. С другой стороны, память стека гораздо больше ограничена, чем статическая или память в куче. Только динамическая память может использоваться в случаях, когда размер используемых объектов заранее неизвестен. Большинство программ на Си интенсивно используют все три этих способа.

Там, где это возможно, предпочтительным является автоматическое или статическое выделение памяти: такой способ хранения объектов управляется компилятором, что освобождает программиста от трудностей ручного выделения и освобождения памяти, как правило, служащего источником трудно отыскиваемых ошибок утечек памяти и повторного освобождения в программе. К сожалению, многие структуры данных имеют переменный размер во время выполнения программы, поэтому из-за того, что автоматически и статически выделенные области должны иметь известный фиксированный размер во время компиляции, очень часто требуется использовать динамическое выделение. Массивы переменного размера — самый распространённый пример такого использования памяти.

История С++.

C++ компилируемый язык программирования общего назначения, сочетает свойства как высокоуровневых, так и низкоуровневых языков программирования. В сравнении с его предшественником, языком программирования Cи, наибольшее внимание уделено поддержке объектно-ориентированного и обобщённого программирования. Название «язык программирования C++» происходит от языка программирования C, в котором унарный оператор ++ обозначает инкремент переменной.

Язык программирования C++ широко используется для разработки программного обеспечения. А именно, создание разнообразных прикладных программ, разработка операционных систем, драйверов устройств, а также видео игр и многое другое. Существует несколько реализаций языка программирования C++ — как бесплатных, так и коммерческих. Их производят проекты: GNU, Microsoft и Embarcadero (Borland). Проект GNU  — проект разработки свободного программного обеспечения (СПО).

Язык программирования С++ был создан в начале 1980-х годов, его создатель сотрудник фирмы Bell Laboratories – Бьерн Страуструп.

Он придумал ряд усовершенствований к языку программирования C, для собственных нужд. Т. е. изначально не планировалось создания языка программирования С++.  Ранние версии языка С++, известные под именем «Cи с классами», начали появляться с 1980 года. Язык C, будучи базовым языком системы UNIX, на которой работали компьютеры фирмы Bell, является быстрым, многофункциональным и переносимым. Страуструп добавил к нему возможность работы с классами и объектами, тем самым зародил предпосылки нового, основанного на синтаксисе С, языка программирования. Синтаксис C++ был основан на синтаксисе C, так как Бьёрн Страуструп стремился сохранить совместимость с языком C. В него были добавлены новые возможности: виртуальные функции, перегрузка функций и операторов, ссылки, константы и многое другое. Его первый коммерческий выпуск состоялся в октябре 1985 года.

Общие принципы и совместимость с языков С и С++.

Общие принципы:

В книге «Дизайн и эволюция C++»  Бьёрн Страуструп описывает принципы, которых он придерживался при проектировании C++. Эти принципы объясняют, почему C++ именно такой, какой он есть. Некоторые из них:

- Получить универсальный язык со статическими типами данных, эффективностью и переносимостью языка C.

- Непосредственно и всесторонне поддерживать множество стилей программирования, в том числе процедурное программирование, абстракцию данных, объектно-ориентированное программирование и обобщённое программирование.

- Дать программисту свободу выбора, даже если это даст ему возможность выбирать неправильно.

- Максимально сохранить совместимость с C, тем самым делая возможным лёгкий переход от программирования на C.

- Избежать разночтений между C и C++: любая конструкция, допустимая в обоих языках, должна в каждом из них обозначать одно и то же и приводить к одному и тому же поведению программы.

- Избегать особенностей, которые зависят от платформы или не являются универсальными.

- «Не платить за то, что не используется» — никакое языковое средство не должно приводить к снижению производительности программ, не использующих его.

- Не требовать слишком усложнённой среды программирования.

Совместимость с языком С:

Выбор именно C в качестве базы для создания нового языка программирования объясняется тем, что язык C:

1. - является многоцелевым, лаконичным и относительно низкоуровневым языком;
2. подходит для решения большинства системных задач;
3. исполняется везде и на всём;
4. стыкуется со средой программирования UNIX.

Несмотря на ряд известных недостатков языка C, Страуструп пошёл на его использование в качестве основы, так как «в C есть свои проблемы, но их имел бы и разработанный с нуля язык, а проблемы C нам известны». Кроме того, это позволило быстро получить прототип компилятора (cfront), который лишь выполнял трансляцию добавленных синтаксических элементов в оригинальный язык C.

По мере разработки C++ в него были включены другие средства, которые перекрывали возможности конструкций C, в связи с чем неоднократно поднимался вопрос об отказе от совместимости языков путём удаления устаревших конструкций. Тем не менее, совместимость была сохранена из следующих соображений:

сохранение действующего кода, написанного изначально на C и прямо перенесённого в C++;

-исключение необходимости переучивания программистов, ранее изучавших C (им требуется только изучить новые средства C++);

-исключение путаницы между языками при их совместном использовании («если два языка используются совместно, их различия должны быть или минимальными, или настолько большими, чтобы языки было невозможно перепутать»).

Сравнение С и С++.

Язык программирования C++ произошёл от Си. Однако в дальнейшем Си и C++ развивались независимо, что привело к росту несовместимости между ними. Редакция C99 добавила в язык несколько конфликтующих с C++ особенностей. Эти различия затрудняют написание программ и библиотек, которые могли бы нормально компилироваться и работать одинаково и в Си и в C++, что, конечно, запутывает тех, кто программирует на обоих языках.

Бьёрн Страуструп, придумавший C++, неоднократно выступал за максимальное сокращение различий между Си и C++ для создания максимальной совместимости между этими языками. Противники же такой точки зрения считают, что так как Си и C++ являются двумя различными языками, то и совместимость между ними не так важна, хоть и полезна. Согласно этому лагерю, усилия по уменьшению несовместимости между ними не должны препятствовать попыткам улучшения каждого языка в отдельности.

Различия между этими языками, существующие на сегодня^:

- inline — подставляемые функции существуют в глобальном пространстве C++, а в Си — в пространстве файла (статическом пространстве). Другими словами, это значит, что в C++ любое определение подставляемой функции (независимо от переопределения функций) должно соответствовать правилу одного определения, требующего того, чтобы любая подставляемая функция была определена только один раз. В Си же одна и та же подставляемая функция может быть определена по-разному в разных компилируемых файлах одной программы.

- В отличие от C++, макрос bool в C99 требует включения соответствующего заголовочного файла stdbool.h. В стандарте C99 определён собственный тип логических данных _Bool. Предыдущий стандарт Си (C89) не определял булевый тип вообще, поэтому для этого часто использовались различные (а значит, несовместимые) методы.

- Символьные константы (заключённые в одинарные кавычки) по умолчанию имеют: тип int в Си и тип char в C++. Поэтому в Си справедливо равенство sizeof('a') == sizeof(int), а в C++ — равенство sizeof('a') == sizeof(char).