При участии в выражении разных типов обычно выбирается приведение этих значений к типу большего ранга[18]. Практически все современные компиляторы Си позволяют проводить ограниченный статический анализ кода с выдачей предупреждений о потенциальных ошибках. Также поддерживаются опции встраивания в код проверок выхода за пределы массива, разрушения стека, выхода за пределы динамической памяти, чтения неинициализированных переменных, возможностей неопределённого поведения и т. Однако дополнительные проверки могут сказаться на производительности итогового приложения, поэтому чаще всего их применяют только на этапе отладки. При этом стандартным средством форматированного ввода-вывода являются именно функции с переменным числом параметров (printf(), scanf() и другие), не способные проверить соответствие списка аргументов строке формата. Невозможно статически проконтролировать даже все вызовы функции printf(), поскольку строка формата может создаваться в программе динамически.
Исправление работы данной функции может зависеть от конкретной реализации компилятора. Также в заголовочном файле math.h присутствуют два дополнительных типа float_t и double_t, которые соответствуют как минимум типам float и double соответственно, но могут быть отличными от них. Типы float_t и double_t добавлены в стандарте C99, а их соответствие основным типам определяется значением макроса FLT_EVAL_METHOD. Стандарт языка даёт программисту большую свободу действий и тем самым — высокие шансы на допущение ошибок. Многое из того, что чаще всего нельзя делать, дозволено языком, и компилятор в лучшем случае выдаёт предупреждения.
Первоначально был разработан для реализации операционной системы UNIX, но впоследствии был перенесён на множество других платформ. Язык программирования Си оказал существенное влияние на развитие индустрии программного обеспечения, а его синтаксис стал основой для таких языков программирования, как C++, C#, Java и Objective-C. В примере реализована https://deveducation.com/ функция чтения файла на языке Си, однако она требует соответствия функций fopen() и fread() стандарту POSIX, иначе они могут не выставлять переменную errno, что сильно усложняет как отладку, так и написание универсального и безопасного кода. На платформах, не соответствующих POSIX, поведение данной программы будет неопределённым в случае ошибки[⇨].
Строки[править Править Код]
Динамическая память лишена этих недостатков, но имеет большие накладные расходы при её использовании и более сложна в использовании. Также со стандарта C99 добавлены типы intmax_t и uintmax_t, соответствующие самым большим знаковому и беззнаковому типам соответственно. Данные типы удобны при использовании в макросах для хранения промежуточных или временных значений при операциях над целочисленными аргументами, так как позволяют уместить значения любого типа.
Системные функции для работы с динамически выделяемой памятью не обеспечивают контроля за правильностью и своевременностью её выделения и освобождения, соблюдение правильного порядка работы с динамической памятью полностью возлагается на программиста. Его ошибки, соответственно, могут приводить к обращению по некорректным адресам, к преждевременному освобождению либо к утечке памяти (последнее возможно, например, если разработчик забыл вызвать free() или вызывающую free() функцию, когда это требовалось)[101]. 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.
- Язык Си разрабатывался как язык системного программирования, для которого можно создать однопроходный компилятор.
- В операциях над такой структурой массив произвольной длины обычно игнорируется, в том числе и при вычислении размера структуры, а выход за пределы массива влечёт за собой неопределённое поведение[36].
- Из-за различных допущений в языке программы могут компилироваться со множественными ошибками, что часто приводит к непредсказуемому поведению программы.
- После появления язык был хорошо принят, потому что он позволял быстро создавать компиляторы для новых платформ, а также позволял программистам довольно точно представлять, как выполняются их программы.
Также может требоваться аннотирование кода специальными комментариями, чтобы исключить ложные срабатывания анализатора на корректных участках кода, формально попадающих под критерии ошибочных. Даже стандартные функции обычно не выполняют проверки на размер целевого буфера[106] и могут не добавлять в конце строки нулевой символ[107], не говоря уже о том, что он может быть не добавлен или затёрт из-за ошибки программиста.[108]. Язык программирования C++ был создан из Си и унаследовал его синтаксис, дополнив его новыми конструкциями в духе языков Simula-67, Smalltalk, Modula-2, Ada, Mesa и Clu[92].
Недостатки Отдельных Элементов Языка[править Править Код]
Современные компиляторы предоставляют опции для статического анализа кода[98][99], но даже они не способны выявить все возможные ошибки. Результатом неграмотного программирования на Си могут стать уязвимости программного обеспечения, что может сказаться на безопасности его использования. Также Си иногда используется как промежуточный язык при компиляции более высокоуровневых языков. Например, по такому принципу работали первые реализации языков C++, Objective-C и Go, — код, написанный на этих языках, транслировался в промежуточное представление на языке Си. Возможность писать высокопроизводительный код обеспечивается за счёт полной свободы действий программиста и отсутствия строгого контроля со стороны компилятора.
По мере развития язык сначала стандартизировали как ANSI C, а затем этот стандарт был принят комитетом по международной стандартизации ISO как ISO C, ставший также известным под названием C90. В стандарте С99 язык получил новые возможности, такие как массивы переменной длины и встраиваемые функции. Однако с тех пор язык развивается медленно, и в стандарт C18 попали лишь исправления ошибок стандарта C11. Существуют специальные программные средства ide для c# для статического анализа кода на Си для выявления не-синтаксических ошибок. Их применение не гарантирует безошибочности программ, но позволяет выявить значительную часть типичных ошибок и потенциальных уязвимостей. Максимальный эффект данных средств достигается не при эпизодическом использовании, а при применении в составе отработанной системы постоянного контроля качества кода, например, в системах непрерывной интеграции и развёртывания.
Поскольку типы с альтернативными названиями являются лишь синонимами оригинальным типам, то между ними сохраняется полная совместимость и взаимозаменяемость. Формально это отдельный тип, но фактически char эквивалентен либо signed char, либо unsigned char, в зависимости от компилятора[13]. Целью языка было облегчение написания больших программ с минимизацией ошибок по сравнению с ассемблером, следуя принципам процедурного программирования, но избегая всего, что может привести к дополнительным накладным расходам, специфичным для языков высокого уровня. Стандарт ANSI/ISO C определяет перечисленные диграфы в виде констант #define (см. препроцессор). Подобные 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. Среди разработчиков и пользователей как Си, так и C++ есть сторонники максимального сокращения различий между языками, что объективно принесло бы ощутимую пользу.
Также допускается работа с адресом элемента массива, следующим за последним, что сделано для облегчения написания алгоритмов. Однако сравнение указателей адресов, полученных для разных переменных (или областей памяти) не должно осуществляться, так как результат будет зависеть от реализации конкретного компилятора[48]. Макроопределения часто используются для обеспечения совместимости с разными версиями библиотек, у которых изменился API, включая те или иные участки кода в зависимости от версии библиотеки. Для этих целей библиотеки часто предоставляют макроопределения с описанием своей версии[37], а иногда и макросы с параметрами для сравнения текущей версии с заданной в рамках препроцессора[38].
В стандарте C99 появилась возможность объявлять массивы переменной длины, у которых длина может задаваться на этапе выполнения. Под такие массивы выделяется память из области стека, поэтому их необходимо использовать с осторожностью, если их размер может задаваться извне программы. В отличие от выделения динамической памяти, превышение допустимого размера в области стека может повлечь непредсказуемые последствия, а отрицательная длина массива — неопределённое поведение. Начиная с C11 массивы переменной длины являются опциональными для компиляторов, а отсутствие поддержки определяется наличием макроса __STDC_NO_VLA__[34]. Поддерживая функции с переменным числом аргументов, Си не содержит ни средств определения числа и типов фактических параметров, переданных такой функции, ни механизма безопасного доступа к ним[109]. При этом необходимо учитывать работу механизма автоматического неявного повышения типов при вызове функций[110], согласно которому целочисленные типы аргументов размером менее int приводятся к int (или unsigned int), а float приводится к double.
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[87][88][89], однако поддержка жёсткого реального времени должна быть также реализована и со стороны операционной системы[90]. При этом способ обработки ошибок определяется конкретной реализацией стандартной библиотеки и может отсутствовать совсем. Поэтому в платформонезависимом коде может потребоваться проверка результата сразу двумя способами, в зависимости от значения math_errhandling[64]. Практика возвращения маркера ошибки, вместо кода ошибки, хоть и экономит количество передаваемых в функции аргументов, но в ряде случаев приводит к ошибкам в результате человеческого фактора.
Область стека предназначена для размещения данных, связанных с вызовом функций, и локальных переменных. Перед каждым запуском функции стек увеличивается для размещения в нём аргументов, передаваемых в функцию. После завершения работы функции стек уменьшается до того значения, которое было перед вызовом, однако этого может не происходить при некорректной работе со стеком. В качестве результата функция main() может вернуть любое целое число в диапазоне значений типа int, которое будет передано операционной системе или другому окружению в качестве кода возврата программы[42]. Обычно операционная система, где работают программы, имеет те или иные средства, позволяющие получить значение кода возврата и проанализировать его. Общим является соглашение о том, что нулевое значение кода возврата сигнализирует об успешном завершении программы, а ненулевое представляет собой код возникшей ошибки.
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. Структуры представляют собой объединение переменных разных типов данных в рамках одной области памяти; обозначаются ключевым словом struct. С точки зрения адресного пространства поля всегда идут друг за другом в том же порядке, в котором указаны, но компиляторы могут выравнивать адреса полей для оптимизации под ту или иную архитектуру. Таким образом, фактически поле может занимать бо́льший размер, чем указано в программе. Перечисления представляют собой набор именованных целочисленных констант и обозначаются с помощью ключевого слова enum.
Зачастую подобные неявные приведения необходимы, чтобы результат вычисления оказался правильным, но иногда приводят к интуитивно-непонятным ошибкам в вычислениях. Предотвращение двух из трёх типов ошибок сводится к проверкам входных данных на область допустимых значений. Поэтому стандартом языка предусмотрена возможность анализа математических функций на ошибки.
Поскольку язык Си не предоставляет средств для безопасного написания кода, а многие элементы языка способствуют появлению ошибок, написание качественного и отказоустойчивого кода можно гарантировать только с помощью создания автоматизированных тестов. Для упрощения такого тестирования существуют различные реализации сторонних библиотек модульного тестирования. Такие названия объявляются в глобальном пространстве имён и не конфликтуют с названиями типов структур, перечислений и объединений.
Представление памяти программы зависит от аппаратной архитектуры, от операционной системы и от компилятора. Так, например, на большинстве архитектур стек растёт вниз, но существуют архитектуры, где стек растёт вверх[49]. Граница между стеком и кучей может быть частично защищена от переполнения стека специальной областью памяти[50]. Стандарт Си абстрагируется над реализацией и позволяет писать переносимый код, однако понимание устройства памяти процесса помогает в отладке и написании безопасных и отказоустойчивых приложений.
Размер байта в битах определяется константой CHAR_BIT из заголовочного файла limits.h, у POSIX-совместимых систем равен eight битам[12]. После появления язык был хорошо принят, потому что он позволял быстро создавать компиляторы для новых платформ, а также позволял программистам довольно точно представлять, как выполняются их программы. Благодаря близости к языкам низкого уровня программы на Си работали эффективнее написанных на многих других языках высокого уровня, и лишь оптимизированный вручную код на ассемблере мог работать ещё быстрее, потому что давал полный контроль над машиной. Источником опасных ситуаций служит совместимость указателей с числовыми типами и возможность использования адресной арифметики без строгого контроля на этапах компиляции и исполнения.
Массивы фиксированного размера, объявляемые как локальные или глобальные переменные, можно инициализировать, задавая им начальное значение с помощью фигурных скобок и перечисления элементов массива через запятую. В инициализаторах глобальных массивов допускается использовать только такие выражения, которые вычисляются на этапе компиляции[35]. Переменные, используемые в таких выражениях должны объявляться как константы, с модификатором const.
Для хранения размера предусмотрен беззнаковый тип size_t из заголовочного файла stddef.h. Данный тип способен уместить максимально возможное количество байт, доступное по указателю, и обычно используется для хранения размера в байтах. Язык Си разрабатывался как язык системного программирования, для которого можно создать однопроходный компилятор. К тому же, несмотря на свою низкоуровневую природу, язык ориентирован на переносимость. Программы, соответствующие стандарту языка, могут компилироваться под различные архитектуры компьютеров.
Заголовочный файл stdlib.h определяет два общих макроопределения EXIT_SUCCESS и EXIT_FAILURE, которые соответствуют успешному и неуспешному завершению работы программы[44]. Коды возврата также могут использоваться в рамках приложений, включающих в себя множество процессов, для обеспечения взаимодействия между этими процессами, в случае чего приложение само определяет смысловое значение для каждого кода возврата. Существует много разных кодировок, в которых отдельный символ может быть запрограммирован разным количеством байт.