LENGUAJE C

C (lenguaje de programación)

C es un lenguaje de programación creado en 1972 porDennis M. Ritchie en los Laboratorios Bell como evolución del anterior lenguaje B, a su vez basado enBCPL.

Al igual que B, es un lenguaje orientado a la implementación de Sistemas Operativos, concretamente Unix. C es apreciado por la eficiencia del código que produce y es el lenguaje de programación más popular para crear software de sistemas, aunque también se utiliza para crear aplicaciones.

Se trata de un lenguaje débilmente tipificado de medio nivel pero con muchas características de bajo nivel. Dispone de las estructuras típicas de los lenguajes de alto nivel pero, a su vez, dispone de construcciones del lenguaje que permiten un control a muy bajo nivel. Los compiladores suelen ofrecer extensiones al lenguaje que posibilitan mezclar código en ensamblador con código C o acceder directamente a memoria odispositivos periféricos.

La primera estandarización del lenguaje C fue en ANSI, con el estándar X3.159-1989. El lenguaje que define este estándar fue conocido vulgarmente como ANSI C. Posteriormente, en 1990, fue ratificado como estándar ISO (ISO/IEC 9899:1990). La adopción de este estándar es muy amplia por lo que, si los programas creados lo siguen, el código es portátil entre plataformas y/o arquitecturas.

Características

Propiedades

• Un núcleo del lenguaje simple, con funcionalidades añadidas importantes, como funciones matemáticas y de manejo de archivos, proporcionadas por bibliotecas.
• Es un lenguaje muy flexible que permite programar con múltiples estilos. Uno de los más empleados es el estructurado "no llevado al extremo" (permitiendo ciertas licencias de ruptura).
• Un sistema de tipos que impide operaciones sin sentido.
• Usa un lenguaje de preprocesado, el preprocesador de C, para tareas como definir macros e incluir múltiples archivos de código fuente.
• Acceso a memoria de bajo nivel mediante el uso de punteros.
• Interrupciones al procesador con uniones.
• Un conjunto reducido de palabras clave.
• Por defecto, el paso de parámetros a una función se realiza por valor. El paso por referencia se consigue pasando explícitamente a las funciones las direcciones de memoria de dichos parámetros.
• Punteros a funciones y variables estáticas, que permiten una forma rudimentaria de encapsulado ypolimorfismo.
• Tipos de datos agregados (struct) que permiten que datos relacionados (como un empleado, que tiene un id, un nombre y un salario) se combinen y se manipulen como un todo (en una única variable "empleado").

Carencias

• Recolección de basura nativa, sin embargo se encuentran a tal efecto bibliotecas como la "libgc" desarrollada por Sun Microsystems, o el Recolector de basura de Boehm.
• Soporte para programación orientada a objetos, aunque la implementación original de C++ fue un preprocesador que traducía código fuente de C++ a C.
• Encapsulación.
• Funciones anidadas, aunque GCC tiene esta característica como extensión.
• Polimorfismo en tiempo de código en forma de sobrecarga, sobrecarga de operadores y sólo dispone de un soporte rudimentario para la programación genérica.
• Soporte nativo para programación multihilo y redes de computadores.

Aunque la lista de las características útiles de las que carece C es larga, este factor ha sido importante para su aceptación, porque escribir rápidamente nuevos compiladores para nuevas plataformas, mantiene lo que realmente hace el programa bajo el control directo del programador, y permite implementar la solución más natural para cada plataforma. Ésta es la causa de que a menudo C sea más eficiente que otros lenguajes. Típicamente, sólo la programación cuidadosa en lenguaje ensamblador produce un código más rápido, pues da control total sobre la máquina, aunque los avances en los compiladores de C y la complejidad creciente de los microprocesadores modernos han reducido gradualmente esta diferencia.

En algunos casos, una característica inexistente puede aproximarse. Por ejemplo, la implementación original de C++ consistía en un preprocesador que traducía código fuente C++ a C. La mayoría de las funciones orientadas a objetos incluyen un puntero especial, que normalmente recibe el nombre "this", que se refiere al objeto al que pertenece la función. Mediante el paso de este puntero como un argumento de función, esta funcionalidad puede desempeñarse en C. Por ejemplo, en C++ se puede escribir:

stack.push(val);

Mientras que en C, se podría escribir:

push(stack, val);

Donde el argumento stack es un puntero a una struct equivalente al puntero this de C++, que es un puntero a un objeto.

Ventajas

• Lenguaje muy eficiente puesto que es posible utilizar sus características de bajo nivel para realizar implementaciones óptimas.
• A pesar de su bajo nivel es el lenguaje más portado en existencia, habiendo compiladores para casi todos los sistemas conocidos.
• Proporciona facilidades para realizar programas modulares y/o utilizar código o bibliotecas existentes.

Inconvenientes

El mayor problema que presenta el lenguaje C frente a los lenguajes de tipo de dato dinámico es la gran diferencia en velocidad de desarrollo: es más lento programar en C, sobre todo para el principiante. La razón estriba en que el compilador de C se limita a traducir código sin apenas añadir nada. La gestión de la memoria es un ejemplo clásico: en C el programador ha de reservar y liberar la memoria explícitamente. En otros lenguajes (como BASIC, Matlab o C#) la memoria es gestionada de forma transparente para el programador. Esto alivia la carga de trabajo humano y en muchas ocasiones previene errores, aunque también supone mayor carga de trabajo para el procesador.

El mantenimiento también es más difícil y costoso que con lenguajes de más alto nivel. El código en C se presta a sentencias cortas y enrevesadas de difícil interpretación. Aunque el lenguaje admite código escrito de forma fácilmente legible, si no se siguen normas en el equipo de programación algunos programadores pueden acabar escribiendo código difícil de leer. Esto complica la revisión y el mantenimiento.

C no dispone de sistemas de control automáticos y la seguridad depende casi exclusivamente de la experiencia del programador. La mayor parte de los problemas de seguridad en los sistemas informáticos actuales deriva de haber sido realizados en C^{[cita requerida]}. El fallo de seguridad clásico consiste en que algunas entradas de información al programa no se comprueban en longitud. Si un atacante introduce datos lo bastante grandes puede provocar la sobreescritura de código en la pila del programa e incluso llegar a forzar la ejecución de código pernicioso. Los lenguajes de tipo dinámico cuentan con controles de gestión de memoria y de entrada de datos automáticos.

Por estas razones, los directores de desarrollo han de sopesar la ventaja en eficiencia de un buen programa en C frente a la mayor duración del trabajo y los riesgos de seguridad y estabilidad. Han de tener en cuenta además, que los equipos bajan de precio con el tiempo mientras que el coste de los programadores aumenta. En equipos de trabajo con poca experiencia en C, se desaconseja su uso porque el tipo de problemas y errores al que el programador se enfrenta hace más difícil aprender C sobre la marcha que en otros lenguajes.

Variantes

Desde el inicio del lenguaje han surgido varias ramas de evolución que han generado varios lenguajes:

• Objective-C es un primer intento de proporcionar soporte para la programación orientada a objetosen C, de escasa difusión, pero actualmente usado en Mac OS X y GNUstep.
• C++ (pronunciado C Plus Plus) diseñado por Bjarne Stroustrup fue el segundo intento de proporcionar orientación a objetos a C y es la variante más difundida y aceptada. Esta versión combina la flexibilidad y el acceso de bajo nivel de C con las características de la programación orientada a objetos como abstracción, encapsulación y ocultación.

También se han creado numerosos lenguajes inspirados en la sintaxis de C, pero que no son compatibles con él:

• Java, que une una sintaxis inspirada en la del C++ con una orientación a objetos más similar a la de Smalltalk y Objective C.
• JavaScript, un lenguaje de scripting creado en Netscape e inspirado en la sintaxis de Java diseñado para dar a las páginas web mayor interactividad. A la versión estandarizada se la conoce como ECMAScript.
• C# (pronunciado C Sharp) es un lenguaje desarrollado por Microsoft derivado de C/C++ y Java.

Proceso de compilación

La compilación de un programa C se realiza en varias fases que normalmente son automatizadas y ocultadas por los entornos de desarrollo:

1. Preprocesado consistente en modificar el código fuente en C según una serie de instrucciones (denominadas directivas de preprocesado) simplificando de esta forma el trabajo del compilador. Por ejemplo, una de las acciones más importantes es la modificación de las inclusiones (#include) por las declaraciones reales existentes en el archivo indicado.
2. Compilación que genera el código objeto a partir del código ya preprocesado.
3. Enlazado que une los códigos objeto de los distintos módulos y bibliotecas externas (como las bibliotecas del sistema) para generar el programa ejecutable final.

Ejemplo de código

El siguiente programa imprime en pantalla la frase "Hola Mundo" (C99).

// necesario para utilizar printf()
# include <stdio.h>
 
int main(void)
{
        printf("Hola Mundo\n");
        return 0;
}

El siguiente escribe "Hola Mundo" en C89

/* comentarios con '//' no permitidos en C89, sí en C99 */
# include <stdio.h>  /* necesario para utilizar printf */
 
main() /* tipo 'int' de retorno implícito */
{
        printf ("Hola Mundo\n") ;
        return 0;
}

Herramientas de programación

Al programar en C, es habitual usar algunas herramientas de programación de uso muy extendido, sobre todo en entorno de tipo unix:

• make: Herramienta para automatizar el proceso de compilación, enlazado, etc.
• lint: Herramienta utilizada para detectar código sospechoso, confuso o incompatible entre distintas arquitecturas
• valgrind: Herramienta utilizada para detectar posibles fugas de memoria.
• gdb : Debugger de GNU utilizado para seguir la ejecución del programa.
• dbx : Debugger que suele venir instalado con todos los UNIX.
• ddd : Interfaz gráfico para el depurador gdb o dbx.

Aplicabilidad

Hecho principalmente para la fluidez de programación en sistemas UNIX. Se usa también para el desarrollo de otros sistemas operativos como Windows o GNU/Linux. Igualmente para aplicaciones deescritorio como GIMP, cuyo principal lenguaje de programación es C.

De la misma forma, es muy usado en aplicaciones científicas (para experimentos informáticos, físicos, químicos, matemáticos, entre otros, parte de ellos conocidos como modelos y simuladores), industriales (industria robótica, cibernética, sistemas de información y base de datos para la industria petrolera y petroquímica. Predominan también todo lo que se refiere a simulación de máquinas de manufactura), simulaciones de vuelo (es la más delicada, ya que se tienen que usar demasiados recursos tanto de hardware como de software para desarrollar aplicaciones que permitan simular el vuelo real de una aeronave. Se aplica por tanto, en diversas áreas desconocidas por gran parte de losusuarios noveles.

Los ordenadores de finales de los 90 son varios órdenes de magnitud más potentes que las máquinas en que C se desarrolló originalmente. Programas escritos en lenguajes de tipo dinámico y fácil codificación (Ruby, Python, Perl...) que antaño hubieran resultado demasiado lentos, son lo bastante rápidos como para desplazar en uso a C. Aun así, se puede seguir encontrando código C en grandes desarrollos de animaciones, modelados y escenas en 3D en películas y otras aplicaciones multimedia.

Actualmente, los grandes proyectos de software se dividen en partes, dentro de un equipo de desarrollo. Aquellas partes que son más "burocráticas" o "de gestión" con los recursos del sistema, se suelen realizar en lenguajes de tipo dinámico o de guion (script), mientras que aquellas partes "críticas", por su necesidad de rapidez de ejecución, se realizan en un lenguaje de tipo compilado, como C o C++. Si, después de hacer la división, las partes críticas no superan un cierto porcentaje del total (aproximadamente el 10%) entonces todo el desarrollo se realiza con lenguajes dinámicos. Si la parte crítica no llega a cumplir las expectativas del proyecto, se comparan las alternativas de una inversión en nuevo hardware frente a invertir en el coste de un programador para que reescriba dicha parte crítica.

Aplicaciones embebidas

C es el lenguaje común para programar sistemas embebidos.^{[cita requerida]} El código ligero que un compilador C genera, combinado con la capacidad de acceso a capas del software cercanas al hardware son la causa de su popularidad en estas aplicaciones.

Una característica donde C demuestra comodidad de uso particularmente valiosa en sistemas embebidos es la manipulación de bits. Los sistemas contienen registros mapeados en memoria (en inglés, MMR) a través de los cuales los periféricos se configuran. Estos registros mezclan varias configuraciones en la misma dirección de memoria, aunque en bits distintos. Con C es posible modificar fácilmente uno de estos bits sin alterar el resto. Por ejemplo:

int *mmr; /* puntero al registro que queremos modificar */
mmr = 0x40008ABC; /* dirección de memoria del registro */
 
* mmr |= 1<<7; /* pone a 1 el bit 8 sin modificar los demás */
* mmr &= ~(1<<12) /* pone a 0 el bit 13 sin modificar los demás */

Este tipo de manipulación es muy tediosa o sencillamente imposible en otros lenguajes de alto nivel, dado que se utilizan operaciones comunes del lenguaje ensamblador como las operaciones a nivel bitOR, AND, SHL y CPL pero que están disponibles en el lenguaje C.

Otras características de C consideradas desventajas en la programación para PC -como la ausencia de control de memoria automático- se convierten en ventajas cuando los sistemas embebidos necesitan código pequeño y optimizado. Ese es el caso de los sistemas basados en microcontroladores de poca potencia como el intel 8051 o muchos sistemas ARM.

Bibliotecas C

Una biblioteca de C es una colección de funciones utilizadas en el lenguaje de programación C. Las bibliotecas más comunes son la biblioteca estándar de C y la biblioteca del estándar ANSI C, la cual provee las especificaciones de los estándares que son ampliamente compartidas entre bibliotecas. Labiblioteca ANSI C estándar, incluye funciones para la entrada y salida de archivos, alojamiento de memoria y operaciones con datos comunes: funciones matemáticas, funciones de manejo de cadenas de texto y funciones de hora y fecha.

Otras bibliotecas C son aquellas utilizadas para desarrollar sistemas Unix, las cuales proveen interfaces hacia el núcleo. Estas funciones son detalladas en varios estándares tales como POSIX y el Single UNIX Specification.

Ya que muchos programas han sido escritos en el lenguaje C existe una gran variedad de bibliotecas disponibles. Muchas bibliotecas son escritas en C debido a que C genera código objeto rápido; los programadores luego generan interfaces a la biblioteca para que las rutinas puedan ser utilizadas desde lenguajes de mayor nivel, tales como Java, Perl y Python.

FUENTE: WIKI