Язык C

Обзор

Что важно понимать в C

C близок к машинной модели: данные имеют конкретное представление в памяти, указатели хранят адреса, а многие операции почти напрямую отображаются в машинный код. Именно поэтому язык широко используется в системном программировании, embedded-разработке, библиотеках, runtime-компонентах, сетевом коде и высокопроизводительных сервисах.

Language

Конструкции языка

Types

Типы данных

Тип в C определяет размер объекта, допустимые операции, правила преобразования и интерпретацию битового представления. Для переносимого кода важно не полагаться на конкретный размер int, long или указателя без явной проверки.

#include <stdint.h>
#include <stddef.h>

struct packet_header {
    uint16_t type;
    uint16_t flags;
    uint32_t payload_size;
};

size_t header_size(void) {
    return sizeof(struct packet_header);
}

Memory

Память и указатели

Указатель хранит адрес объекта или функции. Через указатели C реализует передачу объектов по ссылке, работу с массивами, динамическую память, буферы, строки, callback-функции и интерфейсы системных API.

#include <stdlib.h>

int *make_array(size_t count) {
    int *data = malloc(count * sizeof(*data));
    if (data == NULL) {
        return NULL;
    }

    for (size_t i = 0; i < count; ++i) {
        data[i] = 0;
    }

    return data;
}

void destroy_array(int *data) {
    free(data);
}

Arrays

Массивы и строки

Массив в C — это непрерывная область элементов одного типа. В большинстве выражений имя массива преобразуется в указатель на первый элемент. Это часто называют array-to-pointer decay.

#include <stddef.h>

int sum_array(const int *values, size_t count) {
    int sum = 0;

    for (size_t i = 0; i < count; ++i) {
        sum += values[i];
    }

    return sum;
}

Строки в C — это массивы символов, завершающиеся нулевым байтом '\0'. Большинство функций из <string.h> ожидают именно такую форму строки.

Data layout

Структуры, union и layout данных

struct объединяет несколько полей в один объект. Компилятор может добавлять padding между полями для соблюдения требований выравнивания. Поэтому бинарный layout структуры может зависеть от платформы, ABI и настроек компилятора.

#include <stdint.h>

struct point {
    int32_t x;
    int32_t y;
};

struct rectangle {
    struct point left_top;
    struct point right_bottom;
};

Preprocessor

Препроцессор

Препроцессор выполняется до компиляции: подключает заголовочные файлы, раскрывает макросы и обрабатывает условную компиляцию. Он работает с токенами, а не с типами C, поэтому макросы требуют осторожности.

#ifndef BUFFER_H
#define BUFFER_H

#include <stddef.h>

struct buffer {
    unsigned char *data;
    size_t size;
    size_t capacity;
};

#endif /* BUFFER_H */

Standard library

Стандартная библиотека C

Стандартная библиотека C предоставляет функции для работы с памятью, строками, вводом-выводом, математикой, временем, сортировкой, преобразованием чисел и базовой диагностикой ошибок.

Standards

Стандарты C

Examples

Небольшие примеры

#include <stddef.h>
#include <string.h>

int copy_bytes(
    unsigned char *dst,
    size_t dst_size,
    const unsigned char *src,
    size_t src_size
) {
    if (dst == NULL || src == NULL) {
        return -1;
    }

    if (src_size > dst_size) {
        return -1;
    }

    memcpy(dst, src, src_size);
    return 0;
}

#include <stddef.h>

struct stats {
    size_t packets;
    size_t errors;
};

void stats_add_packet(struct stats *s) {
    if (s == NULL) {
        return;
    }

    s->packets += 1;
}

void stats_add_error(struct stats *s) {
    if (s == NULL) {
        return;
    }

    s->errors += 1;
}