B (BCPL, CPL), ALGOL 68,:201-208
C es un lenguaje de programación de propósito general:1 originalmente desarrollado por Dennis Ritchie entre 1969 y 1972 en los Laboratorios Bell, como evolución del anterior lenguaje B, a su vez basado en BCPL.:1
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 softwares de sistemas y aplicaciones.
Se trata de un lenguaje de tipos de datos estáticos, débilmente tipado, de medio nivel, que 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 bajo nivel. Los compiladores suelen ofrecer extensiones al lenguaje que posibilitan mezclar código en ensamblador con código C o acceder directamente a memoria o dispositivos 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 portable entre plataformas y/o arquitecturas.
Uno de los objetivos de diseño del lenguaje C es que solo sean necesarias unas pocas instrucciones en lenguaje máquina para traducir cada elemento del lenguaje, sin que haga falta un soporte intenso en tiempo de ejecución. Es muy posible escribir C a bajo nivel de abstracción; de hecho, C se usó como intermediario entre diferentes lenguajes.
En parte, a causa de ser de relativamente bajo nivel y de tener un modesto conjunto de características, se pueden desarrollar compiladores de C fácilmente. En consecuencia, el lenguaje C está disponible en un amplio abanico de plataformas (más que cualquier otro lenguaje). Además, a pesar de su naturaleza de bajo nivel, el lenguaje se desarrolló para incentivar la programación independiente de la máquina. Un programa escrito cumpliendo los estándares e intentando que sea portátil puede compilarse en muchos computadores.
C se desarrolló originalmente (conjuntamente con el sistema operativo Unix, con el que ha estado asociado mucho tiempo) por programadores para programadores. Sin embargo, ha alcanzado una popularidad enorme, y se ha usado en contextos muy alejados de la programación de software de sistema, para la que se diseñó originalmente.
La palabra clave static permite encapsular variables y funciones.
Y la unión disyunta, también llamada suma, co-producto o tipos variantes, se declara con la palabra clave union.
Las estructuras y uniones permiten la implementación de árboles.
Es muy poco lo que requiere uso de ensamblador, lo que permitió portar Unix y otros sistemas operativos a distintos equipos.
Los programadores novatos deben tener cuidado con la gestión de la memoria, en C el programador ha de reservar y liberar la memoria explícitamente. En otros lenguajes (como C# o Java) la memoria es gestionada de forma transparente para el programador. Esto alivia la carga de trabajo y evita errores, pero le quita flexibilidad al lenguaje para escribir controladores del hardware.
Por esta razón es muy importante que los recién iniciados adopten buenas prácticas a la hora de escribir en C y manejar la memoria, como por ejemplo un uso intensivo de indentación y conocer a fondo todo lo que implica el manejo de punteros y direcciones de memoria.
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. Esta es la causa de que a menudo C sea más eficiente que otros lenguajes. Típicamente, solo 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.
El lenguaje se puede extender mediante bibliotecas y macros. Por ejemplo, la implementación original de C++ consistía en un preprocesador que traducía código fuente C++ a C.
El desarrollo inicial de C se llevó a cabo en los Laboratorios Bell de AT&T entre 1969 y 1973; según Dennis Ritchie, el periodo más creativo tuvo lugar en 1972. Se le dio el nombre "C" porque muchas de sus características fueron tomadas de un lenguaje anterior llamado "B".
Hay muchas leyendas acerca del origen de C y el sistema operativo con el que está íntimamente relacionado, Unix. Algunas de ellas son:
En 1973, el lenguaje C se había vuelto tan potente que la mayor parte del kernel Unix, originalmente escrito en el lenguaje ensamblador PDP-11, fue reescrita en C. Este fue uno de los primeros núcleos de sistema operativo implementados en un lenguaje distinto al ensamblador. (Algunos casos anteriores son el sistema Multics, escrito en PL/I, y Master Control Program para el B5000 de Burroughs, escrito en ALGOL en 1961).
En 1978, Ritchie y Brian Kernighan publicaron la primera edición de El lenguaje de programación C, también conocido como La biblia de C. Este libro fue durante años la especificación informal del lenguaje.:2 El lenguaje descrito en este libro recibe habitualmente el nombre de "el C de Kernighan y Ritchie" o simplemente "K&R C" (La segunda edición del libro cubre el estándar ANSI C, descrito más abajo).
Kernighan y Ritchie introdujeron las siguientes características al lenguaje:
El C de Kernighan y Ritchie es el subconjunto más básico del lenguaje que un compilador debe de soportar. Durante muchos años, incluso tras la introducción del ANSI C, fue considerado "el mínimo común denominador" en el que los programadores debían programar cuando deseaban que sus programas fueran transportables, pues no todos los compiladores soportaban completamente ANSI, y el código razonablemente bien escrito en K&R C es también código ANSI C válido.
En las primeras versiones del lenguaje, la definición de funciones se hacía mediante un 'prototipo de función' (function prototype), el cual indicaba al compilador el tipo de retorno de la función. Aunque este método tiene una gran desventaja respecto al nuevo, debido a que no comprueba el número ni el tipo en la lista de argumentos; en otras palabras, es mucho más fácil cometer errores al hacer una llamada a una función con argumentos incorrectos.
Ejemplo del "viejo estilo":
Ejemplo de la nueva definición:
(*) Por defecto, el tipo de retorno en C es int, por lo que la declaración entera int power(); podría haberse omitido.
En los años siguientes a la publicación del C de Kernighan y Ritchie, se añadieron al lenguaje muchas características no oficiales, que estaba soportadas por los compiladores de AT&T, entre otros. Algunas de estas características eran:
A finales de la década de 1970, C empezó a sustituir a BASIC como lenguaje de programación de microcomputadores predominante. Durante la década de 1980 se empezó a usar en los IBM PC, lo que incrementó su popularidad significativamente. Al mismo tiempo, Bjarne Stroustrup empezó a trabajar con algunos compañeros de Bell Labs para añadir funcionalidades de programación orientada a objetos a C. El lenguaje que crearon, llamado C++, es hoy en día el lenguaje de programación de aplicaciones más común en el sistema operativo Microsoft Windows; mientras que C sigue siendo más popular en el entorno Unix. Otro lenguaje que se desarrolló en esa época, Objective C, también añadió características de programación orientada a objetos a C. Aunque hoy en día no es tan popular como C++, se usa para desarrollar aplicaciones Cocoa para Mac OS X.
En 1983, el Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI) organizó un comité, X3j11, para establecer una especificación estándar de C. Tras un proceso largo y arduo, se completó el estándar en 1989 y se ratificó como el "Lenguaje de Programación C" ANSI X3.159-1989. Esta versión del lenguaje se conoce a menudo como ANSI C, o a veces como C89 (para distinguirla de C99).
En 1990, el estándar ANSI (con algunas modificaciones menores) fue adoptado por la Organización Internacional para la Estandarización (ISO) en el estándar ISO/IEC 9899:1990. Esta versión se conoce a veces como C90. No obstante, "C89" y "C90" se refieren en esencia al mismo lenguaje.
Uno de los objetivos del proceso de estandarización del ANSI C fue producir una extensión al C de Kernighan y Ritchie, incorporando muchas funcionalidades no oficiales. Sin embargo, el comité de estandarización incluyó también muchas funcionalidades nuevas, como prototipos de función, y un preprocesador mejorado. También se cambió la sintaxis de la declaración de parámetros para hacerla semejante a la empleada habitualmente en C++:
pasó a ser:
ANSI C está soportado hoy en día por casi la totalidad de los compiladores. La mayoría del código C que se escribe actualmente está basado en ANSI C. Cualquier programa escrito sólo en C estándar sin código que dependa de un hardware determinado funciona correctamente en cualquier plataforma que disponga de una implementación de C compatible. Sin embargo, muchos programas han sido escritos de forma que solo pueden compilarse en una cierta plataforma, o con un compilador concreto, esto puede ser debido a diversos motivos:
La macro __STDC__ puede usarse para dividir el código en secciones ANSI y K&R para el compilador.
Algunos programadores recomiendan usar "#if __STDC__", como en el ejemplo, en lugar de "#ifdef __STDC__" porque algunos compiladores le asignan el valor cero a __STDC__ para indicar que no son compatibles con ANSI.
En el siguiente ejemplo, el programa pide al usuario que introduzca un número. El programa dividirá dicho número entre 2 e imprimirá el resultado mientras que este sea par, y terminará cuando el número sea impar:
Tras el proceso de estandarización de ANSI, la especificación del lenguaje C permaneció relativamente estable durante algún tiempo, mientras que C++ siguió evolucionando. Sin embargo, el estándar continuó bajo revisión a finales de la década de 1990, lo que llevó a la publicación del estándar ISO 9899:1999 en 1999. Este estándar se denomina habitualmente "C99". Se adoptó como estándar ANSI en marzo de 2000.
Las nuevas características de C99 incluyen::xi-xii
El compilador GCC, entre muchos otros, soportan hoy en día la mayoría de las nuevas características de C99. Sin embargo, este nuevo estándar ha tenido poca acogida entre algunos desarrolladores de compiladores, como Microsoft y Borland, que se han centrado en C++. Brandon Bray, de Microsoft, dijo a este respecto:
C11 (antes conocido como C1X) es un nombre informal para ISO/IEC 9899:2011. El borrador final, N1570, fue publicado en abril de 2011. El nuevo estándar superó su última revisión el 10 de octubre de 2011 y fue oficialmente ratificado por la ISO y publicado el 8 de diciembre de 2011.
Históricamente la programación en C embebido ha requerido extensiones no estándar del lenguaje C para implementar características no oficiales tales como aritmética de punto fijo y operaciones básicas de entrada y salida.
En 2008 el comité de estandarización de C, para implementar estas características no oficiales, publicó un informe técnico en el que extendía el lenguaje C proporcionando un estándar común al que todas las implementaciones se podían adherir. Incluía varias características no disponibles en C normal, tales como aritmética de punto fijo, espacios de direcciones con nombres y direccionamiento por hardware de entrada y salida básico.
El último estándar publicado para C ISO/IEC 9899:2018.
Desde el inicio del lenguaje han surgido varias ramas de evolución que han generado varios lenguajes:
También se han creado numerosos lenguajes inspirados en la sintaxis de C, pero que no son compatibles con él:
La compilación de un programa C se realiza en varias fases que normalmente son automatizadas y ocultadas por los entornos de desarrollo:
El siguiente programa imprime en pantalla la frase "Hola Mundo" (C99).
El siguiente escribe "Hola Mundo" en C89
Estructura de control "else if"
Al programar en C, es habitual usar algunas herramientas de programación de uso muy extendido, sobre todo en entorno de tipo Unix:
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 de escritorio 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 los usuarios 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.
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:
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 bit OR, 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.
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. La biblioteca 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.
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