Язык программирования Си используют в случаях, когда код тесно взаимодействует с «железом». Чаще всего его применяют для решения сложных и специфических задач, что неудивительно, ведь более легкие задачи проще решать с помощью высокоуровневых языков. В этой статье мы рассмотрим несколько популярных применений Си.
Для начала, скажем, что под влиянием Си возникли такие языки, как C#, C++, Java, Objective-C. Да, порой Си называют подмножеством C++ («C++ без классов»), однако на деле это не совсем верно и вот почему.
Разумеется, Си поддерживает лишь процедурное программирование, то есть никаких классов, ООП и наследования — исключительно структуры и функции. Отсюда вытекают основные особенности языка: • доступ к памяти через указатели (указатели — это особые переменные, в которых хранится адрес объекта); • активное применение структур и объединений; • чистый стиль программирования (код сложнее писать, однако проще выполнять отладку).
Теперь давайте приведем несколько популярных примеров использования Си.
Что пишут на языке программирования C#
Оптимизация участков кода на C++
ООП-возможности C++ нередко обходятся дороже, чем «чистый Си», ведь расходуется больше ресурсов, той же оперативной памяти. Именно поэтому иногда код, написанный в стиле Си, бывает эффективнее. Если же надо заставить работать быстрее какой-нибудь алгоритм, можно задействовать процедурный стиль и отказаться от встроенных ООП-инструментов C++, к примеру, от полиморфизма.
Однако если требуется действительно высокая скорость, то лучше всего переписать часть кода на ассемблере.
Информационная безопасность
Речь идет о следующих хакерских приемах: • применение уязвимостей: переполнение буфера, повреждение кучи (двойные удаления); • инъекция кода. Если заполучить доступ к другому процессу с помощью уязвимости, можно спрятать собственный код внутри чужого, а потом заставить процесс его выполнять; • перехват. Если хотите мониторить чьи-либо взаимодействия с системой (открытие файлов, нажатие клавиш), вам, скорее всего, надо вызывать отслеживающий код каждый раз, когда пользователь что-либо делает. Для этого вы меняете какой-нибудь фрагмент API операционной системы вашим собственным кодом.
Практически для всего вышесказанного применяется PIC-код, то есть код, не зависящий от адреса (position-independent code). Такой код может выполняться в любом месте памяти вне зависимости от того, где он находится и кто его запустил. При этом у PIC-кода отсутствует доступ к глобальным переменным и таблицам, а это значит, что C++ для его написания не подходит, ведь классам C++ требуются для реализации наследования глобальные таблицы.
Код ядра
Код, выполняемый в режиме ядра, имеет полный доступ к оборудованию и памяти: жесткому диску, RAM, GPU. Что работает в режиме ядра: • аппаратные драйверы — тут без доступа к железу не обойтись. Такие драйверы — это посредники между пользовательским кодом и оборудованием; • ядро ОС. На Си написано много ядер ОС, включая Unix и Android.
Для чего нужен язык C++
Применять для вышесказанного C++ почти нереально, ведь в режиме ядра отсутствует доступ к тем же вышеупомянутым глобальным таблицам. Порой в режиме ядра тоже нужен PIC код, к примеру, для загрузчика. Загрузчик — самая первая программа, которая выполняется при запуске персонального компьютера. Биос извлекает эту программу из жесткого диска, помещает в память и приказывает процессору запустить данную часть памяти.
Embedded-разработка
Если говорить о программировании встраиваемых систем, то тут нередко применяют и Си, и C++. Однако у Си есть преимущество, ведь он дает возможность разрабатывать встроенное ПО в случае ограниченных ресурсов, к примеру, если у микроконтроллера слишком мало RAM. Кроме Си, также может понадобиться и знание ассемблера (например, ARM-ассемблера), что неплохо для написания ассемблерных вставок. Результат — еще большая оптимизация кода и получение доступа к специфичным инструкциям процессора.
Источник: otus.ru
Для чего хорош Си?
Си применяют в сферах, где важен код, наиболее тесно взаимодействующий с «железом». Под влиянием Си появились языки C++, C#, Java и Objective-C.
Си иногда называют подмножеством C++ или «C++ без классов», но это не совсем верно. Почему это не так, можно узнать в статье про C++.
Си поддерживает исключительно процедурное программирование. Никаких классов, ООП, наследования — только функции и структуры. К основным особенностям языка относятся:
- доступ к памяти через указатели (особые переменные, в которых хранится адрес объекта);
- активное использование структур и объединений;
- чистый стиль программирования (код проще отлаживать, но сложнее писать).
Си обычно используется в довольно специфичных и сложных задачах, потому что более лёгкие задачи проще сделать с помощью высокоуровневых языков. Мы отобрали несколько наиболее популярных применений Си.
Оптимизация участков кода на C++
Объектно-ориентированные возможности C++ часто обходятся дороже, чем «чистый Си», так как расходуют больше ресурсов (в частности оперативной памяти). Поэтому иногда код в стиле Си может быть эффективнее. Если нужно заставить какой-либо алгоритм работать быстрее — используйте процедурный стиль и откажитесь от встроенных инструментов C++ для ООП, например от полиморфизма.
Но если нужна действительно высокая скорость, лучше переписать часть кода на ассемблере.
Информационная безопасность
Сюда относятся сложные хакерские приёмы. Среди них:
- Использование уязвимостей: переполнения буфера, двойные удаления (повреждения кучи).
- Инъекция (сокрытие) кода. Если получить доступ к другому процессу, используя уязвимость, то можно спрятать свой код внутри чужого и заставить процесс выполнять его. Теперь скрытый код будет жить в «невинном» процессе, спрятанном от глаз пользователя.
- Перехват (hooking). Если вы хотите мониторить чьи-то взаимодействия с системой (нажатие клавиш, открытие файлов), вам, как правило, нужно вызывать отслеживающий код всякий раз, когда пользователь что-то делает. Для этого вы заменяете какой-либо фрагмент API операционной системы вашим кодом.
Почти для всех этих применений используется PIC код (position-independent code — код, не зависящий от адреса). Он может выполняться в любом месте памяти, независимо от того, где находится и кто его запустил. У PIC-кода нет доступа к глобальным переменным и таблицам, поэтому C++ для его написания не подойдёт (классам C++ нужны глобальные таблицы для реализации наследования).
Код ядра
Код, который выполняется в режиме ядра (kernel mode) имеет полный доступ к памяти и оборудованию: RAM, GPU, жёсткому диску. В режиме ядра работают:
- Аппаратные драйверы — здесь без доступа к железу не обойтись. Драйверы являются посредниками между пользовательским кодом (не в режиме ядра) и оборудованием.
- Ядро операционной системы. На Си, кстати, написано множество ядер ОС, в том числе Unix и Android.
Использовать для всего этого код на C++ почти невозможно, поскольку в режиме ядра нет доступа к тем же глобальным таблицам, о которых говорилось выше. Иногда в режиме ядра тоже необходим PIC код — например для загрузчика (bootloader). Загрузчик — самая первая программа, выполняющаяся при запуске ПК. Биос извлекает её из жёсткого диска, помещает в память и говорит процессору запустить эту часть памяти.
Embedded-разработка
Для программирования встраиваемых систем часто используется как Си, так и C++. Но Си имеет преимущество, поскольку позволяет разрабатывать встроенное ПО при ограниченных ресурсах — например когда у микроконтроллера очень мало RAM. Помимо Си также может пригодиться знание ассемблера (как вариант, ARM-ассемблера) для написания ассемблерных вставок, чтобы ещё больше оптимизировать код и получить доступ к специфичным инструкциям процессора.
Источник: tproger.ru
3. Область применения и системы программирования языка Си.
Си – универсальный язык программирования. Не рассчитан на какую-то конкретную область применения. Первоначально Си задумывался как заменитель Ассемблера для написания операционных систем. Текст операционной системы оказывался легко переносимым с одной платформы на другую. Первой операционной системой, написанной практически целиком на Си, была система Unix.
В настоящее время почти все используемые операционные системы написаны на Си. Тем не менее, область применения языка Си не ограничилась разработкой операционных систем. Язык Си оказался очень удобен в программах обработки текстов и изображений, в научных и инженерных расчетах. Системы программирования – системы для разработки новых программ.
Системы программирования обычно включают компилятор, осуществляющий преобразование программ на языке программирования в программу в машинных кодах, или интерпретатор, осуществляющий непосредственное выполнение программы на языке программирования, редактор текстовых программ, библиотеки полезных подпрограмм, отладчики и др. Для языка Си имеется множество систем программирования, позволяющих создавать программы, работающие в среде DOS, Windows и др. Системы программирования языка си: Visual C++, Visual Basic, Турбо-Си, разработанная фирмой Borland.
4. Исходные и объектные модули, процессы компиляции и связывания.
Исходный модуль (source code) – это текст программы на языке программирования. Объектный модуль (objectcode) – результат обработки компилятором исходного модуля. Объектный модуль не может быть выполнен. Это незавершенный вариант машинной программы. Исполняемый модуль создает компоновщик, объединяя в один общий модуль объектные модули, реализующие отдельные части алгоритма.
На этом этапе к машинной программе подсоединяются необходимые функции стандартной библиотеки. Стандартная библиотека – набор программных модулей, выполняющих наиболее часто встречающиеся в программировании задачи: ввод, вывод данных, вычисление математических функций, сортировки и т.д.
Есть два способа выполнения программы компилятором: она может быть подвергнута компиляции или интерпретации. Программа, написанная на любом языке программирования, может как компилироваться, так и интерпретироваться, однако многие языки изначально созданы для выполнения преимущественно одним из этих способов.
И хотя интерпретаторы С существуют и доступны для программистов, С разрабатывался преимущественно для компиляции. В простейшем случае интепретатор читает исходный текст программы по одной строке за раз, выполняет эту строку и только после этого переходит к следующей.
Компилятор читает сразу всю программу и конвертирует ее в объектный код, то есть транслирует исходный текст программы в форму, более пригодную для непосредственного выполнения компьютером. Объектный код также называют двоичным или машинным кодом. Когда программа скомпилирована, в ее коде уже нет отдельных строк исходного кода.
В общем случае интерпретируемая программа выполняется медленнее, чем скомпилированная. Необходимо помнить, что компилятор преобразует исходный текст программы в объектный код, который выполняется компьютером непосредственно.
Значит, потеря времени на компиляцию происходит лишь единожды, а в случае интерпретации – каждый раз при очередной интерпретации фрагмента программы в процессе ее выполнения. При вызове библиотечной фукнции компилятор “запоминает» ее имя. Потом компоновщик связывает код исходной программы с объектным кодом, уже найденным в стандартной библиотеке. Этот процесс называется компоновкой.
Источник: studfile.net