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.
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 ide для c# 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.
Способы Преодоления Недостатков Языка[править Править Код]
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.
Отдельный тип errno_t для хранения кода ошибки появился лишь в расширении K стандарта C11 и может не поддерживаться компиляторами[63]. В языке Си активно используется специальная переменная errno из заголовочного файла errno.h, в которую функции заносят код ошибки, возвращая при этом значение, являющееся маркером ошибки. Для проверки результата https://deveducation.com/ на ошибки результат сравнивают с маркером ошибки, и, если они совпадают, то можно проанализировать код ошибки, сохранённый в errno, для корректировки работы программы или вывода отладочного сообщения. В стандартной библиотеке стандарт зачастую лишь определяет возвращаемые маркеры ошибок, а выставление errno зависит от конкретной реализации[55].
Например, при замене многократного сложения умножением погрешность может снизиться во столько раз, сколько изначально было операций сложения. Таким образом, размеры некоторых типов по количеству байт могут совпадать, если будет удовлетворяться условие по минимальному количеству бит. Даже char и lengthy могут иметь одинаковый размер, если один байт будет занимать 32 бита или более, но такие платформы будут очень редки или не будут существовать.
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.
Тип wchar_t задумывался для того, чтобы в него мог поместиться любой символ, а широкие строки — для хранения строк любой локали, но в результате API оказался неудобным, а реализации — платформозависимыми. В то же время на платформах Linux[24] и macOS данный тип занимает 32 бита, поэтому для реализации кроссплатформенных задач тип wchar_t не подходит. Как правило возникновение ошибки требует завершения работы функции с возвращением индикатора ошибки.
Для исполняемой программы стандартной точкой входа является функция с именем primary, которая не может быть статической и должна быть единственной в программе. Исполнение программы начинается с первого оператора функции main() и продолжается до выхода из неё, после чего программа завершается и возвращает операционной системе абстрактный целочисленный код результата своей работы. Глобальные переменные и функции, кроме static и inline, могут быть доступны из других файлов при условии их надлежащего объявления там со спецификатором extern.
Синонимы Операторов В C++[править Править Код]
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.
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.
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 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.
Арифметические операции с вещественными числами также являются неточными и зачастую имеют некоторую плавающую погрешность[19]. Наибольшая погрешность будет возникать при операциях над значениями, близкими к минимально возможному для конкретного типа. Также погрешность может оказаться большой при вычислениях над одновременно очень маленькими (≪ 1) и очень большими по модулю числами (≫ 1). В ряде случаев погрешность может быть снижена изменением алгоритмов и методик вычислений.
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.
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].
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.
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.
Если в функции ошибка может возникнуть в разных её частях, требуется освобождать ресурсы, выделенные в ходе её работы, чтобы предотвратить утечки. Хорошей практикой освобождения ресурсов считается их чистка в обратном порядке перед возвратом из функции, а в случае ошибок — освобождение в обратном порядке после основного return. В отдельные части такого освобождения можно сделать переход с помощью оператора goto[65].
- Исполнение программы начинается с первого оператора функции main() и продолжается до выхода из неё, после чего программа завершается и возвращает операционной системе абстрактный целочисленный код результата своей работы.
- Язык Си не предусматривает какого-либо контроля выхода за пределы массива, поэтому программист сам должен следить за работой с массивами.
- 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.
- Однако на практике такой подход имеет смысл только в крайне редких случаях, когда к ASCII-строке требуется не добавлять терминирующий ноль.
- В таком случае, согласно стандарту, функция main() возвращает 0, исполняя все обработчики, назначенные на функцию exit().
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.
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.
Естественно, что его влияние можно проследить в той или иной мере во многих более поздних языках. Тем не менее среди языков, достигших определённого распространения, прямых потомков у Си немного. Также для Си существуют и другие инструменты, облегчающие и дополняющие разработку, включая статические анализаторы и утилиты для форматирования кода. А автоматическое форматирование кода упрощает организацию совместной работы в системах контроля версий, минимизируя конфликты из-за стилевых правок. Существует также много других систем для тестирования кода на Си, таких как AceUnit, GNU Autounit, cUnit и других, но они либо не осуществляют тестирование в изолированных окружениях, либо предоставляют мало возможностей[76], либо перестали развиваться. Недостатком данного подхода является то, что формат назначаемых обработчиков не предусматривает передачу произвольных данных в функцию, что позволяет создавать обработчики только для глобальных переменных.