سی (زبان برنامه‌نویسی)

زبان برنامه‌نویسی سی، زبانی همه منظوره، ساخت یافته و روندگرا می‌باشد که در سال ۱۹۷۲ توسط دنیس ریچی در آزمایشگاه بل ساخته شد.

پیشینه

برای بررسی تاریخچه زبان C باید به سال ۱۹۶۷ بازگردیم که مارتین ریچاردز زبان BCPL را برای نوشتن نرم‌افزارهای سیستم‌عامل و کامپایلر در دانشگاه کمبریج ابداع کرد. سپس در سال ۱۹۷۰ کن تامپسون زبان B را بر مبنای ویژگی‌های زبان BCPL نوشت و از آن برای ایجاد اولین نسخه‌های سیستم‌عامل یونیکس در آزمایشگاه‌های بل استفاده کرد. زبان C در سال ۱۹۷۲ توسط دنیس ریچی از روی زبان B و BCPL در آزمایشگاه بل ساخته شد و ویژگی‌های جدیدی همچون نظارت بر نوع داده‌ها نیز به آن اضافه شد. ریچی از این زبان برای ایجاد سیستم‌عامل یونیکس استفاده کرد اما بعدها اکثر سیستم‌عاملهای دیگر نیز با همین زبان نوشته شدند. این زبان با سرعت بسیاری گسترش یافت و چاپ کتاب "The C Programming Language" در سال ۱۹۷۸ توسط کرنیگان و ریچی باعث رشد روزافزون این زبان در جهان شد.

متاسفانه استفاده گسترده این زبان در انواع کامپیوترها و سخت‌افزارهای مختلف باعث شد که نسخه‌های مختلفی از این زبان بوجود آید که با یکدیگر ناسازگار بودند. در سال ۱۹۸۳ انستیتوی ملی استاندارد آمریکا (ANSI) کمیته‌ای موسوم به X3J11 را را مأمور کرد تا یک تعریف فاقد ابهام و مستقل از ماشین را از این زبان تدوین نماید. در سال ۱۹۸۹ این استاندارد تحت عنوان ANSI C به تصویب رسید و سپس در سال ۱۹۹۰، سازمان استانداردهای بین‌المللی (ISO) نیز این استاندارد را پذیرفت و مستندات مشترک آنها تحت عنوان ANSI/ISO C منتشر گردید.

در سالهای بعد و با ظهور روشهای برنامه‌نویسی شئ‌گرا نسخه جدیدی از زبان C بنام C++ توسط بیارنه استراوستروپ در اوایل ۱۹۸۰ در آزمایشگاه بل توسعه یافت. در C++ علاوه بر امکانات جدیدی که به زبان C اضافه شده است، خاصیت شئ‌گرایی را نیز به آن اضافه شده‌است.

با گسترش شبکه و اینترنت، نیاز به زبانی احساس شد که برنامه‌های آن بتوانند برروی هر ماشین و هر سیستم‌عامل دلخواهی اجرا گردد. شرکت سان مایکروسیستمز در سال ۱۹۹۵ میلادی زبان جاوا را برمبنای C و C++ ایجاد کرد که هم اکنون از آن در سطح وسیعی استفاده می‌شود و برنامه‌های نوشته شده به آن برروی هر کامپیوتری که از چاوا پشتیبانی کند (تقریباً تمام سیستم‌های شناخته شده) قابل اجرا می‌باشد. شرکت مایکروسافت در رقابت با شرکت سان، در سال ۲۰۰۲ زبان جدیدی بنام C# (سی شارپ) را ارائه داد که رقیبی برای Java بشمار می‌رود.

برنامه نویسی ساخت یافته

در دهه ۱۹۶۰ میلادی توسعه نرم‌افزار دچار مشکلات عدیده‌ای شد. در آن زمان سبک خاصی برای برنامه نویسی وجود نداشت و برنامه‌ها بدون هیچگونه ساختار خاصی نوشته می‌شدند. وجود دستور پرش (goto) نیز مشکلات بسیاری را برای فهم و درک برنامه توسط افراد دیگر ایجاد می‌کرد، چرا که جریان اجرای برنامه مرتبا دچار تغییر جهت شده و دنبال کردن آن دشوار می‌گردید. لذا نوشتن برنامه‌ها عملی بسیار زمان بر و پرهزینه شده بود و معمولاً اشکال زدایی، اعمال تغییرات و گسترش برنامه‌ها بسیار مشکل بود. فعالیتهای پژوهشی در این دهه باعث بوجود آمدن سبک جدیدی از برنامه نویسی بنام روش ساخت‌یافته گردید؛ روش منظمی که باعث ایجاد برنامه‌هایی کاملاً واضح و خوانا گردید که اشکال‌زدایی و خطایابی آنها نیز بسیار ساده‌تر بود.

اصلی‌ترین نکته در این روش عدم استفاده از دستور پرش (goto) است. تحقیقات بوهم و ژاکوپینی نشان داد که می‌توان هر برنامه‌ای را بدون دستور پرش و فقط با استفاده از ۳ ساختار کنترلی ترتیب، انتخاب و تکرار نوشت.

ساختار ترتیب، همان اجرای دستورات بصورت متوالی (یکی پس از دیگری) است که کلیه زبانهای برنامه نویسی در حالت عادی بهمان صورت عمل می‌کنند.

ساختار انتخاب به برنامه‌نویس اجازه می‌دهد که براساس درستی یا نادرستی یک شرط، تصمیم بگیرد کدام مجموعه از دستورات اجرا شود.

ساختار تکرار نیز به برنامه نویسان اجازه می‌دهد مجموعه خاصی از دستورات را تا زمانیکه شرط خاصی برقرار باشد، تکرار نماید.

هر برنامه ساخت‌یافته از تعدادی بلوک تشکیل می‌شود که این بلوکها به ترتیب اجرا می‌شوند تا برنامه خاتمه یابد (ساختار ترتیب). هر بلوک می‌تواند یک دستور ساده مانند خواندن، نوشتن یا تخصیص مقدار به یک متغیر باشد و یا اینکه شامل دستوراتی باشد که یکی از ۳ ساختار فوق را پیاده‌سازی کنند. نکته مهم اینجاست که درمورد دستورات داخل هر بلوک نیز همین قوانین برقرار است و این دستورات می‌توانند از تعدادی بلوک به شرح فوق ایجاد شوند و تشکیل ساختارهایی مانند حلقه‌های تودرتو را دهند.

نکته مهم اینجاست که طبق قوانین فوق یک حلقه تکرار یا بطور کامل داخل حلقه تکرار دیگر است و یا بطور کامل خارج آن قرار می‌گیرد و هیچگاه حلقه‌های روی هم افتاده نخواهیم داشت.

از جمله اولین تلاشها در زمینه ساخت زبانهای برنامه نویسی ساخت‌یافته، زبان پاسکال بود که توسط پروفسور نیکلاس ورث در سال ۱۹۷۱ برای آموزش برنامه نویسی ساختیافته در محیطهای آموزشی ساخته شد و بسرعت در دانشگاه‌ها رواج یافت. اما بدلیل نداشتن بسیاری از ویژگیهای مورد نیاز مراکز صنعتی و تجاری در بیرون دانشگاه‌ها موفقیتی نیافت.

کمی‌بعد زبان C ارائه گردید که علاوه بر دارا بودن ویژگیهای برنامه نویسی ساختیافته بدلیل سرعت و کارایی بالا مقبولیتی همه گیر یافت و هم اکنون سالهاست که به‌عنوان بزرگ‌ترین زبان برنامه نویسی دنیا شناخته شده است.

مراحل اجرای یک برنامه C

برای اجرای یک برنامه C ابتدا باید آن را نوشت. برای اینکار می‌توان از هر ویرایشگر متنی موجود استفاده کرد و سپس فایل حاصل را با پسوند.C ذخیره نمود (فایلهای C++ با پسوند.CPP ذخیره می‌گردند). به این فایل، کد مبدأ (source code) گفته می‌شود. مرحله بعدی تبدیل کد مبدا به زبان ماشین است که به آن کد مقصد (object code) گفته می‌شود. همانطورکه قبلا نیز گفته شد برای اینکار از یک برنامه مترجم بنام کامپایلر استفاده می‌شود. کامپایلرهای متعددی برای زبان C توسط شرکتهای مختلف و برای سیستم‌عاملهای مختلف نوشته شده است که می‌توانید برحسب نیاز از هریک از آنها استفاده نمایید. اما هنوز برنامه برای اجرا آماده نیست. معمولاً برنامه نویسان از در برنامه‌های خود از یک سری از کدهای از پیش آماده شده برای انجام عملیات متداول (مانند محاسبه جذر و یا سینوس) استفاده می‌کنند که برنامه آنها قبلا نوشته و ترجمه شده است. این برنامه‌ها یا در قالب کتابخانه‌های استاندارد توسط شرکتهای ارائه کننده نرم‌افزار عرضه شده است و یا توسط دیگر همکاران برنامه نویس اصلی نوشته و در اختیار وی قرار داده شده است. در این مرحله باید کد مقصد برنامه اصلی با کدهای مربوط به این برنامه‌های کمکی پیوند زده‌شود. برای اینکار نیاز به یک پیوندزننده (Linker) داریم و نتیجه این عمل یک فایل قابل اجرا خواهد بود (در سیستم‌عامل ویندوز این فایل پسوند.EXE خواهد داشت). مرحله بعدی اجرای برنامه و دادن ورودیهای لازم به آن و اخذ خروجیها می‌باشد. در شکل زیر این مراحل نشان داده شده‌اند.

یک برنامه ساده با ورودی و خروجی

مسلما طی مراحل بالا برای اجرای هر برنامه زمانبر می‌باشد، بهمین دلیل اکثر تولید کنندگان کامپایلرها، محیطهایی را برای برنامه نویسی ارائه کرده‌اند که کلیه مراحل بالا را بطور اتوماتیک انجام می‌دهند.

به این محیطها IDE (Integrated Development Environment) یا محیط مجتمع توسعه نرم‌افزار گفته می‌شود. این محیطها دارای یک ویرایشگر متن می‌باشند که معمولاً دارای خواص جالبی همچون استفاده از رنگهای مختلف برای نشان دادن اجزای مختلف برنامه مانند کلمات کلیدی و قابلیت تکمیل اتوماتیک قسمت‌های مختلف برنامه می‌باشد. پس از نوشتن برنامه و با انتخاب گزینه‌ای مانند Run کلیه عملیات فوق بطور اتوماتیک انجام شده و برنامه اجرا می‌گردد. علاوه براین، این محیطها معمولاً دارای امکانات اشکالزدایی برنامه (Debug) نیز می‌باشند که شامل مواردی همچون اجرای خط به خط برنامه و یا دیدن محتویات متغیرها در زمان اجرا است. چند محیط معروف برنامه نویسی عبارت‌اند از:

• Borland C++ 3.1 برای محیط DOS
• Borland C++ از نسخه ۴ به بالا برای Windows
• Microsoft Visual C++ برای محیط Windows
• Borland C++ Builder برای محیط Windows

خطاهای برنامه نویسی

بنظر می‌رسد خطاها جزء جداناپذیر برنامه‌ها هستند. بندرت می‌توان برنامه‌ای نوشت که در همان بار اول بدرستی و بدون هیچگونه خطایی اجرا شود. اما خطاها از لحاظ تأثیری که بر اجرای برنامه‌ها می‌گذارند، متفاوتند. گروهی ممکن است باعث شوند که از همان ابتدا برنامه اصلاً کامپایل نشود و گروه دیگر ممکن است پس از گذشت مدتها و در اثر دادن یک ورودی خاص به برنامه، باعث یک خروجی نامناسب و یا یک رفتار دور از انتظار (مانند قفل شدن برنامه) شوند. بطور کلی خطاها به دو دسته تقسیم می‌شوند:

1. خطاهای نحوی (خطاهای زمان کامپایل): این خطاها در اثر رعایت نکردن قواعد دستورات زبان C و یا تایپ اشتباه یک دستور بوجود می‌آیند و در همان ابتدا توسط کامپایلر به برنامه نویس اعلام می‌گردد. برنامه نویس باید این خطا را رفع کرده و سپس برنامه را مجدداً کامپایل نماید. لذا معمولاً این قبیل خطاها خطر کمتری را در بردارند.
2. خطاهای منطقی (خطاهای زمان اجرا): این دسته خطاها در اثر اشتباه برنامه نویس در طراحی الگوریتم درست برای برنامه و یا گاهی در اثر درنظر نگرفتن بعضی شرایط خاص در برنامه ایجاد می‌شوند. متأسفانه این دسته خطاها در زمان کامپایل اعلام نمی‌شوند و در زمان اجرای برنامه خود را نشان می‌دهند. بنابراین، این خود برنامه‌نویس است که پس از نوشتن برنامه باید آن را تست کرده و خطاهای منطقی آن را پیدا کرده و رفع نماید. متاسفانه ممکن است یک برنامه‌نویس خطای منطقی برنامه خود را تشخیص ندهد و این خطا پس از مدتها و تحت یک شرایط خاص توسط کاربر برنامه کشف شود. بهمین دلیل این دسته از خطاها خطرناکتر هستند. خود این خطاها به دو دسته تقسیم می‌گردند:
   1. خطاهای مهلک: در این دسته خطاها کامپیوتر بلافاصله اجرای برنامه را متوقف کرده و خطا را به کاربر گزارش می‌کند. مثال معروف این خطاها خطای تقسیم بر صفر می‌باشد.
   2. خطاهای غیرمهلک: در این دسته خطا،d. اجرای برنامه ادامه می‌یابد ولی برنامه نتایج اشتباه تولید می‌نماید. به‌عنوان مثال ممکن است دراثر وجود یک خطای منطقی در یک برنامه حقوق و دستمزد،e. حقوق کارمندان اشتباه محاسبه شود و تا مدتها نیز کسی متوجه این خطا نشود!

با توجه به آنچه گفته شد، در می‌یابیم که رفع اشکال برنامه‌ها بخصوص خطاهای منطقی از مهم‌ترین و مشکلترین وظایف یک برنامه نویس بوده و گاهی حتی سخت‌تر از خود برنامه‌نویسی است! بهمین دلیل است که بسیاری از شرکتها (همانند مایکروسافت) ابتدا نسخهٔ اولیه نرم‌افزار خود را در اختیار کاربران قرار می‌دهند تا اشکالات آن گزارش شده و رفع گردد. بسیار مهم است که در ابتدا سعی کنید برنامه‌ای بنویسید که حداقل خطاها را داشته باشد، در گام دوم با آزمایش دقیق برنامه خود هرگونه خطای احتمالی را پیدا کنید و در گام سوم بتوانید دلیل بروز خطا را پیدا کرده و آنرا رفع نمایید. هر سه عمل فوق کار سختی بوده و نیاز به تجربه و مهارت دارد.

آخرین نکته اینکه در اصطلاح برنامه نویسی به هرگونه خطا، bug و به رفع خطا debug گفته می‌شود.

مدیریت حافظه

یکی از مهمترین توابع زبان‌های برنامه نویسی فراهم آوردن ابزاری جهت ادارهٔ حافظه و اشیا ذخیره شده در حافظه می‌باشد. سی دو راه اصلی برای تخصیص حافظه به اشیا را فراهم می‌کند.

• تخصیص حافظه به صورت اتوماتیک: اشیا موقتی می‌توانند بر روی پشته ذخیره شوند، این فضای اختصاص داده شده به اشیا به صورت اتوماتیک پس از خارج شدن از بلاکی که اشیا در آنها تعریف شده‌اند، آزاد و مجددا قابل استفاده خواهد بود.
• تخصیص حافظه به صورت دینامیک: اندازه‌های اختیاری از بلاک‌های حافظه می‌توانند توسط توابع کتابخانه‌ای همانند تابع malloc از ناحیه‌ای از رم موسوم به هیپ در هنگام اجرای برنامه درخواست بشود. این بلاک‌های حافظه تا زمانیکه متعاقبا توسط تابع free به سیستم باز گردانده نشوند در حافظه باقی می‌مانند. برای تخصیص حافظه به صورت پویا (دینامیک) باید آدرس بلوک حافظه‌ای که توسط تابع malloc گرفته می‌شود را در یک اشاره گر ذخیره کنیم.

ورودی و خروجی

• به خواندن داده‌ها از طریق دستگاه‌های ورودی، ورود اطلاعات به کامپیوتر می‌گویند.
• زبان C شامل توابع متنوعی جهت خواندن داده‌ها است.
• کاراکترها و اعدادی که توسط کاربر تایپ می‌شوند، داده‌های ورودی برنامه‌ها را تشکیل می‌دهند.
• نمایش اطلاعات به کاربر توسط کامپیوتر را خروجی می‌نامند.
• زبان C به کمک دستورهای خروجی امکان نمایش اطلاعات به روی کامپیوتر و چاپگر را فراهم می‌کند.

دستورهای خروجی

برای نوشتن یک متن ساده به روی مانتیور از شکل کلی روبرو استفاده می‌گردد: printf(" ---- "); 1
به عنوان مثال جهت چاپ متن "Hello World" از دستور روبرو استفاده می‌گردد: printf("Hello World"); 2

کلمات کلیدی

auto , double , int , struct , break , else , long , switch , case , enum , register , typedef , char , extern , return , union , const , float , short , unsigned , continue , for , signed , void , default , goto , sizeof , volatile , do , if , static , while

تابع

برنامه‌ای است که برای حل بخشی از مسئله نوشته می‌شود.

با استفاده از توابع می‌توان برنامه‌های ساخت یافته نوشت که وظایف این نوع برنامه‌ها توسط بخش‌های مستقلی که تشکیل دهنده برنامه‌اند انجام می‌شود. این بخش‌های مستقل همان توابع هستند.

امتیازهای برنامه نویسی ساخت یافته عبارتند از:

۱. نوشتن برنامه‌های ساخت یافته آسان است، زیرا برنامه‌های پیچیده به بخش‌های کوچک تری تقسیم می‌شوند و هر بخش توسط تابعی نوشته می‌شود. دستورالعمل‌ها و داده‌های موجود در تابع، مستقل از سایر بخش‌های برنامه است.

۲. همکاری بین افراد را فراهم می‌کند. به طوری که افراد می‌توانند بخش‌های مختلفی از برنامه را بنویسند.

۳. اشکال زدایی برنامه‌های ساخت یافته ساده تر است. اگر برنامه اشکالی داشته باشد، بررسی تابعی که این اشکال در آن به وجود آمده ساده است.

۴. برنامه نویسی ساخت یافته موجب صرفه جویی در وقت می‌شود.

توابع کتابخانه‌ای

C دارای توابعی است که از قبل نوشته شده‌اند، و توابع کتابخانه‌ای نامیده می‌شوند. در واقع فرایندهایی که پر کاربرد هستند و در اغلب برنامه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند به صورت توابع مستقل قبلاً نوشته شده‌اند.

نوشتن توابع

برای نوشتن تابع باید اهداف مشخص باشد.

هر تابع سه بخش دارد:فراخوانی، الگوی تابع، تعریف تابع

تعریف تابع مجموعه‌ای از دستورهاست که عملکرد تابع را مشخص می‌کند.

فراخوانی تابع دستوری است که تابع را فراخوانی می‌کند که با نام تابع انجام می‌شود.

<نوع تابع>یکی از چیزهایی است که توسط کاربر تعریف می‌شود.

نکات مهم در استفاده از توابع

1. الگوی تمام توابع را قبل از تابع ()main اعلان کنید.(البته می‌توانید در خود تابع ()main نیز اعلان کنید.)

۲. نوع توابع را تعیین نمایید.

۳. برای اجرای توابع آنها را با نامشان فراخوانی کنید.

۴. متغیرهای مورد نیاز توابع را در داخل توابع تعریف کنید.

۵. تعریف تابع در داخل تابع دیگر امکان پذیر نیست.

۶. هنگام فراخوانی تابع دقت داشته باشید که تعداد و نوع پارامترها وآرگومان‌ها یکسان باشد.

۷. توابع از نظر تعداد مقادیری که می‌توانند به تابع فراخوان برگردانند به سه دسته تقسیم می‌شوند ۱. توابعی که هیچ مقداری برنمی گردانند ۲. توابعی که یک مقدار برمی گردانند۳. توابعی که چندین مقدار برمی گردانند.

۸. هنگام اعلان الگوی توابع، نیاز به ذکر اسامی پارامترها نیست و ذکر نوع آن‌ها کفایت می‌کند.

9. اگر تابعی فاقد آرگومان است به جای لیست آرگومان‌ها کلمه void قرار دهید.

نکاتی درباره نوشتن توابع

۱. ابتدا بدون پرداختن به جزئیات پیاده‌سازی توابع، آرگومان‌ها و نتیجه‌ای که از توابع انتظار دارید، مشخص کرده و برنامه اصلی را بنویسید.

۲. توابع را طوری طراحی وپیاده سازی کنید که هر تابع فقط به آنچه که نیاز دارد دسترسی داشته باشد و بقیه قسمت‌های برنامه و سایر اطلاعات توسط توابع غیر مرتبط قابل دستیابی نباشد.

۳. برای ارتباط بین توابع از آرگومان‌ها و پارامترها استفاده کنید.

متغیرها

متغیرهای محلی (local):

متغیرهایی که در بدنه تابع معرفی می‌شوند، متغیرهای محلی هستند که فقط در همان^{متن بالانویس} تابعی که معرفی شده‌اند قابل استفاده هستند. پارامترهای تابع نیز که در عنوان تابع معرفی شده‌اند متغیرهای محلی هستند.

متغیرهای سراسری (global):

این متغیرها را می‌توان خارج از توابع مثلاً ابتدای برنامه قبل از تعریف تابع Main یا قبل از تعریف هر تابع دیگر معرفی کرد. متغیرهایی که خارج از توابع معرفی شوند، توسط کلیه توابعی که از آن به بعد تعریف شده‌اند، قابل استفاده‌اند.

پس از هر فراخوانی همین که اجرای تابع خاتمه یافت، متغیرهای محلی آن از بین می‌روند. ولی متغیرهای سراسری تا پایان اجرای تابع mainفعال و قابل استفاده‌اند.

حوزه دسترسی به متغیر:

محدوده‌ای که هر متغیر در آن قابل دسترسی است حوزه دسترسی نامیده می‌شود. متغیرهایی که به صورت محلی در ابتدای تابع معرفی شده‌اند دارای حوزه دسترسی تابع هستند. متغیرهایی که در یک بلوک به طور محلی تعریف شده‌اند دارای حوزه دسترسی بلوک هستند. متغیرهایی که خارج از توابع معرفی شده‌اند دارای حوزه دسترسی فایل می‌باشند.

کلاس‌های حافظه دارای چهار نوع اتوماتیک، ثبات، خارجی، ایستا هستند که به ترتیب توسط کلمات auto،، register، extern و static مشخص می‌شوند.

کلاس‌های حافظه

کلاس حافظه اتوماتیک

متغیرهای دارای این کلاس خصوصیات زیر را دارند:

فقط در همان بلوکی که معرفی شده‌اند قابل دسترسی هستند.

طول عمر آن‌ها به اندازه طول عمر بلوکی است که در آن معرفی شده‌اند. یعنی هنگام ورود به بلوکی که در آن معرفی شده ایجاد می‌شوند، و با خاتمه اجرای بلوک از میان می‌روند.

چنانچه هنگام معرفی به آن‌ها مقدار اولیه داده نشده باشد، دارای مقدار معینی نیست.

کلاس حافظه ثبات

در رابطه با متغیرهایی که با کلاس حافظه ثبات معرفی می‌شوند، به کامپیوتر پیشنهاد می‌شود که آن‌ها را در ثبات پردازنده قرار دهد. اگر پردازنده نتواند ثبات آزادی در اختیار متغیر قرار دهد، کلاس حافظه ثبات بودن آن را ندیده می‌گیرد و با آن مانند یک متغیر با کلاس حافظه اتوماتیک برخورد می‌گردد. بنابراین بهتر است فقط متغیرهایی با کلاس حافظه ثبات معرفی شوند که از آن‌ها زیاد استفاده می‌گردد. مثلاً متغیرهایی که وظیفه کنترل حلقه تکرار را دارند از این دسته می‌توانند باشند.

خصوصیات متغیر دارای کلاس حافظه ثبات:

فقط در همان بلوکی که معرفی شده است قابل دسترسی است.

طول عمر آن به اندازه طول عمر بلوکی است که در آن معرفی شده است. یعنی هنگام ورود به بلوکی که در آن معرفی شده ایجاد می‌شود، و با خاتمه اجرای بلوک از میان می‌رود.

چنانچه هنگام معرفی به آن مقدار اولیه داده نشده باشد، دارای مقدار معینی نیست.

کلاس حافظه خارجی

کلاس حافظه متغیرهایی می‌تواند خارجی باشد که بیرون تابع معرفی شده‌اند.

خصوصیات متغیر دارای این کلاس:

در کلیه توابعی که بعد از معرفی آن قرار دارند، قابل دسترسی هستند.

طول عمر آن تا پایان عمر کل برنامه است. یعنی هنگام معرفی ایجاد می‌شود، و با خاتمه اجرای تابع main از میان می‌رود.

چنانچه هنگام معرفی به آن مقدار اولیه داده نشده باشد، داری مقدار اولیه صفر است.

کلاس حافظه ایستا

متغیری که درون تابع به طور ایستا معرفی شده باشد، مانند سایر متغیرهای محلی، دارای حوزه دسترسی تابع می‌باشد ولی به خاتمه اجرای تابع از میان نمی‌رود و مقدار خود را حفظ می‌کند. به این ترتیب در ورود مجدد به تابع، آخرین مقدار آن محفوظ و دوباره قابل استفاده می‌باشد. متغیرهای دارای کلاس حافظه ایستا هم می‌توانند درون تابع معرفی شوند و هم می‌توانند متغیر سراسری باشند.

خصوصیات این کلاس حافظه:

چنانچه متغیر محلی باشد، تنها در تابعی که معرفی شده است قابل دسترسی می‌باشد. اگر متغیر سراسری باشد، فقط در فایلی که معرفی شده است، آن هم توسط توابعی که پس از آن تعریف شده‌اند قابل دسترسی می‌باشد.

طول عمر آن تا پایان عمر کل برنامه است. یعنی هنگام معرفی ایجاد می‌شود، و با خاتمه اجرای تابع main از میان می‌رود.

چنانچه هنگام معرفی به آن مقدار اولیه داده نشده باشد، دارای مقدار اولیه صفر است.

استفاده از آرایه‌ها در زبان C

بسیاری از موارد پیش می‌آید که برنامه نویس نیاز به استفاده از تعداد زیادی متغیر پیدا می‌کند. مثلا اگر بخواهیم جملات ۱ تا ۱۰۰ سری فیبوناچی را برای استفاده ذخیره کنیم، به صد متغیر نیاز داریم. تعریف این صد متغیر به صورت مستقل و با نام‌های جداگانه کاری سخت و طاقت فرساست و البته معقولانه نیست. به همین خاطر در زبان C قابلیتی پیش بینی شده تا بتواند تعداد دلخواهی متغیر از یک نوع را به راحتی ایجاد کرد.

به این متغیرها که در حافظه پشت سر هم قرار می‌گیرند و همگی از یک نوع هستند آرایه (Array) می گویند. آرایه‌ها کاربردهای بسیار زیادی دارند و همانند دنباله‌ها در ریاضی عمل می‌کنند. همان طور که در ریاضی برای مشخص کردن یک جمله از دنباله از اندیس استفاده می‌کنیم، در C نیز برای مشخص کردن یک متغیر خاص از اندیس استفاده می‌شود.

همان طور که مشاهده می‌کنید خانهٔ پنجم شمارهٔ ۴ دارد و این بدین خاطر است که خانه‌ها از شمارهٔ ۰ تا n-1 (که n تعداد خانه هاست) شماره گذاری می‌شود. پس باید به این مورد دقت کرد. مورد دیگر این که شمارهٔ خانه در [] قرار می‌گیرد. درون علامت آکلاد می‌توان عبارت نیز قرار داد.

همان طور که گفته شد در حافظهٔ رایانه خانه‌های آرایه پشت سر هم قرار می‌گیرند. اندازهٔ هر خانه به اندازهٔ نوع تعریف شده است. مثلا در مثال قبل اگر int دو بایت اشغال کند آرایهٔ array، در کل ۲۰ بایت از حافظه اشغال خواهد کرد. این که خانه‌ها پشت سر هم قرار می‌گیرند ویژگی کارایی است که در بحث اشاره گر‌ها به کار می‌آید.

اشاره گرها در C

یکی از مهم ترین قابلیت‌های زبان C، امکان استفاده از اشاره گر هااست. اشاره گر‌ها کارایی، قدرت و انعطاف پذیری برنامه را بیش تر می‌نمایند. علاوه بر فراهم آوردن امکان نوشتن کدهای برنامهٔ کوتاهتر، غنی تر و کاراتر، گاهی مواردی پیش می‌آید که انجام محاسبات مورد نیاز برنامه تنها توسط اشاره گر‌ها امکان پذیر می‌باشد. به همین دلیل، از این توانایی در برنامه‌های C زیاد استفاده می‌گردد. اگر چه در ظاهر کار با اشاره گر‌ها مشکل است و درک برنامه‌ای که از آن‌ها استفاده شده است ساده نیست، اما در حقیقت اگر از آن‌ها به درستی استفاده گردد، وضوح و سادگی برنامه افزایش می‌یابد.

اشاره گر چیست؟

روش مستقیم دسترسی به حافظه برای ذخیره‌سازی مقداری در آن، و یا بازیابی محتوای ذخیره شده، استفاده از نام متغیر است. همین که متغیری معرفی شد، سیستم بر اساس نوع اعلام شده، تعداد بایت لازم را به آن اختصاص می‌دهد و آدرس متغیر، شماره اولین بایت از مجموعهٔ اختصاص یافته است. پس از آن به راحتی از طریق نام متغیر به محل مورد نظر دسترسی یافته، محتوای آن پردازش می‌گردد. اما گاهی لازم می‌شود به جای نام، آدرس متغیر در اختیار برنامه نویس قرار گیرد تا از طریق آن دستیابی به محل مربوطه صورت گیرد. در زبان C، به راحتی می‌توان آدرس یک متغیر را در اختیار داشت و مقدارش را در حافظه ذخیره نمود تا در زمان نیاز، توسط آن به صورت غیر مستقیم به محل مورد نظر دست یافت. برای این منظور از متغیر اشاره گر استفاده می‌گردد. متغیر اشاره گر، متغیری است که محتوای آن آدرس یک متغیر دیگر است.

انواع متغیرها و داده‌ها در C

زبان C قابلیت‌های زیادی برای کار با داده‌ها دارد. تمام انواع عددی و غیر عددی به صورت کارا در سی یافت می‌شوند. در زیر به اختصار به بعضی اشاره می‌شود:

int

این نوع داده از نوع عددی صحیح (integer) است. در حافظه ۲ بایت اشغال می‌کند ولی برخی کامپایلرها برای آن ۴ بایت در نظر می‌گیرند.

float

این نوع داده از نوع اعشاری است. معمولا در حافظه ۴ بایت اشغال می‌کند و اعداد اعشاری مثبت و منفی را در خود جای می‌دهد.

double

این نوع داده برای استفاده در اعداد اعشاری است که مقدار بیش تری فضا باید اشغال کنند. این نوع داده نیز ۸ بایت اشغال می‌کند.

char

این نوع داده برای ذخیرهٔ کاراکتر استفاده می‌شود و ۱ بایت اشغال می‌کند.

long int

برای داده‌های صحیحی که در حافظه فضای بیش تری اشغال می کنندو ۴ بایت اشغال می‌کند.

short int

برای داده‌های صحیح که نیاز به حافظهٔ زیادی ندارند قابل استفاده است.

unsigned int

این نوع داده از نوع عددی صحیح بدون علامت است.

ساختارها در C

نوع داده‌هایی که تا به حال به آن‌ها برخورد داشته‌ایم مانند int،float،char،... در زبان C به صورت استاندارد تعریف شده‌اند و برنامه نویس مستقیما از آن‌ها برای تعیین نوع استفاده می‌نماید. مثلا C تعداد بایت‌هایی که float اشغال می‌شود. و فرم قرار گرفتن مقدار در حافظه مربوطه، مشخص نیست. ساختار‌ها هنوع دیگری از انواع داده‌ها می‌باشند با این تفاوت که توسط برنامه نویس تعریف می‌شوند.

ساختار چیست؟

در بسیاری از برنامه‌ها، گروهی از داده‌ها در ارتباط با یکدیگر می‌باشند، به گونه‌ای که مجموعهٔ آن‌ها یک واحد اطلاعاتی جامع تری را تشکیل می‌دهد. به عنوان مثال، اطلاعات دانشجو یک واحد اطلاعاتی مرکب است که شامل داده‌هایی نظیر نام، نام خانوادگی، شمارهٔ دانشجویی، معدل و... می‌باشد. معمولا به مجموعه‌ای از داده‌ها که یک واحد اطلاعاتی کامل تر را تشکیل می‌دهند، یک رکورد گفته می‌شود و هر یک از این داده‌ها یک فیلد (field) نامیده می‌شود. خصوصیت یک رکورد آن است که نوع هر یک از فیلدهایش می‌تواند با نوع سایر فیلدهای آن متفاوت باشد. در زبان C برای ذخیره و پردازش یک رکورد، از نوع داده‌ای به نام ساختار (structure) استفاده می‌شود. ساختار یک نوع دادهٔ مرکب است که مجموعه‌ای از چند نوع داده می‌باشد. داده‌های تشکیل دهنده ساختار را اعضا (members) آن می‌نامند. در حقیقت عضوهای ساختار، همان فیلدهای رکورد هستند. نوع ساختار به صورت استاندارد تعریف نشده است. برنامه نویس بر اساس نوع و تعداد عضوهای تشکیل دهندهٔ ساختار، آن را در متن برنامه تعریف می‌کند

خود فراخوانی

به فرایندی گفته می‌شود که طی آن از درون یک تابع همان تابع فراخوانی گردد.

مثال‌هایی از برنامه نویسی به زبان C

برای آشنایی بیش تر با تمرینات C برنامه‌هایی در زیر برای شما قرار می‌گیرد:

1. برنامه‌ای که ضرب دو عدد m رقمی در n رقمی را انجام می‌دهد.

m multi n

۲. برنامه‌ای که ماتریسی ۶*۶ را می‌خواند و سپس اولین بزگترین مقداری که از میانگین داده‌ها کوچک تر است با شمارهٔ خانهٔ آن چاپ می‌کند.

MAX of means

۳. برنامه‌ای که ماتریسی ۴*۵ را می‌خواند سپس خود آن و ترانهاده اش را چاپ می‌کند، سپس حاصل ضرب آن‌ها را نیز به دست می‌آورد.

Matt Multi

یک برنامه نمونه

در این قسمت برای آشنایی اولیه با زبان C یک برنامه نمونه آورده شده است که بدون هیچ تغییری در محیط BorlandCPP قابل اجرا است.

// This Program Computes the Area of a Circle
# include <stdio.h>
void main() {
  int radius;
  float area;
 
  printf("please enter radius: ");
  scanf("%d", &radius);
  area = radius * 3.14 * radius;
  printf("Area is %f \n", area);
 
}

please enter radius: 10
Area is 62.8

درمورد برنامه فوق به نکات زیر توجه کنید:

• خط اول یک توضیح درمورد برنامه است. در زبان C برای توضیحات یک خطی از علامت // استفاده می‌گردد. اما چنانچه توضیحات بیش از یک خط بود، آن را با علامت /* شروع کرده و با */ پایان دهید. کامپایلر از این توضیحات صرفنظر خواهد کرد. این توضیحات باعث می‌شوند که برنامه شما خواناتر شده و دیگران بهتر آن را درک کنند.
• هر دستوری که با علامت # شروع شود، یک دستور C نیست، بلکه جزو دستورات پیش پردازنده محسوب می‌گردد. دستورات پیش پردازنده دستوراتی هستند که توسط کامپایلر قبل از شروع به کامپایل انجام می‌شوند. به‌عنوان مثال دستور #include باعث می‌شود که تعاریف اولیه مربوط به توابعی (زیربرنامه‌هایی) که قصد استفاده از آنها را داریم به برنامه اضافه شود. در مثال بالا برای استفاده از توابع printf و scanf که در کتابخانه استاندارد C تعریف شده‌اند، فایل سرآمد stdio.h را که این توابع در آن تعریف شده‌اند را استفاده کرده‌ایم.
• هر برنامه C باید دارای تابعی به نام main باشد که اجرای برنامه از آن شروع می‌شود و در حقیقت همان برنامه اصلی است. البته می‌توان هر تعداد دیگری تابع (زیربرنامه) نیز تعریف کرد، اما وجود تابع main الزامی است. دقت کنید که گرچه این تابع پارامتر ورودی ندارد، اما از پرانتز باز و بسته تنها استفاده شده است. در این برنامه چون تابع main دارای ورودی و خروجی نمی‌باشد قبل از این تابع و نیز در داخل پرانتز main از کلمه void استفاده می‌شود.
• در زبان C هر بلوک برنامه با علامت { آغاز شده و با } پایان می‌یابد. این دو معادل دستورات begin و end در زبانهای دیگر ازجمله پاسکال می‌باشند که برای سادگی زبان انتخاب شده‌اند.
• دو خط بعدی به تعریف متغیرهای radius و area می‌پردازد. در زبان C قبل از استفاده از هر متغیری باید آن را اعلان نمایید. اعلان متغیر شامل نام و نوع متغیر است. در مثال فوق، متغیر radius از نوع عدد صحیح (integer) و متغیر area از نوع عدد اعشاری (float) تعریف شده‌اند.
• توابع printf و scanf جزو کتابخانه استاندارد C محسوب می‌گردند و به ترتیب برای چاپ اطلاعات در خروجی استاندارد (نمایشگر) و دریافت اطلاعات از ورودی استاندارد (صفحه کلید) استفاده می‌شوند. برای چاپ رشته مورد نظر باید آنها را در داخل علامت " قرار داد.
• دقت کنید که در پایان هر دستورالعمل از علامت؛ استفاده شده است. در مجموع C یک زبان قالب آزاد است و شما می‌توانید دستورات را به هر نحوی که دوست دارید قرار دهید (مثلاً چند دستور در یک خط از برنامه). تنها چیزی که نشان‌دهنده پایان یک دستور است، علامت؛ است (و نه انتهای خط).
• از آنجا که C یک زبان قالب آزاد است، می‌توان با استفاده از مکان نوشتن دستورات شکل بهتری به برنامه داد. به‌عنوان مثال دقت کنید که پس از شروع تابع main، دستورات حدود ۳ کاراکتر جلوتر نوشته شده‌اند. به این نحوه نوشتن دستورات، دندانه‌گذاری می‌گویند. بطور کلی هربار که بلوک جدیدی آغاز می‌شود، باید آن را کمی‌جلوتر برد. این مسئله باعث جدا شدن بلوکها از یکدیگر و خوانایی بهتر برنامه می‌شود.
• در پایان برنامه و در داخل مستطیل خاکستری، یک نمونه از اجرای برنامه که شامل یک ورودی و خروجی نمونه است، آورده شده است.

منابع

• ویکی‌پدیای انگلیسی، C programming language .
• برنامه نویسی به زبان C، تالیف : هایده علی آبادی (عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر)
• برنامه‌نویسی به زبان سی، جعفر نژاد قمی
• کتاب برنامه نویسی با c، تالیف : بایرون اس.گاتفرید ترجمه : حسین ابراهیم زاده قلزم