Lenguaje de programación C

C es un lenguaje de programación creado en 1969 por Ken Thompson y Dennis M. Ritchie en los Laboratorios Bell como evolución del anterior lenguaje B, a su vez basado en BCPL. 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 software de sistemas, aunque también se utiliza para crear aplicaciones.

Se trata de un lenguaje débilmente tipado de medio nivel pero con muchas características de bajo nivel. 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 muy 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. En la práctica, los programadores suelen usar elementos no-portables dependientes del compilador o del sistema operativo.

Historia

El desarrollo inicial de C se llevó a cabo en los Laboratorios Bell de AT&T entre 1969 y 1973; según 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:

• El desarrollo de C fue el resultado del deseo de los programadores de jugar con Space Travel. Habían estado jugando en el mainframe de su compañía, pero debido a su poca capacidad de proceso y al tener que soportar 100 usuarios, Thompson y Ritchie no tenían suficiente control sobre la nave para evitar colisiones con los asteroides. Por ese motivo decidieron portar el juego a un PDP-7 de la oficina que no se utilizaba; pero esa máquina no tenía sistema operativo, así que decidieron escribir uno. Finalmente decidieron portar el sistema operativo del PDP-11 que había en su oficina, pero era muy costoso, pues todo el código estaba escrito en lenguaje ensamblador. Entonces decidieron usar un lenguaje de alto nivel y portable para que el sistema operativo se pudiera portar fácilmente de un ordenador a otro. Consideraron usar B, pero carecía de las funcionalidades necesarias para aprovechar algunas características avanzadas del PDP-11. Entonces empezaron a crear un nuevo lenguaje, C.
• La justificación para obtener el ordenador original que se usó para desarrollar Unix fue crear un sistema que automatizase el archivo de patentes. La versión original de Unix se desarrolló en lenguaje ensamblador. Más tarde, el lenguaje C se desarrolló para poder reescribir el sistema operativo.

En 1973, el lenguaje C se había vuelto tan potente que la mayor parte del kernel Unix, originalmente escrito en el lenguaje ensamblador PDP-11/20, fue reescrita en C. Éste 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).

El C de Kernighan y Ritchie

En 1978, Ritchie y Brian Kernighan publicaron la primera edición de El lenguaje de programación C. Este libro fue durante años la especificación informal del lenguaje. 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 tipo de datos struct.
• El tipo de datos long int.
• El tipo de datos unsigned int.
• Los operadores =+ y =- fueron sustituidos por += y -= para eliminar la ambigüedad semántica de expresiones como i=-10, que se podría interpretar bien como i =- 10 o bien como i = -10.

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 estas primeras versiones de C, las únicas funciones que necesitaban ser declaradas si se usaban antes de la definición de la función eran las que retornaban valores no enteros. Es decir, se presuponía que una función que se usaba sin declaración previa devolvería un entero.

ANSI C e ISO C

A finales de la década de 1970, C empezó a sustituir a BASIC en 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 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 el 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 e 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++:

C99

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:

• Funciones inline.
• Las variables pueden declararse en cualquier sitio (como en C++), en lugar de poder declararse sólo tras otra declaración o al comienzo de una declaración compuesta.
• Muchos tipos de datos, incluyendo long long int (para reducir el engorro de la transición de 32 bits a 64 bits), un tipo de datos booleano, y un tipo complex que representa números complejos.
• Arrays de longitud variable.
• Soporte para comentarios de una línea que empiecen con //, como en BCPL o en C++, característica para la que muchos compiladores habían dado soporte por su cuenta.
• muchas funciones nuevas, como snprintf()
• muchos headers nuevos, como stdint.h.

Una consideración importante es que hasta la publicación de este estándar, C había sido mayormente un subconjunto estricto del C++. Era muy sencillo "actualizar" un programa de C hacia C++ y mantener ese código compilable en ambos lenguajes. Sin embargo, el nuevo estándar agrega algunas características que C++ no admite, como por ejemplo los inicializadores estáticos de estructuras. También define al tipo "bool" de una manera que no es exactamente la del C++.

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 peor acogida entre algunos desarrolladores de compiladores, como Microsoft y Borland, que se han centrado en C++. Brandon Bray, de Microsoft, dijo a este respecto: "En general, hemos visto poca demanda de muchas características de C99. Algunas características tienen más demanda que otras, y consideraremos incluirlas en versiones futuras siempre que sean compatibles con C++."

Ventajas

• Lenguaje muy eficiente puesto que es posible utilizar sus características de bajo nivel para realizar implementaciones óptimas.
• A pesar de su bajo nivel es el lenguaje más portado en existencia, habiendo compiladores para casi todos los sistemas conocidos.
• Proporciona facilidades para realizar programas modulares y/o utilizar código o bibliotecas existentes.

Variantes

Desde el inicio del lenguaje han surgido varias ramas de evolución que han generado varios lenguajes:

• Objective-C es un primer intento de proporcionar soporte para la programación orientada a objetos en C, de escasa difusión, pero actualmente usado en Mac OS X y GNUstep.
• C++ diseñado por Bjarne Stroustrup fue el segundo intento de proporcionar orientación a objetos a C y es la variante más difundida y aceptada. Esta versión combina la flexibilidad y el acceso de bajo nivel de C con las características de la programación orientada a objetos como abstracción, encapsulación y ocultación.

También se han creado numerosos lenguajes inspirados en la sintaxis de C, pero que no son compatibles con él:

• Java, que une la sintaxis del C a una orientación a objetos más similar a la de Smalltalk y Objective C.
• JavaScript, un lenguaje de scripting creado en Netscape e inspirado en la sintaxis de Java diseñado para dar a las páginas web mayor interactividad. A la versión estandarizada se la conoce como ECMAScript.
• C# (pronunciado C Sharp) es un lenguaje desarrollado por Microsoft derivado de C/C++ y Java.

Proceso de compilación

La compilación de un programa C se realiza en varias fases que normalmente son automatizadas y ocultadas por los entornos de desarrollo:

1. Preprocesado consistente en modificar el código fuente en C según una serie de instrucciones (denominadas directivas de preprocesado) simplificando de esta forma el trabajo del compilador. Por ejemplo, una de las acciones más importantes es la modificación de las inclusiones (#include) por las declaraciones reales existentes en el fichero indicado.
2. Compilación que genera el código objeto a partir del código ya preprocesado.
3. Enlazado que une los códigos objeto de los distintos módulos y bibliotecas externas (como las bibliotecas del sistema) para generar el programa ejecutable final.