Base de connaissances

Le C est un langage de programmation impératif et généraliste. Inventé au début des années 1970 pour réécrire UNIX, C est devenu un des langages les plus utilisés. De nombreux langages plus modernes comme C++, Java et PHP reprennent des aspects de C.

Histoire

Le langage C a été inventé au cours de l'année 1972 dans les Laboratoires Bell. Il était développé en même temps que UNIX par Dennis Ritchie et Ken Thompson. Ken Thompson avait développé un prédécesseur de C, le langage B, qui est lui-même inspiré de BCPL. Dennis Ritchie a fait évoluer le langage B dans une nouvelle version suffisamment différente, en ajoutant notamment les types, pour qu'elle soit appelée C.

Bien que C soit officiellement inspiré de B et de BCPL, on note une forte influence de PL/I (ou de PL360) ; on a pu dire que C était à Unix et au PDP-11 ce que PL1 fut pour la réécriture de Multics.

Par la suite, Brian Kernighan aida à populariser le langage C. Il procéda aussi à quelques modifications de dernière minute.

En 1978, Kernighan fut le principal auteur du livre The C Programming Language décrivant le langage enfin stabilisé ; Ritchie s'était occupé des appendices et des exemples avec Unix. On appelle aussi ce livre « le K&R », et l'on parle de C traditionnel ou de C K&R lorsqu'on se réfère au langage tel qu'il existait à cette époque.

Normalisation

En 1983, l'Institut national américain de normalisation (ANSI) a formé un comité de normalisation (X3J11) du langage qui a abouti en 1989 à la norme dite ANSI C ou C89 (formellement ANSI X3.159-1989). En 1990, cette norme a également été adoptée par l'Organisation internationale de normalisation (C90, C ISO, formellement ISO/CEI 9899:1990). ANSI C est une évolution du C K&R qui reste extrêmement compatible. Elle reprend quelques idées de C++, notamment la notion de prototype et les qualificateurs de type.

Entre 1994 et 1996, le groupe de travail de l'ISO (ISO/CEI JTC1/SC22/WG14) a publié deux correctifs et un amendement à C90 : ISO/CEI 9899/COR1:1994 Technical Corrigendum 1, ISO/CEI 9899/AMD1:1995 Intégrité de C et ISO/CEI 9899/COR1:1996 Technical Corrigendum 2. Ces changements assez modestes sont parfois appelés C89 avec amendement 1, ou C94 / C95. Trois fichiers d'entêtes ont été ajoutés, dont deux concernant les caractères larges et un autre définissant un certain nombre de macros en rapport avec la norme de caractères ISO 646.

En 1999, une nouvelle évolution du langage est normalisée par l'ISO : C99 (formellement ISO/CEI 9899:1999). Les nouveautés portent notamment sur les tableaux de taille variable, les pointeurs restreints, les nombres complexes, les littéraux composés, les déclarations mélangées avec les instructions, les fonctions inline, le support avancé des nombres flottants, et la syntaxe de commentaire de C++. La bibliothèque standard du C99 a été enrichie de six fichiers d'en-tête depuis la précédente norme.

En 2011, l'ISO ratifie une nouvelle version du standard: C11, formellement ISO/CEI 9899:2011. Cette évolution introduit notamment le support de la programmation multi-thread, les expressions à type générique, et un meilleur support d'Unicode.

Caractéristiques générales

C'est un langage de programmation impératif et généraliste. C est qualifié de langage de bas niveau dans le sens où chaque instruction du langage est conçue pour être compilée en un nombre d'instructions machine assez prévisible en termes d'occupation mémoire et de charge de calcul. En outre, il propose un éventail de types entiers et flottants conçus pour pouvoir correspondre directement aux types de donnée supportés par le processeur. Enfin, il fait un usage intensif des calculs d'adresse mémoire avec la notion de pointeur.

Hormis les types de base, C supporte les types énumérés, composés, et opaques. Il ne propose en revanche aucune opération qui traite directement des objets de plus haut niveau (fichier informatique, chaîne de caractères, liste…). Ces types plus évolués doivent être traités en manipulant des pointeurs et des types composés. De même, le langage ne propose pas en standard la gestion de la programmation orientée objet, ni de système de gestion d'exceptions. Il existe des fonctions standards pour gérer les entrées-sorties et les chaîne de caractères, mais contrairement à d'autres langages, aucun opérateur spécifique pour améliorer l'ergonomie. Ceci rend aisé le remplacement des fonctions standards par des fonctions spécifiquement conçues pour un programme donné.

Ces caractéristiques en font un langage privilégié quand on cherche à maîtriser les ressources matérielles utilisées, le langage machine et les données binaires générées par les compilateurs étant relativement prévisibles. Ce langage est donc extrêmement utilisé dans des domaines comme la programmation embarquée sur microcontrôleurs, les calculs intensifs, l'écriture de systèmes d'exploitation et les modules où la rapidité de traitement est importante. Il constitue une bonne alternative au langage d'assemblage dans ces domaines, avec les avantages d'une syntaxe plus expressive et de la portabilité du code source. Le langage C a été inventé pour écrire le système d'exploitation UNIX, et reste utilisé pour la programmation système. Ainsi le noyau de grands systèmes d'exploitation comme Windows et Linux sont développés en grande partie en C.

En contrepartie, la mise au point de programmes en C, surtout s'ils utilisent des structures de données complexes, est plus difficile qu'avec des langages de plus haut niveau. En effet, dans un souci de performance, le langage C impose à l'utilisateur de programmer certains traitements (libération de la mémoire, vérification de la validité des indices sur les tableaux…) qui sont pris en charge automatiquement dans les langages de haut niveau.

Dépouillé des commodités apportées par sa bibliothèque standard, C est un langage simple, et son compilateur l'est également. Cela se ressent au niveau du temps de développement d'un compilateur C pour une nouvelle architecture de processeur : Kernighan et Ritchie estimaient qu'il pouvait être développé en deux mois car « on s'apercevra que les 80 % du code d'un nouveau compilateur sont identiques à ceux des codes des autres compilateurs existant déjà. ».

Qualités et défauts

C'est un des langages les plus utilisés car :

• il existe depuis le début des années 1970 ;
• il est fondé sur un standard ouvert ;
• de nombreux informaticiens le connaissent ;
• étant du plus bas niveau portable possible, il permet la minimisation de l'allocation mémoire nécessaire et la maximisation de la performance, notamment par l'utilisation de pointeurs ;
• des compilateurs et bibliothèques logicielles existent sur la plupart des architectures;
• il a influencé de nombreux langages plus récents dont C++, Java et PHP ; sa syntaxe en particulier est largement reprise ;
• il met en œuvre un nombre restreint de concepts, ce qui facilite sa maîtrise et l'écriture de compilateurs simples et rapides ;
• il ne spécifie pas rigidement le comportement du fichier exécutable produit, ce qui aide à tirer parti des capacités propres à chaque ordinateur ;
• il permet l'écriture de logiciels qui n'ont besoin d'aucun support à l'exécution (ni bibliothèque logicielle ni machine virtuelle), au comportement prévisible en temps d'exécution comme en consommation de mémoire vive, comme des noyaux de système d'exploitation et des logiciels embarqués.

Ses principaux inconvénients sont :

• le peu de vérifications offertes à par les compilateurs d'origine (K&R C), et l'absence de vérifications à l'exécution, ce qui fait que des erreurs qui pourraient être automatiquement détectées lors du développement ne le sont que plus tard, souvent au prix d'un plantage du logiciel ;
  • des vérifications sont ajoutées avec le temps, mais elles restent partielles ;
• son approche de la modularitérestée au niveau de ce qui se faisait au début des années 1970, et largement dépassée depuis par d'autres langages :
  • il ne facilite pas la programmation orientée objet ;
  • il ne permet pas de créer des espaces de noms ;
• la gestion d'exceptions très sommaire ;
• le support très limité de la généricité, malgré l’introduction des expressions à type générique en C11 ;
• les subtilités de l'écriture de programmes portables, car le comportement exact des exécutables dépend de l'ordinateur cible ;
• le support minimaliste de l'allocation de mémoire et des chaîne de caractères, ce qui oblige les programmeurs à s'occuper de détails fastidieux et sources de bugs ; il n'y a notamment pas de ramasse-miettes standard ;
• les bugs graves qui peuvent être causés par un simple manque d'attention du développeur ; tel le dépassement de tampon qui constitue une faille de sécurité informatique exploitable par les logiciels malveillants ;
• certaines erreurs ne peuvent être détectées automatiquement qu'à l'aide d'outils supplémentaires et non standardisés, comme lint et Valgrind.