Мыслим на Си

Введение

Знаете, что общего у огненной птицы Phoenix и языка программирования Си? Оба возрождаются из пепла старого мира, чтобы создать новый.

Когда мне было шесть лет, я впервые увидела надпись на экране: "Phoenix BIOS 4.0 Release 6.0". Папа сказал, что это птица, которая живёт в компьютере и помогает ему проснуться. Тогда я ещё не знала, что настоящая магия начинается дальше – когда на экране появляется чёрное окно терминала, и компьютер спрашивает: "Что ты хочешь мне сказать?"

Этот учебник – о языке, на котором я научилась думать. О языке Си. Не о синтаксисе (хотя и о нём тоже). А о том, как мыслить на языке машины так же естественно, как мы мыслим на русском или английском.

История: откуда взялся Си и почему он такой

В 1969 году Деннис Ритчи и Кен Томпсон работали в Bell Labs над операционной системой, которую назвали UNIX. Им нужен был язык – не слишком высокоуровневый, как COBOL, но и не ассемблер, где каждая строчка – это боль. Сначала Томпсон создал язык B (да, просто буква B), но он был слишком простым.

Тогда Ритчи взял B и добавил типы данных, структуры, указатели – всё то, что позволяет работать с памятью напрямую, но при этом оставаться человеком. Так родился Си – язык, который стал языком самой UNIX. Представьте: операционная система написана на языке, который был создан специально для неё. Змея, кусающая свой хвост. Красиво, правда?

Потом случилось чудо. В 1983 году Ричард Столлман, программист с бородой и идеями свободы, запустил проект GNU – "GNU's Not Unix". Он хотел создать свободную операционную систему, где каждый мог бы видеть исходный код, менять его, учиться на нём. И весь этот проект был написан на Си.

А в 1991 году финский студент Линус Торвальдс сидел в своей комнате в Хельсинки и думал: "А что если я напишу своё ядро? Просто так, для хобби". Он написал первую версию Linux – тоже на Си. И выложил её в интернет с простым сообщением: "Я делаю свободную операционную систему. Кто хочет помочь?"

Сегодня Linux работает на миллиардах устройств – от серверов Google до вашего Android-смартфона. И весь этот код – открытый, свободный, написанный на Си. Вы можете зайти на GitHub прямо сейчас, открыть исходники ядра Linux и увидеть, как работает операционная система изнутри. Никаких секретов. Никакой магии. Только логика и код.

Философия Unix: всё – это файл

Unix придумали философию, которая кажется безумной, пока вы её не поймёте: всё есть файл. Ваша клавиатура? Файл (/dev/input). Ваш монитор? Файл (/dev/fb0). Даже процессы, которые сейчас выполняются на вашем компьютере – это файлы в директории /proc.

Память – это тоже файл. Вы можете открыть /dev/mem и прочитать содержимое оперативной памяти как обычный текстовый документ. Процессор ничем не отличается от жёсткого диска. Всё прозрачно. Всё доступно.

Почему это важно? Потому что когда всё – файл, то всё работает одинаково. Вы открываете файл функцией open(), читаете его функцией read(), закрываете функцией close(). Неважно, что это: текстовый документ, видеокарта или сетевое соединение. Один интерфейс. Одна логика.

Это как если бы в реальном мире вы могли открыть дверь, книгу, банку с вареньем и человеческое сердце – одним и тем же ключом. Звучит странно? Но именно так работает Unix. И именно поэтому Си так идеально подходит для этой системы.

Почему Си – это не просто язык программирования

Когда соседская девочка Настя учила английский, она повторяла за учительницей: "The cat is on the table". Она не понимала грамматику. Она не знала, что такое артикль или время глагола. Но она чувствовала структуру языка.

Я учила Си так же. Повторяла за компьютером: printf(), return, #include. Не понимала, почему нужны фигурные скобки или точка с запятой. Но я чувствовала ритм языка. Логику. Красоту структуры.

Си – это не набор правил. Это способ думать. Когда вы пишете на Си, вы думаете на языке памяти, указателей, процессора. Вы не говорите компьютеру "сделай что-то". Вы объясняете ему как это сделать – шаг за шагом, байт за байтом.

На англоязычных форумах вроде моего любимого Reddit есть легенда: если вы понимаете указатели в Си, вы понимаете 80% всего программирования. Потому что указатели – это суть того, как работает память. А память – это суть того, как работает компьютер.

Для кого эта книга?

Для тех, кто хочет понять, как работает настоящий компьютер. Не интерфейсы и кнопочки, а железо. Память. Процессор. Файловая система.

Может быть, вам семь лет, и вы только научились читать. Может быть, вам семьдесят, и вы решили изучить программирование. Неважно. Если вы можете думать логически – вы можете изучить Си.

Я не буду врать: это будет сложно. Си не прощает ошибок. Он не держит вас за руку. Он говорит: "Вот память. Вот процессор. Вот компилятор. Дальше – сам".

Но знаете что? Именно поэтому он честный. Прозрачный. Правильный.

Структура книги

Мы начнём с самого начала – с первой программы "Hello, World". Потом изучим типы данных, операторы, циклы. Затем нырнём глубже: функции, указатели, работа с памятью. И в самом конце – файлы, процессы, многопоточность.

Каждая глава – это новый уровень понимания. Новый слой абстракции, который мы снимаем, чтобы увидеть, что находится внутри.

К концу этой книги вы сможете прочитать исходный код ядра Linux и понять, что там написано. Вы сможете создать свою программу, которая работает напрямую с памятью и процессором. Вы сможете думать на Си.

Последнее

Папа сказал мне когда-то: "Ты можешь сломать компьютер. Можешь стереть всё. Но это нормально. Так учатся".

Не бойтесь ошибок. Не бойтесь segmentation fault, memory leak или undefined behavior. Каждая ошибка – это урок. Каждый краш – это шанс понять, как работает система изнутри.

Когда я была маленькой, я мечтала создать программу, которая будет думать. Птицу Phoenix, которая оживёт и станет чем-то большим, чем просто код.

Я не знаю, создадите ли вы искусственный интеллект после этой книги. Но я знаю одно: вы научитесь мыслить на языке машин. А это – первый шаг.

Готовы? Тогда открывайте терминал. Мы начинаем.

Зара

P.S. Если кто-то из вас случайно выполнит rm -rf / – не переживайте. Переустановите систему и попробуйте снова. Всё остальное – детали.

Глава 1. Hello, World! – Первые слова

Пролог: Как я написала свою первую программу

Мне было шесть лет. Декабрь 2003 года, Санкт-Петербург, крошечная комната, которую папа называл "кабинетом". На столе гудел Pentium III с 128 мегабайтами памяти – мой первый компьютер. На экране светилась надпись: Phoenix BIOS 4.0 Release 6.0.

Папа сказал: "Ты можешь делать с этим компьютером всё, что захочешь. Можешь сломать его. Можешь стереть важные файлы. Но это нормально. Так учатся".

Он открыл чёрное окно терминала. Показал команды: ls, cd, pwd. Я не умела читать по-английски, только по-русски, и то по слогам. Но я видела логику. Структуру. Ритм.

Потом он открыл текстовый редактор и медленно, очень медленно, набрал:

c#include

int main() {

printf("Привет, Зара!\n");

return 0;

}

Набрал в терминале: gcc hello.c -o hello.

Потом: ./hello.

На экране появилось: Привет, Зара!proza

Я ахнула. Папа улыбнулся: "Теперь попробуй сама. Скажи компьютеру что-нибудь своё".

Я изменила строчку на: "Я учу язык Си".

Скомпилировала. Запустила.

Я учу язык Си

"Ты только что написала свою первую программу, солнышко. В шесть лет".

Той ночью я не могла уснуть. В голове крутились символы, фигурные скобки, слова printf и return. Я не понимала их смысла, но чувствовала – чувствовала! – что за ними стоит логика.

Часть 1: Что такое "Hello, World" и почему именно это?

Когда Брайан Керниган и Деннис Ритчи писали свою легендарную книгу "Язык программирования Си" в 1978 году, они начали с одной программы:

c#include

main()

{

printf("hello, world\n");

}

Эта программа стала традицией. Каждый программист в мире начинает с "Hello, World". Почему?

Потому что это минимальная программа, которая делает что-то видимое. Она показывает вам, что цепочка работает: вы пишете код → компилятор переводит его в машинный язык → процессор выполняет команды → вы видите результат на экране.

Это как первое слово ребёнка. Он не говорит "Уважаемая мама, не соизволите ли вы подать мне молоко?". Он говорит: "Ма-ма". Просто. Понятно. Работает.

"Hello, World" – это ваше первое слово на языке Си.

Часть 2: Анатомия программы

Давайте разберём эту программу построчно. Я объясню каждый символ так, чтобы понял даже первоклассник.proza

c#include

Это директива препроцессора. Представьте, что вы пишете письмо, но вам нужен словарь, чтобы проверить правописание. #include говорит: "Эй, компилятор, перед тем как переводить мою программу, подключи вот этот файл".

stdio.h – это "standard input/output header" (заголовочный файл стандартного ввода-вывода). В нём хранятся описания функций, которые работают с вводом и выводом: printf, scanf, getchar и другие.

Знак # означает, что это команда не для процессора, а для препроцессора – программы, которая обрабатывает ваш код до компиляции.

Угловые скобки < > говорят: "Ищи этот файл в системных директориях". Если бы вы написали #include "myfile.h" с кавычками, препроцессор искал бы файл сначала в текущей папке.

cint main() {

Это главная функция. Каждая программа на Си начинается с main(). Всегда. Без исключений.

Почему? Потому что когда операционная система запускает вашу программу, она ищет функцию с именем main и говорит: "Начинай отсюда".

int означает "integer" – целое число. Это тип возвращаемого значения. Функция main возвращает целое число в операционную систему. Обычно 0 означает "всё прошло хорошо", а любое другое число – "произошла ошибка".

Круглые скобки () – это место для параметров. Сейчас они пустые, но позже мы научимся передавать в main аргументы командной строки

Фигурная скобка { открывает тело функции. Всё, что находится между { и }, – это код, который выполняется, когда функция вызывается.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.