Введение в язык программирования С (Си) для микроконтроллеров

В этой статье будут рассмотрены основные сведение о языке С, структура программы на языке С, дано понятие о функциях, операторах и комментариях данного языка программирования.

История создания языка C (Си)

Язык программирования C (Си) появился «стихийно» – ни одна компания не заказывала создания подобного языка. Его первая версия появилась на свет в 1972 г. в фирме Bell Laboratories, написал ее теперь уже всемирно известный программист Деннис Ритчи (Dennis MacAlistair Ritchie).

Ритчи рассчитывал, что созданный им язык программирования будет востребован в операционной системе UNIX, которая тогда была еще новинкой. Конечно, создавать новый язык Ритчи помогали и другие его коллеги программисты, но именно он внес наибольший вклад в становление этого языка. К новому языку первоначально не выдвигалось никаких требований, перед ним не ставилось никаких задач, фактически он возник как результат дружеского соревнования между небольшим кругом программистов.

Название C (Си) появилось так же стихийно, как и сам язык. Фактически, он стал преемником ранее созданного языка В (Би), разработанного автором операционной системы UNIX Кеном Томпсоном. В свою очередь, язык Би во многом был похож на языке BCPL, разработанный в Кембриджском университете. А язык BCPL основывался на идеях «старого как мир» Алгола-60.

Первым неформальным стандартом языка Си стало издание в 1978 г. книги Брайана Кернигана и Денниса Ритчи с названием «The ‘C’ Programming Language». Первоначально книга была издана в США, но потом была переведена и многократно переиздавалась во многих других странах мира. В 1989 г. язык Си был стандартизован ANSI (American National Standards Institute – американский национальный институт стандартов) и ISO (International Standard Organization — международная организация по стандартизации).

Но время шло и у пользователей языка Си появилась потребность в реализации новых функций, не поддерживавшихся языком. Учитывая все это, Бьерн Страуструп в начале 80-х (работавший все в той же самой Bell Laboratories) принял решение о расширении возможностей языка Си, который первоначально назвали как «Си с классами». Но в дальнейшем за его модификацией языка закрепилось другое название — Си++. Это название сохранилось за ним вплоть до настоящего времени.

Общие сведения о языке C (Си)

В настоящие дни C (Си) является многофункциональным языком программирования высокого уровня, подобным таким языкам как Pascal или Python, но в отличие от них он имеет возможность работы с командами низкого уровня, подобно языку ассемблера. Программу на языке С можно скомпилировать в машинный код практически для любого известного микропроцессора. Не исключением стали и микроконтроллеры – сейчас по популярности использования (особенно для начинающих) язык Си обогнал в них доминировавший до этого язык ассемблера. Программирование на языке С поддерживает и самая популярная в настоящее время программная платформа Atmel Studio (!!!!!!) для микроконтроллеров семейства AVR.

Сейчас уже можно с уверенностью сказать, что язык С стал своеобразным фундаментом, на котором строится все современное программирование – чего стоят хотя бы «Visual C» и «C Sharp». Основанные на нем языки программирования сейчас занимают доминирующее положение в мире программирования. А все началось с удачной структуры языка, разработанной в 1972 г. Деннисом Ритчи.

Файлы программ на языке Си имеют расширение .C, а простейшая структура программы выглядит следующим образом.

#include <avr/io.h> /* заголовок */

int main(void) /* главная функция: начало программы */

{ /* открывающая скобка в начале программы */

оператор программы;
оператор программы;
…
оператор программы;

} /* закрывающая скобка в конце программы */

Комментарии являются необязательным элементом программы, но они крайне желательны для лучшего понимания ее сути.

Назначение основных элементов программы на языке C (Си)

Заголовки

В представленной на рисунке структуры программы на языке С строка #include <avr/io.h> является заголовком. Заголовки содержат специализированную информацию для компилятора об общих условиях выполнения программы и требуемых ей ресурсах. В рассмотренном случае мы указываем компилятору на то, чтобы при выполнении программы он учел информацию, содержащуюся в файле io.h – забегая вперед скажем что этот файл содержит инструкции для портов ввода/вывода микроконтроллера.

Символ # указывает на то, что представленная инструкция должна быть обработана препроцессором, который выполняет предварительную обработку текста программы перед началом компиляции и подключает внешние библиотеки.

Какие заголовки (управление портами ввода/вывода, функции задержки и т.д.) следует подключить определяется потребностями конкретной программы. Если вы забыли подключить необходимый заголовок, то программа не скомпилируется – компилятор выдаст сообщение об ошибке. К слову сказать, эти ошибки легко устраняются – ведь компилятор сам подсказывает какие заголовки следует подключить.

Функции

По сути программа на языке С представляет собой набор функций, каждая из которых может вызывать для выполнения любые другие функции. Функций в программе может быть много, но обязательной является только одна из них, называемая «main» («главная»). Выполнение программы на языке С начинается всегда с нее. Программист не может изменить название главной функции «main», но названия для всех других функций программы он может выбирать произвольно.

Функции в языке С легко узнать по их отличительному признаку – круглым скобкам после их имени. В общем случае в скобках содержится набор параметров, которые могут передаваться в функцию для ее работы, а также набор переменных, через которые функция может передавать результаты ее работы во внешнюю функцию (которая ее вызвала). Если скобки пустые, как например, в представленном примере с функцией main(), то это значит что у функции нет ни входных, ни выходных параметров.

Идущая следом за названием функции фигурная скобка { отмечает начало последовательности операторов, образующих тело функции. Закрывающая фигурная скобка } отмечает конец этой последовательности операторов. На этой скобке выполнение функции завершается.

Фигурные скобки также используются для того, чтобы объединить несколько операторов программы в составной оператор или блок.

Операторы

Как правило, тело функции в языке Си представляет собой набор операторов, в конце каждого из которых стоит точка с запятой ;. Можно размещать каждый оператор на своей строке или несколько операторов на одной строке – компилятору это неважно, главное чтобы они разделялись точкой с запятой (этот символ свидетельствует о конце оператора). Но для восприятия человеком, конечно, удобнее чтобы каждый оператор располагался на отдельной строке. Допускается использование и пустых строк чтобы визуально отделить структурные элементы программы.

Операторы выполняются последовательно в том порядке, в котором они записаны. Но структура программы не обязательно должна быть линейной – при наличии циклов и условий возможны пропуски выполнения отдельных операторов (условия) или многократное выполнение одних и тех же операторов (циклы).

Комментарии

Комментарии — это примечания, помогающие понять смысл программы. В языке Си текст комментариев записывается между значками /* */. То, что написано между этими значками, компилятору совершенно неважно – он все это игнорирует. Это важно только для человека, который анализирует текст программы.

Комментарии можно размещать как на одной строке с операторами, так и на разных (обычно ниже или выше строки с оператором). Комментарии могут занимать несколько строк и для них не обязательно наличие в конце точки с запятой.

Наличие комментариев считается хорошим стилем программирования поскольку позволяет лучше понимать смысл программы не только ее автору (особенно по прошествии некоторого времени, в течение которого он над ней не работал), но и другим людям, которые в дальнейшем будут работать с этой программой.

Внутри комментариев нельзя использовать символы, определяющие начало и конец комментариев. К примеру, неправильная запись внутри комментария:

/* комментарии к программе /* управления электродвигателем */ */

или

/* комментарии к программе управления */ электродвигателем */

Язык Си для микроконтроллеров AVR поддерживает и другой метод записи комментариев — строка, начинающаяся с символов //. К примеру

// Это комментарий в одну строку

В качестве итога можно отметить, что для написания хорошо читаемой программы целесообразно придерживаться следующих правил:

• размещайте один оператор на строке;
• применяйте пустые строки для «отделения» одной логической части программы от другой;
• используйте комментарии.