Prefacios de El Lenguaje de Programación C

El mundo de la computación ha sufrido una revolución desde la publicación, en 1978, de El lenguaje de programación C. Las grandes computadoras son aho­ra mucho más grandes, y las computadoras personales tienen capacidades que ri­valizan con los mainframes de hace una década. También el lenguaje C ha cambiado en ese tiempo, aunque sólo en forma modesta, y se ha extendido más allá de lo que fueron sus orígenes como el lenguaje del sistema operativo UNIX.

La creciente popularidad de C, los cambios en el lenguaje a lo largo de los años, y la creación de compiladores por grupos no involucrados en su diseño, se combinaron para demostrar la necesidad de una definición del lenguaje más pre­cisa y contemporánea que la que proporcionó la primera edición de este libro.

En 1983, el American National Standards Institute (ANSI) estableció un comité cuyos propósitos eran producir “una definición no ambigua del lenguaje C, in­dependiente de la máquina” , cuidando la conservación de su espíritu. El resulta­do es el estándar ANSI para el lenguaje C.

El estándar formaliza construcciones sugeridas pero no descritas en la primera edición, particularmente la asignación de estructura y las enumeraciones. Pro­porciona una nueva forma de declaración de funciones, que permite revisar comparativamente su definición y uso. Especifica una biblioteca estándar, con un conjunto extensivo de funciones para realizar la entrada y salida, la administra­ción de memoria, la manipulación de cadenas y tareas semejantes. Precisa el comportamiento de características que no se mencionaron en la definición origi­nal, y al mismo tiempo establece explícitamente cuáles aspectos del lenguaje tienen aún dependencia de máquina.

Esta segunda edición de El lenguaje de programación C lo describe tal como lo definió el estándar ANSI. (En el momento de escribir está edición, el estándar se encontraba en la etapa final de revisión; se esperaba su aprobación a finales de 1988. Las diferencias entre lo que se ha descrito aquí y la forma final deberán ser mínimas.) Aunque hemos hecho anotaciones en los lugares donde el lenguaje ha evolucionado, preferimos escribir exclusivamente en la nueva forma. En gene­ral esto no hace una diferencia significativa; el cambio más visible es la nueva forma de declaración y definición de funciones. Los modernos compiladores ma­nejan ya la mayoría de las posibilidades del estándar.

Hemos tratado de mantener la brevedad de la primera edición. El lenguaje C no es grande, y no le está bien un gran libro. Hemos mejorado la exposición de características críticas, como los apuntadores, que son parte central en la progra­mación con C. Hemos redefinido los ejemplos originales y agregamos ejemplos nuevos en varios capítulos. Por ejemplo, se aumentó el tratamiento de declaracio­nes complicadas con programas que convierten declaraciones en palabras y vice­versa. Como antes, todos los ejemplos se han probado directamente a partir del texto, el cual está diseñado de manera que lo pueda leer la máquina.

El apéndice A, manual de referencia, no es el estándar, sino que nuestra intención fue trasladar la esencia del estándar a un espacio más pequeño. Está hecho con el ánimo de que proporcione una fácil com prensión para los progra­madores, pero no como una definición del lenguaje para quienes escriben compi­ladores —ese papel propiamente le corresponde al estándar en sí. El apéndice B es un resumen de las posibilidades de la biblioteca estándar. También tiene el propósito de ser una referencia para programadores, no para implantadores. En el apéndice C se ofrece un resumen de los cambios de la versión original.

Como mencionamos en el prefacio a la primera edición, C “se lleva bien, en la medida en que aumenta nuestra experiencia con él” . Con una década más de experiencia, aún lo sentimos así. Deseamos que este libro le ayude a aprender el lenguaje C y también cómo usarlo.

Tenemos un profundo reconocimiento hacia los amigos que nos ayudaron a producir esta segunda edición. Jo n Bentley, Doug Gwyn, Doug Mcllroy, Peter Nelson y Rob Pike nos dieron valiosos comentarios sobre casi cada página del bo­rrador de este manuscrito. Estamos agradecidos por la cuidadosa lectura de AI Aho, Dennis Allison, Joe Campbell, G. R. Emlin, Karen Fortgang, Alien Holub, Andrew H um e, Dave Kristol, John Linderm an, Dave Prosser, Gene Spafford, y Chris Van Wyk. También recibimos útiles sugerencias de Bill Cheswick, Mark Kernighan, Andy Koening, Robin Lake, Tom London, Jim Reeds, Clovis Tondo y Peter Weinberger. Dave Prosser respondió muchas preguntas detalladas acerca del estándar ANSI. Utilizamos extensivamente el intérprete de C++ de Bjarne Stroustrup, para la prueba local de nuestros programas, y Dave Kristol nos ofreció un compilador ANSI C para las pruebas finales. Rich Drechsler nos ayudó grandemente con la composición.

Nuestro sincero agradecimiento a todos.

Brian W. Kernighan

Dennis M. Ritchie

C es un lenguaje de programación de propósitos generales características de economía de expresión, control de flujo moderno, y estructuras de datos, con un rico conjunto de operadores. C no es un lenguaje de “muy alto nivel”, ni uno “grande”, y no se especializa en ningún área de aplicación en particular. Pero su ausencia de restricciones y su generalidad lo hacen más conveniente y efectivo para muchas tareas que otros lenguajes supuestamente más poderosos.

C fue diseñado originalmente por Dennis Ritchie por medio y para ser implementado en el sistema operativo UNIX en la DEC PDP-11. El sistema operativo, el compilador de C, y escencialmente todos los programas de aplicaciones UNIX (incluyendo todo el software empleado para preparar este libro) están escritos en C. Los compiladores de producción también existen vara varias otras máquinas, incluyendo la IBM System/370, la Honeywell 6000, y la Interdata 8/32. C no está atado a ningún hardware ni sistema en particular, y sin embargo, resulta sencillo escribir programas que se ejecutarán sin cambios en cualquier máquina que soporte C.

Este libro está pensado para ayudar al lector a aprender cómo programar en C. Contiene un tutorial introductorio para que los nuevos usuarios comiencen tan pronto como sea posible, capítulos separados de cada funcionalidad principal, y un manual de referencia. La mayoría del tratamiento se basa en leer, escribir y revisar los ejemplos, en lugar de meras declaraciones de reglas. En general, los ejemplos son programas reales completos en lugar de fragmentos aislados. Todos los ejemplos han sido evaluados directamente desde el texto, que está en forma legible a máquina. Además, mostrar cómo hacer efectivo uso del lenguaje, tambi+en hemos intentado dentro de lo posible ilustrar algoritmos y principios útiles de buen estilo y diseño adecuado.

El libro no es un manual de programación introductorio; asume alguna familiaridad con los conceptos básicos de la programación, como las variables, asignación de declaraciones, bucles, y funciones.

Aún así, un programador novato debería ser capaz de leer y comprender el lenguaje, aunque ayudará el acceso a un colega más conocedor.

En miestra experiencia, C ha demostrado ser un lenguaje agradable, expresivo, y versátil para una amplia variedad de programas. Es fácil de aprender, y se adecúa bien a medida que crece la experiencia con él. Deseamos que este libro lo ayude a usarlo también.

Las consideradas críticas y sugerencias de muchos amigos y colegas han sumado mucho a este libro, así como a nuestro placer al escribirlo. En particular, Mike Bianchi, Jim Blue, Stu Feldman, Doug McIlroy, Bill Roome, Bob Rosin y Larry Rosler leyeron cuidadosamente sus múltiples volumenes. También estamos en deuda con Al Aho, Steve Bourne, Dan Dvorak, Chuck Haley, Debbie Haley, Marion Harris, Rick Holt, Steve Johnson, John Mashey, Bob Mitze, Ralph Muha, Peter Nelson, Elliot Pinson, Bill Plauger, Jerry Spivack, Ken Thompson, y Peter Weinberger por sus oportunos comentarios en varias etapas, y a Mile Lesk y Joe Ossanna por la asistencia invaluable con el formato de impresión.

Brian W. Kernighan

Dennis M. Ritchie

C es un lenguaje de programación de propósito general que ha sido estrechamente asociado con el sistema UNIX en donde fue desarrollado puesto que tanto el sistema como los programas que corren en él están escritos en lenguaje C. Sin embargo, este lenguaje no está ligado a ningún sistema operativo ni a ninguna máquina, y aunque se le llama “lenguaje de programación de sistemas” debido a su utilidad para escribir compiladores y sistemas operativos, se utiliza con igual eficacia para escribir importantes programas en diversas disciplinas.

Muchas de las ideas importantes de C provienen del lenguaje BCPL, desarrollado por Martin Richards. La influencia de BCPL sobre C se continuó indirectamente a través del lenguaje B, el cual fue escrito por Ken Thompson en 1970 para el primer sistema UNIX de la DEC PDP-7.

BCPL y B son lenguajes “carentes de tipos”. En contraste, C proporciona una variedad de tipos de datos. Los tipos fundamentales son caracteres, enteros y números de punto flotante de varios tamaños. Además, existe una jerarquía de tipos de datos derivados, creados con apuntadores, arreglos, estructuras y uniones. Las expresiones se forman a partir de operadores y operandos; cualquier expresión, incluyendo una asignación o una llamada a función, puede ser una proposición. Los apuntadores proporcionan una aritmética de direcciones independiente de la máquina.

C proporciona las construcciones fundamentales de control de flujo que se requieren en programas bien estructurados: agrupación de proposiciones, toma de decisiones (if-else), selección de un caso entre un conjunto de ellos (switch), iteración con la condición de paro en la parte superior (while, for) o en la parte inferior (do), y terminación prematura de ciclos (break).

Las funciones pueden regresar valores de tipos básicos, estructuras, uniones o apuntadores. Cualquier función puede ser llamada recursivamente. Las variables locales son normalmente “automáticas”, o creadas de nuevo con cada invocación. La definición de una función no puede estar anidada, pero las variables pueden estar declaradas en una modalidad estructurada por bloques. Las funciones de un program a en C pueden existir en archivos fuente separados, que se compilan de m anera separada. Las variables pueden ser internas a una función, externas pero conocidas sólo dentro de un archivo fuente, o visibles al programa completo.

Un paso de preprocesamiento realiza substitución de macros en el texto del programa, inclusión de otros archivos fuente y compilación condicional.

C es un lenguaje de relativo “bajo nivel”. Esta caracterización no es peyorativa, simplemente significa que C trata con el mismo tipo de objetos que la mayoría de las computadoras, llámense caracteres, números y direcciones. Estos pueden ser combinados y cambiados de sitio con los operadores aritméticos y lógicos implantados por máquinas reales.

C no proporciona operaciones para tratar directamente con objetos compuestos, tales como cadenas de caracteres, conjuntos, listas o arreglos. No existen ope­raciones que manipulen un arreglo o una cadena completa, aunque las estructuras pueden copiarse como una unidad. El lenguaje no define ninguna facilidad para asignación de almacenamiento que no sea la de definición estática y la disciplina de pilas provista por las variables locales de funciones; no emplea heap ni recolector de basura. Finalmente, C en sí mismo no proporciona capacidades de entrada/salida; no hay proposiciones READ o WRITE, ni métodos propios de acceso a archivos. Todos esos mecanismos de alto nivel deben ser proporcionados por funciones llamadas explícitamente.

De manera semejante, C solamente ofrece un control de flujo franco, y lineal: condiciones, ciclos, agrupamientos y subprogramas, pero no multiprogramación, operaciones paralelas, sincronización ni co-rutinas.

Aunque la ausencia de alguna de esas capacidades puede parecer como una grave deficiencia (“¿significa que se tiene que llamar a una función para comparar dos cadenas de caracteres?”), el mantener al lenguaje de un tamaño modesto tiene beneficios reales. Puesto que C es relativamente pequeño, se puede describir en un pequeño espacio y aprenderse con rapidez. Un programador puede razonablemente esperar conocer, entender y utilizar en verdad la totalidad del lenguaje.

Por muchos años, la definición de C fue el manual de referencia de la primera edición de El lenguaje de programación C. En 1983, el American National Standards Institute (ANSI) estableció un comité para proporcionar una moderna y comprensible definición de C. La definición resultante, el estándar ANSI o “ANSI C” , se esperaba fuera aprobada a fines de 1988. La mayoría de las características del estándar ya se encuentran soportadas por compiladores modernos.

El estándar está basado en el manual de referencia original. El lenguaje ha cambiado relativamente poco; uno de los propósitos del estándar fue asegurar que la mayoría de los programas existentes pudiesen permanecer válidos o, al menos, que los compiladores pudieran producir mensajes de advertencia acerca del nuevo comportamiento.

Para la mayoría de los programadores, el cambio más importante es una nueva sintaxis para declarar y definir funciones. Una declaración de función ahora puede incluir una descripción de los argumentos de la función; la sintaxis de la definición cambia para coincidir. Esta información extra permite que los compiladores detecten más fácilmente los errores causados por argumentos que no coinciden; de acuerdo con nuestra experiencia, es una adición muy útil al lenguaje.

Existen otros cambios de menor escala en el lenguaje. La asignación de estructuras y enumeraciones, que ha estado ampliamente disponible, es ahora parte oficial del lenguaje. Los cálculos de punto flotante pueden ahora realizarse con precisión sencilla. Las propiedades de la aritmética, especialmente para tipos sin signo, están esclarecidas. El preprocesador es más elaborado. La mayor parte de esos cambios sólo tendrán efectos secundarios para la mayoría de los programadores.

Una segunda contribución significativa dei estándar es la definición de una bi­blioteca que acompañe a C. Esta especifica funciones para tener acceso al sistema operativo (por ejemplo, leer de archivos y escribir en ellos), entrada y salida con formato, asignación de memoria, manipulación de cadenas y otras actividades semejantes. Una colección de encabezadores (headers) estándar proporcionan un acceso uniforme a las declaraciones de funciones y tipos de datos. Los programas que utilizan esta biblioteca para interactuar con un sistema anfitrión están asegurados de un com portam iento com patible. La m ayor parte de la biblioteca está estrecham ente modelada con base en la “biblioteca E/S estándar“ del sistema UNIX. Esta biblioteca se describió en la primera edición y ha sido también ampliamente utilizada em otros sistemas. De nuevo, la m ayoría de los programadores no notarán mucho el cambio.

Debido a que los tipos de datos y estructuras de control provistas por C son manejadas directamente por la mayoría de las computadoras, la biblioteca de ejecución (run-time) requerida para implantar programas autocontenidos es pequeña. Las funciones de la biblioteca estándar únicamente se llam an en form a explícita, de manera que se pueden evitar cuando no se necesitan. La mayor parte puede escribirse en C, y excepto por detalles ocultos del sistema operativo, ellas mismas son portátiles.

Aunque C coincide con las capacidades de muchas com putadoras, es independiente de cualquier arquitectura. Con un poco de cuidado es fácil escribir programas portátiles, esto es, programas que puedan correr sin cambios en una variedad de máquinas. El estándar explica los problemas de la transportabilidad, y prescribe un conjunto de constantes que caracterizan a la máquina en la que se ejecuta el programa.

C no es un lenguaje fuertemente tipificado, sino que, al evolucionar, su verificación de tipos ha sido reforzada. La definición original de C desaprobó - pero permitió - el intercambio de apuntadores y enteros; esto se ha eliminado y el estándar ahora requiere la adecuada declaración y la conversión explícita que ya ha sido obligada por los buenos compiladores. La nueva declaración de funciones es otro paso en esta dirección. Los compiladores advertirán de la mayoría de los errores de tipo, y no hay conversión automática de tipos de datos incompatibles.

Sin embargo, C mantiene la filosofía básica de que los programadores saben lo Que están haciendo; sólo requiere que establezcan sus intenciones en forma explícita.

Como cualquier otro lenguaje, C tiene sus defectos. Algunos de los operadores tienen la precedencia equivocada; algunos elementos de la sintaxis pueden ser mejores. A pesar de todo, C ha probado ser un lenguaje extremadamente efectivo y expresivo p ara una am plia variedad de program as de aplicación.

El libro está organizado com o sigue. El capítulo 1 es una introducción orientada a la parte central de C. El propósito es hacer que el lector se inicie tan pronto como le sea posible, puesto que creemos firmemente que la forma de aprender un nuevo lenguaje es escribir program as en él. La introducción supone un conocimiento práctico de los elementos básicos de la programación; no hay una explicación de computadoras, de compilación, ni del significado de una expresión como n = n + 1. Aunque hemos tratado de mostrar técnicas útiles de programación en donde fue posible, la intención del libro no es la de ser un texto de consulta sobre estructuras de datos y algoritmos; cuando nos vimos forzados a hacer una elección, nos hemos concentrado en el lenguaje.

En los capítulos del 2 al 6 se discuten varios aspectos de C en mayor detalle y más formalmente de lo que se hace en el capítulo 1, aunque el énfasis está aún en los ejemplos de programas completos, más que en fragmentos aislados. El capítulo 2 trata de los tipos básicos de datos, operaciones y expresiones. El capítulo 3 trata sobre control de flujo: if-else, switch, while, for, etc. En el capítulo 4 se cubren funciones y la estructura de un programa —variables externas, reglas de alcance, archivos fuente múltiples y otros aspectos— y también abarca al preprocesador. El capítulo 5 discute sobre apuntadores y aritmética de direcciones.

El capítulo 6 cubre estructuras y uniones.

El capítulo 7 describe la biblioteca estándar, la cual proporciona una interfaz común con el sistema operativo. Esta biblioteca está definida por el estándar ANSI y se intenta que se tenga en todas las máquinas que manejan C; así, los programas que la usen para entrada, salida y otros accesos al sistema operativo se puedan transportar de un sistema a otro sin cambios.

El capítulo 8 describe una interfaz entre los programas en C y el sistema ope­rativo UNIX, concentrándose en entrada/salida, el sistema de archivos y la asignación de memoria. Aunque algo de este capítulo es específico de sistemas UNIX, los programadores que usen otros sistemas de todas maneras encontrarán aquí material de utilidad, incluyendo alguna comprensión acerca de cómo está implantada una versión de la biblioteca estándar, así como sugerencias para obtener un código portátil.

El apéndice A contiene un manual de consulta del lenguaje. El informe oficial de la sintaxis y la semántica de C es en sí el estándar ANSI. Ese documento, sin embargo, está principalmente pensado para quienes escriben compiladores. El manual de consulta de este libro transmite la definición del lenguaje en una forma más concisa y sin el mismo estilo legalista. El apéndice B es un resumen de la biblioteca estándar, de nuevo más para usuarios que para implantadores. El apéndice C es un breve resumen de los cambios del lenguaje original. A unque, en caso de duda, el estándar y el compilador en uso quedan como las autoridades finales sobre el lenguaje.