آموزش برنامه نویسی C به روش تعاملی

زبان برنامه‌نویسی C چیست؟

زبان برنامه‌نویسی C یک زبان رویه‌ای و چندکاره‌ است که در سال ۱۹۷۲ توسط Dennis Ritchie توسعه داده شد. این زبان امکان دسترسی به حافظه در سطح پایین (Low-level Memory Access) را فراهم کرده و با داشتن سرعت بالا و سینتکس نسبتا آسان، طرفداران وفادار زیادی دارد.

برنامه نوشته شده با C، برای تبدیل شدن به یک برنامه قابل اجرا باید توسط یک کامپایلر C اجرا شود. بسیاری از نسخه‌های سیستم‌عامل‌های مبتنی بر Unix به زبان C نوشته شده‌اند. به طور مثال این زبان بخشی از رابط سیستم عامل قابل حمل POSIX است.

مزایا و معایب C چیست؟

مزایای زبان C

زبان C به دلیل داشتن مزایای بسیار، از محبوب‌ترین زبان‌های برنامه‌نویسی است. در این‌جا تلاش کردیم تا به چند مورد از این مزایا اشاره کنیم:

•  ساختارمند بودن: این زبان شیوه‌ای ساختارمند برای تجزیه مسائل به ماژول‌ها یا توابع کوچک‌تر به نحوی که درک و اصلاح آن‌ها آسان‌تر باشد ارائه می‌کند.
• زبان برنامه‌نویسی متوسط: C یک زبان متوسط است که همزمان ویژگی‌های یک زبان سطح پایین و سطح بالا را پشتیبانی می‌کند.از این ویژگی‌ها می‌توان به  استفاده از حافظه‌ی سیستم، نزدیکی به زبان انسان‌ها و انعطاف‌پذیری بالا اشاره کرد.
• کتابخانه‌های متنوع و کاربردی: زبان C تعداد زیادی کتابخانه دارد که فرآیند توسعه را تسریع می‌کنند.
• سرعت: C یک زبان کامپایلری است که فرایند کامپایل و اجرای کد را سریع‌تر می‌کند. از آنجا که فقط ویژگی‌های ضروری و لازم در C گنجانده شده‌اند، در صرف توان پردازش صرفه‌جویی شده  و سرعت را افزایش می‌دهد.
• اشاره‌گرها: این زبان از اشاره‌گرها (Pointers) استفاده می‌کند که با امکان تعامل مستقیم با حافظه سیستم، به بهبود عملکرد کمک می‌کنند.
• بازگشت: C امکان بازگشت به عقب، با ارائه قابلیت استفاده مجدد از کد برای هر تابع را فراهم می‌کند.
• قابلیت توسعه: یک برنامه C به آسانی قابل توسعه است. اگر کدی از پیش نوشته شده باشد، می‌توان با ایجاد کمی تغییرات به آن ویژگی‌ها و عملکردهای جدید اضافه کرد.

معایب زبان C

با وجود تمامی این مزایا، زبان C مانند تمامی زبان‌های برنامه‌نویسی معایبی نیز دارد. نقاط ضعف استفاده از C به شرح زیر هستند:

• عدم پشتیبانی از ویژگی‌های برنامه‌نویسی شیء‌گرا: C از ویژگی‌های برنامه‌نویسی شیء‌گرا (OOP) که امکان ایجاد زیرکلاس‌ها از کلاس‌های والد را به وجود می‌آمورد پشتیبانی نمی‌کند. برخلاف زبان‌هایی مانند جاوا، پایتون یا C++، در C نمی‌توان چندین وراثت ایجاد کرد که این امر باعث می‌شود استفاده مجدد از کد موجود دشوار شود.
• ویژگی فضای نام : C ویژگی‌های فضای نام را ندارد، به این معنی که نام متغیر مشابه نمی‌تواند در یک دامنه مشترک مجددا استفاده شود. بدون فضای نام، امکان تعریف دو متغیر با نام یکسان وجود ندارد.
• بررسی زمان اجرا: C اشکالات کد را پس از هر خط کد نمایش نمی‌دهد؛ به جای آن، تمام اشکالات توسط کامپایلر پس از نوشتن برنامه ارائه می‌شوند. این موضوع ممکن است کار بررسی کد را به ویژه برای برنامه‌های بزرگتر چالشی کند.

کاربردهای C

کاربرد C در توسعه سیستم عامل‌ها

هسته‌های سیستم‌عامل UNIX، Windows و OSX به طور کامل با زبان C نوشته شده‌اند. سیستم‌عامل گوشی موبایل، ساعت هوشمند یا دستی‌های هوشمند نیز بر اساس زبان C ساخته شده‌اند. همچنین تعداد زیادی از زبان‌های برنامه‌نویسی مانند جاوا (JVM)، پایتون، روبی و PHP در ابتدا به عنوان اولین مرحله با استفاده از زبان C پیاده‌سازی شده‌اند.

کاربرد C در سیستم‌های تعبیه شده (Embedded systems)

C امروزه محبوب‌ترین زبان برنامه‌نویسی برای سیستم‌های تعبیه‌شده شده است.سیستم‌هایی مانند میکروکنترلرها، میکروپردازنده‌ها و سایر دستگاه‌های الکترونیکی.

کاربرد C در نرم‌افزارهای سیستمی

زبان C برای توسعه نرم‌افزارهای سیستمی مانند درایورهای دستگاه، کامپایلرها و اسمبلرها استفاده می‌شود.

کاربرد C در شبکه‌ها

تقریبا هر پشته شبکه در ویندوز، لینوکس و macOS با زبان C نوشته شده است. اگر گوشی همراه شما از سیستم عامل اندروید یا آی‌اواس استفاده می‌کند، حتی اگر برنامه‌های آن با زبان‌های متفاوت (جاوا و Objective C) نوشته شده باشند، هسته و کد شبکه با زبان C نوشته شده است. 

به طور کلی زبان C به طور گسترده برای توسعه برنامه‌های شبکه مانند سرورهای وب، پروتکل‌های شبکه و درایورهای شبکه استفاده می‌شود.

کاربرد C در سیستم‌های پایگاه‌داده

زبان برنامه‌نویسی C در تمام ابزارهای پایگاه داده معروف مانند MySQL، Oracle، PostgreSQL SQLServer و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرد. کدهای این ابزارها با کمک زبان‌های برنامه‌نویسی C و C++ نوشته می‌شوند.

بازی‌سازی

زبان C به دلیل توانایی در کنترل تعاملات سخت‌افزاری در بازی‌های کامپیوتری استفاده می‌شود. بسیاری از بازی‌ها مانند بازی DOOM با استفاده از زبان برنامه‌نویسی C نوشته شده‌اند. همچنین SDL یک کتابخانه برنامه‌نویسی مورد استفاده در Gaming است که به زبان C نوشته شده است.  اگر چه استفاده از C در یک پروژه بزرگ ممکن است پیچیده‌تر از C++ باشد اما غیرممکن نیست.

هوش مصنوعی

اگرچه C ممکن است بهترین زبان برای مفاهیم مربوط به هوش مصنوعی نباشد؛ اما بسته به برنامه‌ی مورد نظر، زبان C هم مانند بسیاری از زبان‌ها می‌تواند برای پیاده‌سازی هوش مصنوعی مورد استفاده قرار گیرد. این زبان برای توسعه برنامه‌های هوش مصنوعی و یادگیری ماشین مانند شبکه‌های عصبی و الگوریتم‌های یادگیری عمیق استفاده می‌شود.

برنامه‌های مالی

از زبان C برای توسعه برنامه‌های مالی مانند تحلیل بازار سهام و سیستم‌های معامله‌گری استفاده می‌شود.

تفاوت C و C++ چیست؟

زبان‌های برنامه‌نویسی C و C++ اگرچه  از یک ساختار پایه مشترک بهره می‌برند اما تفاوت‌های مهمی دارند که در ادامه به معرفی و بررسی برخی از این تفاوت‌ها می‌پردازیم:

تفاوت در مفهوم شیءگرایی 

زبان C یک زبان برنامه‌نویسی رویه‌ای (Procedural) است و زبانی کاملا شیءگرا نیست. در C، برنامه‌ها به صورت توابع و پروسه‌ها ساخته می‌شوند و تا حد زیادی بر اساس اعمال و پردازش‌ها عمل می‌کنند. این درحالی است که زبان C++ یک زبان کاملا شیءگرا است. در C++، می‌توان کلاس‌ها و اشیاء (objects) را تعریف کرد و از ویژگی‌های مهم شیءگرایی مانند کپسوله سازی (Encapsulation)، ارث بری و پلی‌مورفیسم بهره می‌برد.

تفاوت در نحوه تعریف متغیرها

این دو زبان در پروسه تعریف متغیر نیز با یکدیگر تفاوت‌هایی دارند. در C، تعریف متغیرها قبل از شروع تابع اصلی انجام می‌شود. این بدان معناست که متغیرها باید در ابتدای هر تابع تعریف شوند. اما در C++، متغیرها می‌توانند در هر نقطه‌ای از تابع تعریف شوند. این موضوع به برنامه‌نویس‌ها اجازه می‌دهد تا متغیرها را در مکان‌های مناسب‌تری تعریف کنند.

تفاوت در استفاده از کتابخانه‌ها

C++ اگرچه از کتابخانه‌های معروف C مانند  Standard I/O Library استفاده می‌کند اما از یک سری کتابخانه‌های اضافی و ویژگی‌هایی برخوردار است که برای مدیریت رشته‌ها (Strings)، کلاس‌های STL  و ... به کار می‌روند.

میزان استفاده برنامه نویسان از زبان C چقدر است؟

طبق آمار منتشر شده در وبسایت Statista در سال ۲۰۲۳، حدودا ۱۹.۳۴ درصد توسعه‌دهندگان در جهان از زبان C استفاده می‌کنند. این زبان در این لیست بالاتر از زبان‌های PHP، PowerShell و Go  دهمین زبان پراستفاده در جهان است.

آیا آموزش C پیش‌نیازی دارد؟

خیر! شما می‌توانید زبان C را بدون داشتن هیچ دانشی از الگوریتم‌ها، ساختارهای داده یا منطق بولی یاد بگیرید .در واقع شما برای شروع این زبان تنها به یک سیستم، کامپایلر و البته تعهد، پشتکار و علاقه نیاز دارید.

چرا C زبان خوبی برای شروع برنامه نویسی است؟

سینتکس بسیاری از زبان‌ها برگرفته از زبان C است. بنابراین یادگیری این زبان به شما کمک خواهد کرد تا آموزش برنامه‌ نویسی زبان‌های دیگری که ویژگی‌ها و سینتکس آن‌ها به زبان C نزدیک است، مانند جاوا و سی‌پلاس‌پلاس برایتان آسان‌تر شود. زیرا یادگیری زبان C به درک بسیاری از ساختارهای پایه‌ای سیستم عامل مانند اشاره‌گرها، کار با مکان‌های حافظه، و غیره کمک می‌کند.

بازار کار C

بعد از گذشت ۵۰ سال از انتشار C و با وجود ظهور زبان‌های برنامه‌نویسی جدید، این زبان همچنان در لیست زبان‌های پرتقاضا در بازار کار قرار دارد و بسیاری از شرکت‌های فناوری به دنبال استخدام برنامه نویس C هستند. 

طبق لیستی که وبسایت DevJobsScanner منتشر کرده است، زبان C در سال ۲۰۲۳ بعد از PHP و بالاتر از Ruby در رتبه 6 زبان‌های برنامه‌نویسی با بهترین بازار کار قرار گرفت.