Подсистема управления процессами

Введение

Операционная система UNIX была создана в конце 60-х годов, и с тех пор появилось множество различных ее версий для разных компьютерных систем. Последние версии системы UNIX развились из AT&T System V и BSD 4.x UNIX. Многие производители компьютеров добавляли к этим разновидностям UNIX собственные расширения, создавая, таким образом, новые версии UNIX.

Почему UNIX? Надежность, простота и практически неограниченные возможности этих систем всегда привлекали компетентных специалистов, а разработка средств графического интерфейса и программных приложений для обработки текста и графики, совместимых с приложениями офисного пакета Microsoft, постепенно стирают пока еще имеющиеся различия в функциональных возможностях операционных систем UNIX и Windows. С точки зрения использования систем UNIX можно выделить следующие преимущества:

· Использование на устаревших компьютерах без потери функциональности и надежности. Если имеются устаревшие компьютеры, которые уже не продать, а выбросить жалко – их можно использовать и получить дополнительную функциональность для компьютерной системы.

· Открытость. Пользователю предоставляются исходные тексты, это дает возможность пользователю персонифицировать систему под свои потребности. Так же UNIX системы позволяют выбрать и установить только те компоненты, которые необходимы.

· Высокая надежность. Open Source системы отличаются стабильностью, так как внести корректировки могут неограниченное число людей. Тем самым, чем дольше модерируется ось, тем меньше в ней, так называемых «багов».

· Безопасность. Нет необходимости приобретать антивирусные программы - на ОС семейства UNIX вирусы не "живут". И не потому что их нет, они есть. Просто для их запуска нужны особые условия, и, даже если вирусу удастся проникнуть систему и запуститься - ничего деструктивного он сделать не сможет, при грамотной настройке, разумеется.

· Высокая степень интеграции. Все компоненты Unix-систем построены с использованием открытых стандартов, многие из которых являются стандартами и для коммерческих систем, что позволяет интегрировать разнообразные службы между собой, как на уровне протоколов, так и на уровне данных.

Перед рассмотрением данной темы я ставлю следующие задачи:

- изучить принципы работы и архитектуру UNIX-подобных ОС;

- определить основные стандарты UNIX систем;

- ознакомится с функциями, определенными в различных стандартах, и с функциями, имеющимися в ОС UNIX;

- рассмотреть все возможные языки программирования для UNIX, и определить степень превосходства над ними языка С++;

Следовательно, цель изучения: определение преимущественных характеристик UNIX-подобных систем и программирования на С++ для таких систем.

 

История создания

В 1965 году Bell Telephone Laboratories (подразделение AT&T) совместно с General Electric Company и институтом технологии (MIT) начали разрабатывать новую операционную систему, названную MULTICS (MULTiplexed Information and Computing Service). Перед участниками проекта стояла цель создания многозадачной операционной системы разделения времени, способной обеспечить одновременную работу нескольких сотен пользователей. От Bell Labs в проекте приняли участие два сотрудника — Кен Томпсон (Ken Tompson) и Дэннис Ритчи (Dennis Ritchie). Хотя система MULTICS так и не была завершена (в 1969 году Bell Labs вышла из проекта), она стала предтечей операционной системы, впоследствии получившей название UNIX.

Однако Томпсон, Ритчи и ряд других сотрудников продолжили работу над созданием удобной среды программирования. Используя идеи и разработки, появившиеся в результате работы над MULTICS, они создали в 1969 небольшую операционную систему, включавшую файловую систему, подсистему управления процессами и небольшой набор утилит. Система была написана на ассемблере и применялась на компьютере PDP-7. Эта операционная система получила название UNIX, созвучное MULTICS и придуманное другим членом группы разработчиков, Брайаном Керниганом (Brian Kernighan). В дальнейшем система дорабатывалась, таким образом получались различные версии. Наиболее продуктивные вариации представлены в таблице 1.

Хотя ранняя версия UNIX много обещала, она не смогла бы реализовать весь свой потенциал без применения в каком-либо реальном проекте. И такой проект нашелся. Когда в 1971 году патентному отделу Bell Labs понадобилась система обработки текста, в качестве операционной системы была выбрана UNIX. К тому времени система UNIX была перенесена на более мощный PDP-11, да и сама немного подросла: 16К занимала собственно система, 8К отводились прикладным программам, максимальный размер файла был установлен равным 64К дискового пространства.

Вскоре после создания первых ассемблерных версий Томпсон начал работать над компилятором для языка FORTRAN, а в результате разработал язык В. Это был интерпретатор со всеми свойственными интерпретатору ограничениями, и Ритчи переработал его в другой язык, названный С, позволявший генерировать машинный код. В 1973 году ядро операционной системы было переписано на языке высокого уровня С, — неслыханный до этого шаг, оказавший громадное влияние на популярность UNIX. Это означало, что теперь система UNIX может быть перенесена на другие аппаратные.

Таблица 1 - Наиболее важные версии UNIX

Номер	Год	Особенности
Первая редакция		Первая версия UNIX, написанная на ассемблере для PDP%11. Включала компилятор В и много известных команд и утилит, в том числе cat(1), mail(1), mount(1M), rmdir(1), wc(1), В основном использовалась как инструментальное средство обработки текстов для патентного отдела.
Третья редакция		В системе появилась команда сс(1), запускавшая компилятор С. Число установленных систем достигло 16
Четвертая редакция		Первая система, в которой ядро написано на языке высокого уровня С.
Шестая редакция		Первая версия системы, доступная за пределами Bell Labs. Система полностью переписана на языке С. С этого времени начинается появление новых версий, разработанных за пределами Bell Labs, и рост популярности UNIX. В частности, эта версия системы была установлена Томпсоном в Калифорнийском университете в Беркли, и на ее основе вскоре была выпущена первая версия BSD (Berkeley Software Distribution) UNIX.
Седьмая редакция		Эта версия включала командный интерпретатор Bourne Shell и компилятор С от Кернигана и Ритчи. Ядро было переписано для упрощения переносимости системы на другие платформы. Лицензия на эту версию была куплена фирмой Microsoft, которая разработала на ее базе операционную систему XENIX.

 

Архитектура UNIX систем

Самый общий взгляд позволяет увидеть двухуровневую модель системы так, как она представлена на рис. 1.

Рисунок 1 - Модель системы UNIX

В центре находится ядро системы (kernel). Ядро непосредственно взаимодействует с аппаратной частью компьютера, изолируя прикладные программы от особенностей ее архитектуры. Ядро имеет набор услуг, предоставляемых прикладным программам. К услугам ядра относятся операции ввода/вывода (открытия, чтения, записи и управления файлами), создания и управления процессами, их синхронизации и межпроцессного взаимодействия. Все приложения запрашивают услуги ядра посредством системных вызовов.

Второй уровень составляют приложения или задачи, как системные, определяющие функциональность системы, так и прикладные, обеспечивающие пользовательский интерфейс UNIX. Однако несмотря на внешнюю разнородность приложений, схемы их взаимодействия с ядром одинаковы. Рассмотрим более внимательно отдельные компоненты ядра системы.

Ядро системы

Ядро обеспечивает базовую функциональность операционной системы: создает процессы и управляет ими, распределяет память и обеспечивает доступ к файлам и периферийным устройствам.

Взаимодействие прикладных задач с ядром происходит посредством стандартного интерфейса системных вызовов. Интерфейс системных вызовов представляет собой набор услуг ядра и определяет формат запросов на услуги. Процесс запрашивает услугу посредством системного вызова определенной процедуры ядра, внешне похожего на обычный вызов библиотечной функции. Ядро от имени процесса выполняет запрос и возвращает процессу необходимые данные.

В приведенном примере программа открывает файл, считывает из него данные и закрывает этот файл. При этом операции открытия (open), чтения (read) и закрытия (close) файла выполняются ядром по запросу задачи, а функции open(), read(2) и close(2) являются системными вызовами.

main ()

{

int fd;

char buf[80];

//Откроем файл — получим ссылку (файловый дескриптор) fd*

fd = open(“file1”,0_RDONLY);

// Считаем в буфер buf 80 символов

read (fd, buf, sizeof(buf));

// Закроем файл

close (fd);

}

Структура ядра представлена на рис 2.

Рисунок 2 - Внутренняя структура ядра UNIX

Ядро состоит из трех основных подсистем:

1. Файловая подсистема

2. Подсистема управления процессами и памятью

3. Подсистема ввода/вывода

Файловая подсистема

Файловая подсистема обеспечивает унифицированный интерфейс доступа к данным, расположенным на дисковых накопителях, и к периферийным устройствам. Одни и те же функции ореn(2), read(2),write(2) могут использоваться как при чтении или записи данных на диск, так и при выводе текста на принтер или в файл.

Файловая подсистема контролирует права доступа к файлу, выполняет операции размещения и удаления файла, а также выполняет запись/чтение данных файла. Поскольку большинство прикладных функций выполняется через интерфейс файловой системы (в том числе и доступ к периферийным устройствам), права доступа к файлам определяют привилегии пользователя в системе.

Подсистема ввода/вывода

Подсистема ввода/вывода выполняет запросы файловой подсистемы и подсистемы управления процессами для доступа к периферийным устройствам (дискам, магнитным лентам, терминалам и т. д.). Она обеспечивает необходимую буферизацию данных и взаимодействует с драйверами устройств — специальными модулями ядра, непосредственно обслуживающими внешние устройства.

Файлы и файловая система

Файлы в UNIX играют ключевую роль, что не всегда справедливо для других операционных систем. Трудно отрицать значение файлов для пользователей, поскольку все их данные хранятся в виде файлов. Однако помимо этого, файлы в UNIX определяют привилегии пользователей, поскольку права пользователя в большинстве случаев контролируются с помощью прав доступа к файлам. Файлы обеспечивают доступ к периферийным устройствам компьютера, включая диски, накопители на магнитной ленте, CD-ROM, принтеры, терминалы, сетевые адаптеры и даже память. Для приложений UNIX доступ к дисковому файлу "неотличим" от доступа, скажем, к принтеру.

Как и во многих современных операционных системах, в UNIX файлы организованы в виде древовидной структуры (дерева), называемой файловой системой (file system). Каждый файл имеет имя, определяющее его расположение в дереве файловой системы. Корнем этого дерева является корневой каталог (root directory), имеющий имя «/». Имена всех остальных файлов содержат путь — список каталогов (ветвей), которые необходимо пройти, чтобы достичь файла.

Процессы

Процессы в операционной системе UNIX играют ключевую роль. От оптимальной настройки подсистемы управления процессами и числа одновременно выполняющихся процессов зависит загрузка ресурсов процессора, что в свою очередь имеет непосредственное влияние на производительность системы в целом. Ядро операционной системы предоставляет задачам базовый набор услуг, определяемый интерфейсом системных вызовов. К ним относятся основные операции по работе с файлами, управление процессами и памятью, поддержка межпроцессного взаимодействия. Дополнительные функциональные возможности системы, т. е. услуги, которые она предоставляет пользователям, определяются активными процессами. От того, какие процессы выполняются в вашей системе, зависит, является ли она сервером базы данных или сервером сетевого доступа, средством проектирования или вычислительным сервером.

Программы и процессы

Обычно программой называют совокупность файлов, будь то набор исходных текстов, объектных файлов или собственно выполняемый файл. Для того чтобы программа могла быть запущена на выполнение, операционная система сначала должна создать окружение или среду выполнения задачи, куда относятся ресурсы памяти, возможность доступа к устройствам ввода/вывода и различным системным ресурсам, включая услуги ядра.

Это окружение (среда выполнения задачи) получило название процесса. Мы можем представить процесс как совокупность данных ядра системы, необходимых для описания образа программы в памяти и управления ее выполнением. Мы можем также представить процесс как программу в стадии ее выполнения, поскольку все выполняющиеся программы представлены в UNIX в виде процессов. Процесс состоит из инструкций, выполняемых процессором, данных и информации о выполняемой задаче, такой как размещенная память, открытые файлы и статус процесса.

В то же время не следует отождествлять процесс с программой хотя бы потому, что программа может породить более одного процесса. Простейшие программы, например, команда who(1) или cat(l), при выполнении представлены только одним процессом. Сложные задачи, например системные серверы (печати, FTP, Telnet), порождают в системе несколько одновременно выполняющихся процессов.

Операционная система UNIX является многозадачной. Это значит, что одновременно может выполняться несколько процессов, причем часть процессов могут являться образцами одной программы.

Типы процессов

Системные процессы

Системные процессы являются частью ядра и всегда расположены в оперативной памяти. Системные процессы не имеют соответствующих им программ в виде исполняемых файлов и запускаются особым образом при инициализации ядра системы. Выполняемые инструкции и данные этих процессов находятся в ядре системы, таким образом, они могут вызывать функции и обращаться к данным, недоступным для остальных процессов.

Демоны

Демоны — это неинтерактивные процессы, которые запускаются обычным образом — путем загрузки в память соответствующих им программ (исполняемых файлов), и выполняются в фоновом режиме. Обычно демоны запускаются при инициализации системы (но после инициализации ядра) и обеспечивают работу различных подсистем UNIX: системы терминального доступа, системы печати, системы сетевого доступа и сетевых услуг и т. п. Демоны не связаны ни с одним пользовательским сеансом работы и не могут непосредственно управляться пользователем. Большую часть времени демоны ожидают пока тот или иной процесс запросит определенную услугу, например, доступ к файловому архиву или печать документа.

Прикладные процессы

К прикладным процессам относятся все остальные процессы, выполняющиеся в системе. Как правило, это процессы, порожденные в рамках пользовательского сеанса работы. Пользовательские процессы могут выполняться как в интерактивном, так и в фоновом режиме, но в любом случае время их жизни (и выполнения) ограничено сеансом работы пользователя. При выходе из системы все пользовательские процессы будут уничтожены.

Пользователи системы

Прежде чем вы сможете начать работу в UNIX, вы должны стать пользователем системы, т. е. получить имя, пароль и ряд других атрибутов. С точки зрения системы, пользователь — не обязательно человек. Пользователь является объектом, который обладает определенными правами, может запускать на выполнение программы и владеть файлами. В качестве пользователей могут, например, выступать удаленные компьютеры или группы пользователей с одинаковыми правами и функциями. Такие пользователи называются псевдопользователями. Они обладают правами на определенные файлы системы и от их имени запускаются задачи.

В системе существует один пользователь, обладающий неограниченными правами. Это суперпользователь или администратор системы – root.

Каждый пользователь системы имеет уникальное имя (или регистрационное имя — login name). Однако система различает пользователей по ассоциированному с именем идентификатору пользователя или UID (User Identifier). Пользователь является членом одной или нескольких групп — списков пользователей, имеющих сходные задачи. Принадлежность к группе определяет дополнительные права, которыми обладают все пользователи группы. Каждая группа имеет уникальное имя, но как и для пользователя, внутренним представлением группы является ее идентификатор GID (Group Identifier). В конечном счете UID и GID определяют, какими правами обладает пользователь в системе.

Вся информация о пользователях хранится в файле /etc/passwd. Это обычный текстовый файл, право на чтение которого имеют все пользователи системы, а право на запись имеет только администратор. Аналогично, информация о группах хранится в файле /etc/group и содержит списки пользователей, принадлежащих той или иной группе.

 

Пользовательская среда UNIX

Сегодня характер работы в UNIX существенно отличается от того, каким он был, скажем, пятнадцать лет назад. Графический многооконный интерфейс, миллионы цветов, системы меню, техника drag-and-drop, — все это, казалось бы, стирает различия в работе с UNIX и, например, с Windows NT. Но взгляните внимательнее на экран монитора — и вы обязательно найдете хотя бы одно окно простого алфавитно-цифрового терминала. Это — базовая пользовательская среда. Интерфейс командной строки может показаться безнадежно устаревшим, но в случае с UNIX это — самый непосредственный способ выполнения множества небольших задач администрирования. И программа, с которой рано или поздно столкнется любой программист, — командный интерпретатор shell. Поэтому мы рассмотрим базовый пример работы в UNIX — использование командной строки интерпретатора shell.

Основные стандарты

Чем больше появлялось версий UNIX (и особенно коммерческих), тем очевиднее становилась необходимость стандартизации системы. Наличие стандартов облегчает переносимость приложений и защищает как пользователей, так и производителей. В результате возникло несколько организаций, связанных со стандартизацией, и был разработан ряд стандартов, оказывающих влияние на развитие UNIX:

IEEE и POSIX

В 1980 году была создана инициативная группа под названием с целью стандартизации программного интерфейса UNIX, т. е. формального определения услуг, предоставляемых операционной системой приложениям. Решение этой задачи упростило бы переносимость приложений между различными версиями UNIX. Такой стандарт был создан в 1984 году и использовался комитетом ANSI, отвечающим за стандартизацию языка С, при описании библиотек. Однако с ростом числа версий операционной системы эффективность стандарта уменьшилась, и через год, в 1985 году, был создан Portable Operating System Interface for Computing Environment, сокращенно POSIX (переносимый интерфейс операционной системы для вычислительной среды).

В 1988 году группой был разработан стандарт POSIX 1003.1-1988, который определил программный интерфейс приложений (Application Programming Interface, API). Этот стандарт нашел широкое применение во многих операционных системах, в том числе и отличных от UNIX. Спустя два года стандарт был принят как стандарт IEЕЕ 1003.1-1990.

Таблица 2 - наиболее значительные стандарты POSIX, относящиеся к UNIX, являются:

Стандарт	Особенности
POSIX 1003.2-1992	Включает определение командного интерпретатора UNIX и набора утилит
POSIX 1003.1b-1993	Содержит дополнения, относящиеся к поддержке приложений реального времени
POSIX 1003.1c-1995	Включает определения "нитей" (threads) POSIX, известных также как pthreads

X/Open

В 1984 году ряд европейских компьютерных компаний сформировал некоммерческую организацию, получившую название X/Open, целью которой была разработка общего набора интерфейсов операционной системы, согласованного между различными производителями, и создание действительно открытых систем, для которых стоимость переносимости приложений как между различными версиями одной операционной системы, так и между системами различных производителей была бы минимальной.

Основной задачей организации Х/Open являлось согласование и утверждение стандартов для создания общего программного интерфейса и программной среды для приложений. В 1992 году появился документ, известный под названием X/Open Portability Guide версии 3 или XPG3, который включал POSIX 1003.1-1988 и стандарт на графическую систему X Window System, разработанную в Массачусетском институте технологии.

SVID

Вскоре после выхода в свет в 1984 году версии SVR2, группа USG выпустила документ под названием System V Interface Definition, SVID, в котором описывались внешние интерфейсы UNIX версий System V. По существу, этот труд (в двух томах) определял соответствие операционной системы версии System V.

В дополнение к SVID был выпущен, так называемый, System V Verification Suite, SVVS, — набор тестовых программ, позволяющих производителям получить ответ, достойна ли их система права носить имя System V.

ANSI

В конце 1989 года Американским национальным институтом стандартов (American National Standards Institute, ANSI) был утвержден стандарт X3.159-1989 языка программирования С. Целью появления этого стандарта являлось улучшение переносимости программ, написанных на языке С, в различные операционные системы (не только UNIX). Стандарт определяет не только синтаксис и семантику языка, но и содержимое стандартной библиотеки.

Большинство функций, определенных в этих стандартах, представляют собой подмножество функций, имеющихся в большинстве UNIX-систем. Комитеты ANSI С и POSIX все же предложили ряд функций собственной разработки, но эти функции лишь привносят дополнительные неоднозначность и неопределенность в некоторые существующие версии UNIX. Опытный разработчик, имеющий дело с UNIX и С, легко разберется в упомянутых стандартах. Поддержка этих стандартов производителями компьютеров — тоже несложная задача.

 

6 Преимущества использования языка С++ для UNIX систем

Язык C

Язык C тесно связан с ОС UNIX, так как первоначально был разработан именно для реализации ядра операционной системы. Поэтому, в первую очередь, он очень удобен для программирования задач, использующих системные вызовы операционной системы, например, для организации низкоуровнего ввода/вывода, управления памятью или физическими устройствами, организации связи между процессами и т.д. Кроме того, язык C может успешно применяться и для реализации программ, не требующих такого непосредственного взаимодействия с операционной системой. При выборе языка программирования следует иметь в виду следующие характеристики языка C:

· Набор типов данных: символьный, целый, длинный целый, вещественный, и вещественный двойной точности.

· Наличие низкоуровневых возможностей (напомним, что большая часть ядра ОС UNIX написана на C).

· Возможность определения производных типов данных, таких как массивы, функции, указатели, структуры и объединения.

· Наличие многомерных массивов.

· Возможность определения указателей на данные конкретного типа и выполнения арифметических действий над указателями с учетом типа адресуемых ими данных.

· Побитные операции.

· Множество управляющих конструкций: if, if-else, switch, while, do-while и for.

· Высокая степень мобильности программ.

Язык C естественным образом ориентирован на структурное программирование. Большие программы подразделяются на функции, которые можно считать отдельно компилируемыми единицами. Кроме облегчения внесения изменений в программы, при таком подходе в наибольшей степени реализуется идеология программирования в ОС UNIX: стараться в максимальной степени использовать уже имеющиеся программы.

Язык C довольно труден в изучении. Чтобы научиться программировать на C, используя все его возможности, необходимо несколько месяцев интенсивной практики. Поэтому, если Вы программируете лишь эпизодически, лучше выбрать какой-нибудь другой, более простой язык.

Фортран

Несмотря на то, что Фортран является старейшим из языков высокого уровня, он и сейчас успешно применяется для математических расчетов. Так, на Фортране удобно программировать задачи статистического анализа и другие научные приложения. Основной целью при проектировании языка было достижение высокой эффективности при выполнении программ. Цель была достигнута, но для этого пришлось в некоторой степени пожертвовать гибкостью языка. Например, имеется только один вид оператора цикла. Кроме того, тексты программ должны иметь довольно жесткий формат. Отметим, правда, что использование препроцессоров несколько сглаживает указанные недостатки.

Паскаль

Поскольку Паскаль первоначально проектировался как язык для обучения программированию, он прост в обращении и получил широкое признание. Кроме простоты, к достоинствам языка можно отнести высокую степень структурированности программ и возможность обращения к системным вызовам (аналогично языку C). Удобнее всего использовать Паскаль для небольших программ, что естественно объясняется его первоначальным предназначением. Недостатками языка являются, например, отсутствие возможности инициализации переменных и недостаточные средства для работы с файлами.

Ассемблер

Этот язык наиболее близок к аппаратуре и поэтому является машинно-зависимым и не является мобильным. Необходимость программирования на ассемблере возникает, как правило, при невозможности воспользоваться языками высокого уровня.

Awk(1)

awk(1) (буквы в названии языка представляют инициалы его авторов) отыскивает во входном файле строки, соответствующие шаблону, описанному в файле спецификаций. Найдя такую строку, awk выполняет действия, также заданные в файле спецификаций. Зачастую программа из двух строк на awk может сделать то же, что и программа на две страницы на таких языках как C или Фортран. В качестве примера рассмотрим следующую задачу. Пусть имеется множество записей, состоящих из двух полей, первое из которых является ключом, а второе содержит число. Требуется каждую группу записей с одним и тем же ключевым значением заменить одной записью с тем же ключом и с числом, равным сумме чисел во всех записях группы. Таким образом, в результирующем наборе записей уже не будет совпадающих значений ключа. Если предположить, что исходный набор записей отсортирован по ключевому полю, то алгоритм решения задачи может выглядеть, например, так:

Прочитать первую запись в рабочую область.

Читать записи, пока не встретится признак конца файла (EOF); при этом:

Если ключ текущей записи совпадает с ключом записи в рабочей области, прибавить к числу в рабочей области число из текущей записи. В противном случае добавить запись из рабочей области к результату и поместить в рабочую область текущую запись.

Если достигнут конец файла, добавить к результату последнюю запись из рабочей области.

Программа на awk, выполняющая те же действия, может быть, например, такой:

{ qty[$1] += $2 }

END { for (key in qty) print key, qty[key] }

Отметим, что в отличие от описанного выше алгоритма, для этой программы не требуется, чтобы входной файл был отсортирован.

Lex(1)

С помощью lex(1) можно сгенерировать C-программу, которая распознает во входном потоке регулярные выражения, специфицированные пользователем, после чего выполняет некоторые действия, также заданные пользователем, и формирует выходной поток для следующей программы.

Yacc(1)

С помощью yacc(1) можно сгенерировать C-программу для выполнения синтаксического анализа входного потока согласно правилам, заданным в файле спецификаций. Кроме описания грамматики, этот файл содержит описания действий, которые должны быть выполнены, когда лексемы во входном потоке сопоставляются с тем или иным правилом грамматики. Для выделения лексем во входном потоке удобно использовать lex.

M4(1)

m4(1) - это макропроцессор, который можно использовать как препроцессор для языка ассемблера и C.

Bc(1) и dc(1)

bc(1) позволяет использовать терминал как программируемый калькулятор. С помощью bc можно выполнить арифметические вычисления, специфицированные в файле или поступающие со стандартного ввода. В действительности bc является препроцессором к dc(1). Можно пользоваться непосредственно dc, но это трудно, поскольку он работает с обратной польской записью.

Curses(3X)

Хотя в действительности это библиотека C-функций, curses(3X) упоминается здесь, поскольку его функции можно рассматривать как подъязык для выполнения операций с экраном терминала. Если писать программы, предполагающие организацию экранного интерфейса с пользователем, будет полезно знать возможности этого пакета.

Так почему, имея такой выбор средств программирования, лучше отдать предпочтение языку С++?

6.3 Особенности языка С++

C++ — компилируемый статически типизированный язык программирования общего назначения. Поддерживает такие парадигмы программирования как процедурное программирование, объектно-ориентированное программирование, обобщенное программирование, обеспечивает модульность, раздельную компиляцию, обработку исключений, абстракцию данных, объявление типов (классов) объектов, виртуальные функции. Стандартная библиотека включает, в том числе, общеупотребительные контейнеры и алгоритмы. C++ сочетает свойства как высокоуровневых, так и низкоуровневых языков. В сравнении с его предшественником — языком C, — наибольшее внимание уделено поддержке объектно-ориентированного и обобщённого программирования.

Название «C++» происходит от названия языка C, в котором унарный оператор ++ обозначает инкремент переменной.

Являясь одним из самых популярных языков программирования, C++ широко используется для разработки программного обеспечения. Область его применения включает создание операционных систем, разнообразных прикладных программ, драйверов устройств, приложений для встраиваемых систем, высокопроизводительных серверов, а также развлекательных приложений (игр). Существует множество реализаций языка C++, как бесплатных, так и коммерческих и для различных платформ. Например, на платформе x86 это GCC, Visual C++, Intel C++ Compiler, Borland C++ Builder и другие.

Синтаксис C++ унаследован от языка C. Одним из принципов разработки было сохранение совместимости с C. Тем не менее, C++ не является в строгом смысле надмножеством C; множество программ, которые могут одинаково успешно транслироваться как компиляторами C, так и компиляторами C++, довольно велико, но не включает все возможные программы на C.

В книге «Дизайн и эволюция C++» Бьёрн Страуструп описывает принципы, которых он придерживался при проектировании C++. Эти принципы объясняют, почему C++ именно такой, какой он есть. Некоторые из них:

· Получить универсальный язык со статическими типами данных, эффективностью и переносимостью языка C.

· Непосредственно и всесторонне поддерживать множество стилей программирования, в том числе процедурное программирование, абстракцию данных, объектно-ориентированное программирование и обобщённое программирование.

· Дать программисту свободу выбора, даже если это даст ему возможность выбирать неправильно.

· Максимально сохранить совместимость с C, тем самым делая возможным лёгкий переход от программирования на C.

· Избежать разночтений между C и C++: любая конструкция, допустимая в обоих языках, должна в каждом из них обозначать одно и то же и приводить к одному и тому же поведению программы.

· Избегать особенностей, которые зависят от платформы или не являются универсальными.

· «Не платить за то, что не используется» — никакое языковое средство не должно приводить к снижению производительности программ, не использующих его.

· Не требовать слишком усложнённой среды программирования.

Язык С сконструирован таким образом, что позволяет писать эффективные программы и транслировать их в эффективный машинный код.

Отличия от языка С

Нововведениями C++ в сравнении с C являются:

· поддержка объектно-ориентированного программирования;

· поддержка обобщённого программирования через шаблоны;

· дополнительные типы данных;

· исключения;

· пространства имён;

· встраиваемые функции;

· перегрузка операторов;

· перегрузка имён функций;

· ссылки и операторы управления свободно распределяемой памятью;

· дополнения к стандартной библиотеке.

Новые возможности C++ включают объявления в виде выражений, преобразования типов в виде функций, операторы new и delete, тип bool, ссылки, расширенное понятие константности, подставляемые функции, аргументы по умолчанию, переопределения, пространства имён, классы (включая и все связанные с классами возможности, такие как наследование, функции-члены, виртуальные функции, абстрактные классы и конструкторы), переопределения операторов, шаблоны, оператор::, обработку исключений, динамическую идентификацию и многое другое. Язык C++ также во многих случаях строже относится к проверке типов, чем C.

Достоинства

C++ — чрезвычайно мощный язык, содержащий средства создания эффективных программ практически любого назначения, от низкоуровневых утилит и драйверов до сложных программных комплексов самого различного назначения. В частности:

· Поддерживаются различные стили и технологии программирования, включая традиционное директивное программирование, ООП, обобщённое программирование, метапрограммирование (шаблоны, макросы).

· Предсказуемое выполнение программ является важным достоинством для построения систем реального времени. Весь код, неявно генерируемый компилятором для реализации языковых возможностей (например, при преобразовании переменной к другому типу), определён в стандарте. Также строго определены места программы, в которых этот код выполняется. Это даёт возможность замерять или рассчитывать время реакции программы на внешнее событие.

· Автоматический вызов деструкторов объектов при их уничтожении, причём в порядке, обратном вызову конструкторов. Это упрощает (достаточно объявить переменную) и делает более надёжным освобождение ресурсов (память, файлы, семафоры и т. п.), а также позволяет гарантированно выполнять переходы состояний программы, не обязательно связанные с освобождением ресурсов (например, запись в журнал).

· Пользовательские функции-операторы позволяют кратко и ёмко записывать выражения над пользовательскими типами в естественной алгебраической форме.

· Язык поддерживает понятия физической (const) и логической (mutable) константности. Это делает программу надёжнее, так как позволяет компилятору, например, диагностировать ошибочные попытки изменения значения переменной. Объявление константности даёт программисту, читающему текст программы дополнительное представление о правильном использовании классов и функций, а также может являться подсказкой для оптимизации. Перегрузка функций-членов по признаку константности позволяет определять изнутри объекта цели вызова метода (константный для чтения, неконстантный для изменения). Объявление mutable позволяет сохранять логическую константность при использовании кэшей и ленивых вычислений.

· Используя шаблоны, возможно создавать обобщённые контейнеры и алгоритмы для разных типов данных, а также специализировать и вычислять на этапе компиляции.

· Возможность имитации расширения языка для поддержки парадигм, которые не поддерживаются компиляторами напрямую. Например, библиотека Boost.Bind позволяет связывать аргументы функций.

· Возможность создания встроенных предметно-ориентированных языков программирования. Такой подход использует, н