C（プログラミング言語）

Ｃ

『プログラミング言語C』初版の表紙に使用されたロゴタイプ[1]
パラダイム	マルチパラダイム：命令型（手続き型）、構造化
デザイン：	デニス・リッチー
開発者	ANSI X3J11 ( ANSI C ); ISO/IEC JTC 1 (合同技術委員会 1) / SC 22 (小委員会 22) / WG 14 (ワーキンググループ 14) (ISO C)
初登場	1972年; 52年前[2] （1972年）
安定版リリース	C23 / 2024年10月31日; 25日前 ( 2024-10-31 )
プレビューリリース	C2y (N3220) / 2024年2月21日; 9か月前[3] ( 2024-02-21 )
タイピングの規律	静的、弱い、明白な、名目上の
OS	クロスプラットフォーム
ファイル名拡張子	.c、.h
Webサイト	www.iso.org/standard/82075.html www.open-std.org/jtc1/sc22/wg14/
主な実装
pcc、GCC、Clang、Intel C、C++Builder、Microsoft Visual C++、Watcom C
方言
Cyclone、Unified Parallel C、Split-C、Cilk、C*
影響を受けた
B ( BCPL、CPL )、ALGOL 68、[4] PL/I、FORTRAN
影響を受けた
多数：AMPL、AWK、csh、C++、C--、C#、Objective-C、D、Go、Java、JavaScript、JS++、Julia、Limbo、LPC、Perl、PHP、Pike、Processing、Python、Rust、Seed7、V（Vlang）、Vala、Verilog（HDL）、[5] Nim、Zig
Wikibooks の C プログラミング

C（発音は / ˈ s iː / – 文字のcと同じ）^[6]は、汎用プログラミング言語です。1970年代にデニス・リッチーによって作成され、現在でも広く使用され、影響力を持っています。設計上、Cの機能は対象となるCPUの能力をきれいに反映しています。オペレーティングシステムコード（特にカーネル^[7]）、デバイスドライバ、プロトコルスタックでは長年使用されてきましたが、アプリケーションソフトウェアでの使用は減少しています。^{[8] Cは、最大の}スーパーコンピュータから最小のマイクロコントローラや組み込みシステムに至るまで、コンピュータアーキテクチャで一般的に使用されています。

プログラミング言語Bの後継であるC は、もともと1972 年から 1973 年にかけてベル研究所のリッチーによってUnix上で動作するユーティリティを構築するために開発されました。これは、 Unix オペレーティングシステムのカーネルの再実装に適用されました。^[9] 1980 年代に、C は徐々に人気を博しました。 C は最も広く使用されているプログラミング言語の 1 つとなり、^{[10] [11]} Cコンパイラは、ほぼすべての最新のコンピュータアーキテクチャとオペレーティングシステムで使用できます。元の言語設計者が共著した書籍「プログラミング言語 C 」は、長年にわたってこの言語の事実上の標準となりました。 ^{[12] [1] C は、1989 年以来}、米国規格協会(ANSI)によって標準化されており、その後、国際標準化機構(ISO) と国際電気標準会議(IEC) によって共同で標準化されました。

C は命令型の手続き型 言語で、構造化プログラミング、語彙変数スコープ、再帰をサポートし、静的型システムを備えています。C は、メモリへの低レベルのアクセスと、マシン命令に効率的にマップされる言語構造を提供するようにコンパイルされるよう設​​計されており、ランタイム サポートは最小限です。低レベルの機能にもかかわらず、この言語はクロスプラットフォーム プログラミングを促進するように設計されています。移植性を考慮して作成された標準準拠の C プログラムは、ソース コードをほとんど変更せずに、さまざまなコンピュータ プラットフォームやオペレーティング システム用にコンパイルできます。

2000年以来、C言語はプログラミング言語の人気度を測るTIOBEインデックスで一貫して上位4言語にランクされています。 ^[13]

C はALGOL の伝統に基づく命令型の手続き型言語です。静的型システムを備えています。C では、実行可能なコードはすべてサブルーチン(関数プログラミングの意味ではありませんが、「関数」とも呼ばれます)内に含まれています。関数のパラメータは値で渡されますが、配列はポインタ (つまり、配列の最初の項目のアドレス)として渡されます。C では、参照渡しは、参照される対象へのポインタを明示的に渡すことによってシミュレートされます。

C プログラムのソース テキストは自由形式のコードです。 セミコロンは文を終了し、中括弧は文をブロックにグループ化するために使用されます。

C 言語には次のような特徴もあります。

• この言語には、、、、、および という制御フロープリミティブの完全なセットを含む、少数の固定された数のキーワードがあります。ユーザー定義の名前は、いかなる種類のシギルによってもキーワードと区別されません。if/elsefordo/whilewhileswitch
• 多数の算術演算子、ビット演算子、論理演算子+（+=、、、、など）があります++。&||
• 1 つのステートメントで複数の割り当てを実行できます。
• 機能:
  • 関数の戻り値は、必要ない場合は無視できます。
  • 関数とデータ ポインターにより、アドホックな 実行時ポリモーフィズムが可能になります。
  • 関数は他の関数の語彙範囲内で定義することはできません。
  • 変数は、スコープを使用して関数内で定義できます。
  • 関数は自身を呼び出すことができるため、再帰がサポートされます。
• データの型付けは静的ですが、強制力は弱いです。すべてのデータには型がありますが、暗黙的な変換が可能です。
• ユーザー定義 ( typedef ) 型と複合型が可能です。
  • 異種の集約データ型 ( struct) を使用すると、関連するデータ要素を 1 つの単位としてアクセスし、割り当てることができます。構造体全体の内容を単一の組み込み演算子を使用して比較することはできません (要素を個別に比較する必要があります)。
  • ユニオンは重複するメンバーを持つ構造体であり、複数のデータ型が同じメモリ位置を共有できるようにします。
  • 配列のインデックスは、ポインタ演算の観点から定義された二次表記です。単一の組み込み演算子を使用して配列全体を割り当てたり比較したりすることはできません。使用または定義に「配列」キーワードはありません。代わりに、角括弧が構文的に配列を示します。例: month[11]。
  • キーワードを使用すると列挙型が可能になりますenum。列挙型は整数と自由に相互変換可能です。
  • 文字列は明確なデータ型ではありませんが、通常はnull で終了する文字配列として実装されます。
• マシン アドレスをポインタに変換することで、コンピュータ メモリへの低レベル アクセスが可能になります。
• プロシージャ(値を返さないサブルーチン) は、戻り値の型が空である関数の特殊なケースですvoid。
• ライブラリ ルーチンの呼び出しを使用して、プログラムにメモリを割り当てることができます。
• プリプロセッサは、マクロ定義、ソース コードファイルのインクルード、条件付きコンパイルを実行します。
• モジュール化には基本的な形式があります。つまり、ファイルを個別にコンパイルしてリンクしstatic、および属性を介して他のファイルに表示される関数とデータ オブジェクトを制御できますextern。
• I/O、文字列操作、数学関数などの複雑な機能は、一貫してライブラリ ルーチンに委任されます。
• コンパイル後に生成されたコードは、基盤となるプラットフォーム上でのニーズが比較的単純であるため、オペレーティング システムの作成や組み込みシステムでの使用に適しています。

C には他の言語にある特定の機能 (オブジェクト指向やガベージ コレクションなど) は含まれていませんが、外部ライブラリ ( GLib オブジェクト システムやBoehm ガベージ コレクターなど) を使用することで、これらの機能を実装またはエミュレートできます。

C++、C#、UnixのCシェル、D、Go、Java、JavaScript（トランスパイラを含む）、Julia、Limbo、LPC、Objective-C、Perl、PHP、Python、Ruby、Rust、Swift、Verilog、SystemVerilog（ハードウェア記述言語）など、多くの後発言語がCから直接的または間接的に借用しています。[ ^{5]これらの言語は、その}制御構造やその他の基本機能 の多くをCから取り入れています。それらのほとんどはCと非常によく似た構文を表現し、Cの認識可能な式とステートメントの構文を、根本的に異なる可能性のある基礎となる型システム、データモデル、およびセマンティクスと組み合わせる傾向があります。

C言語の起源はUnixオペレーティングシステムの開発と密接に関係しており、もともとはデニス・リッチーとケン・トンプソンが同僚のアイデアをいくつか取り入れてPDP-7上でアセンブリ言語で実装しました。最終的に彼らはオペレーティングシステムをPDP-11に移植することを決定しました。UnixのオリジナルのPDP-11バージョンもアセンブリ言語で開発されました。^[9]

トンプソンは、新しいプラットフォーム用のユーティリティを開発するためのプログラミング言語を求めていた。彼は最初、Fortranコンパイラを書こうとしたが、すぐにその考えを断念し、代わりに、最近開発されたシステムプログラミング言語BCPLの簡易版を作成した。BCPL の公式説明は当時は入手できなかったため、^[14]トンプソンは構文を「冗長」ではなく、SMALGOL として知られる簡略化されたALGOLに似たものに変更した。 ^[15]彼はその結果をB と呼び、^[9]「多くの SMALGOL 構文を備えた BCPL セマンティクス」と説明した。^[15] BCPL と同様に、Bには新しいマシンへの移植を容易にするためのブートストラップコンパイラがあった。 ^[15]結局、B は遅すぎてバイトアドレス指定などの PDP-11 機能を利用できなかったため、ユーティリティはほとんど書かれなかった。

1971年、リッチーはより強力なPDP-11の機能を使用するためにBの改良を始めた。重要な追加は文字データ型であった。彼はこれをNew B (NB)と呼んだ。^[15] トンプソンはNBを使用してUnixカーネルを書き始め、彼の要件が言語開発の方向性を形作った。^{[15] [16]} 1972年までに、より豊富な型がNB言語に追加されました。NBには配列とintがありましたchar。ポインタ、他の型へのポインタを生成する機能、すべての型の配列、関数から返される型もすべて追加されました。式内の配列はポインタになりました。新しいコンパイラが書かれ、言語はCと改名されました。^[9]

Cコンパイラとそれを使って作られたいくつかのユーティリティは、 Research Unixとしても知られるVersion 2 Unixに含まれていました。^[17]

1973年11月にリリースされたバージョン4 Unixでは、Unix カーネルがCで広範囲に再実装されました。 ^[9]この時までに、C言語は型などのいくつかの強力な機能を獲得していましたstruct。

このプリプロセッサは、アラン・スナイダーの勧めと、BCPLとPL/Iで利用可能なファイルインクルード機構の有用性への認識から、1973年頃に導入されました。そのオリジナルバージョンでは、インクルードファイルと単純な文字列置換、#includeおよびパラメータなしのマクロのみが提供されていました。その後すぐに、主にマイク・レスク#define、その後ジョン・ライザーによって拡張され、引数付きのマクロと条件付きコンパイルが組み込まれました。^[9]

Unixは、アセンブリ言語以外の言語で実装された最初のオペレーティングシステムカーネルの1つでした。初期の例としては、Multicsシステム（ PL/Iで記述）や、 1961年のBurroughs B5000用のMaster Control Program（MCP） （ ALGOLで記述）などがあります。1977年頃、RitchieとStephen C. Johnsonは、 Unixオペレーティングシステムの移植性を高めるために言語にさらなる変更を加えました。JohnsonのPortable C Compilerは、新しいプラットフォームでのCのいくつかの実装の基礎となりました。^[16]

1978年、ブライアン・カーニハンとデニス・リッチーは『プログラミング言語 C』の初版を出版した。^{[18]著者の頭文字から}K&Rとして知られるこの本は、長年にわたり言語の非公式仕様書として使われた。この本で説明されているCのバージョンは、一般に「 K&R C 」と呼ばれている。これは1978年に出版されたため、現在ではC78とも呼ばれている。^[19]この本の第2版^{[20]では、後述する後の}ANSI C標準が取り上げられている。

K&R ではいくつかの言語機能が導入されました。

• 標準I/Oライブラリ
• long intデータ型
• unsigned intデータ型
• 形式( など) の複合代入演算子は、形式(つまり) に変更されました。これは、 などの構文によって生じる意味の曖昧さを排除するためです。 は、おそらく意図されていた( -10 にする)ではなく、(10 で減算する)と解釈されていました。=op=-op=-=i=-10i =- 10ii = -10i

1989 年の ANSI 標準が公開された後も、多くの古いコンパイラがまだ使用されており、また慎重に記述された K&R C コードは合法的な標準 C でもあるため、長年にわたり K&R C は、最大限の移植性が求められる場合に C プログラマーが制限する「最低共通分母」と見なされていました。

C の初期のバージョンでは、関数定義の前に使用される場合、 以外の型を返す関数のみをint宣言する必要がありました。事前の宣言なしに使用される関数は、 型を返すものとみなされましたint。

例えば：

long some_function (); /* これは関数宣言なので、コンパイラはこの関数の名前と戻り値の型を知ることができます。 */ /* int */ other_function (); /* 別の関数宣言。これは C の初期バージョンなので、ここでは暗黙の 'int' 型があります。コメントは、後のバージョンで明示的な 'int' 型指定子が必要になる場所を示しています。 */  
  

/* int */ calling_function () /* これは関数定義で、{ 中括弧 } に続くコード本体を含みます。戻り値の型が指定されていないため、この初期のバージョンの C では関数は暗黙的に 'int' を返します。 */ { long test1 ; register /* int */ test2 ; /* ここでも 'int' は必須ではないことに注意してください。コメント内の'int' 型指定子は、 C のそれ以降のバージョンで必要になります。 */ /* 'register' キーワードは、この変数がスタック フレーム内ではなくレジスタに格納されることをコンパイラに示します。 */ test1 = some_function (); if ( test1 > 1 ) test2 = 0 ; else test2 = other_function (); return test2 ; }  

     
       
                              
                              
                              
      
       
            
    
            
     

コメントアウトされた型int指定子は K&R C では省略できますが、後の標準では必須になります。

K&R 関数宣言には関数引数に関する情報が含まれていないため、関数パラメータの型チェックは実行されませんでしたが、一部のコンパイラでは、ローカル関数が間違った数の引数で呼び出された場合、または外部関数への異なる呼び出しで異なる数または型の引数が使用された場合に警告メッセージを発行しました。Unix のlintユーティリティなどの別のツールが開発され、複数のソース ファイル間での関数の使用の一貫性をチェックできるようになりました。

K&R Cの出版後数年間で、AT&T（特にPCC ^[21] ）や他のベンダーのコンパイラによってサポートされたいくつかの機能が言語に追加されました。これには次のものが含まれます。

• void関数（つまり、戻り値のない関数）
• structまたは型を返す関数union（以前は単一のポインタ、整数、または浮動小数点数のみを返すことができました）
• structデータ型の割り当て
• 列挙型（以前は、整数固定値のプリプロセッサ定義が使用されていました#define GREEN 3。例：）

拡張機能の数が多く、標準ライブラリに関する合意が欠如していること、言語の人気、そしてUnixコンパイラでさえK&R仕様を正確に実装していないという事実により、標準化の必要性が生じました。^[22]

1970 年代後半から 1980 年代にかけて、 C の人気が急激に高まり始め、 IBM PC を含むさまざまなメインフレーム コンピュータ、ミニコンピュータ、マイクロコンピュータに C のバージョンが実装されました。

1983 年、米国規格協会(ANSI) は、C の標準仕様を確立するために委員会 X3J11 を結成しました。X3J11 は、C 標準を Unix 実装に基づいて作成しましたが、Unix C ライブラリの移植不可能な部分はIEEE ワーキング グループ1003 に引き渡され、1988 年のPOSIX標準の基礎となりました。1989 年、C 標準は ANSI X3.159-1989「プログラミング言語 C」として承認されました。このバージョンの言語は、 ANSI C、標準 C、または C89 と呼ばれることもあります。

1990 年に、ANSI C 標準 (フォーマットの変更を含む) が国際標準化機構(ISO) によって ISO/IEC 9899:1990 として採用され、C90 と呼ばれることもあります。したがって、「C89」と「C90」という用語は同じプログラミング言語を指します。

ANSI は、他の国家標準化団体と同様に、C 標準を独自に開発することはなくなり、ワーキング グループISO/IEC JTC1/SC22 /WG14 によって維持されている国際 C 標準に従います。国際標準の更新は、通常、ISO 発行後 1 年以内に国家で採用されます。

C 標準化プロセスの目的の 1 つは、その後導入された非公式機能の多くを組み込んだ K&R C のスーパーセットを作成することでした。標準化委員会は、関数プロトタイプ(C++ から借用)、ポインタ、国際文字セットとロケールvoidのサポート、プリプロセッサの強化など、いくつかの追加機能も含めました。パラメータ宣言の構文はC++ で使用されるスタイルを含むように拡張されましたが、既存のソース コードとの互換性のために、K&R インターフェイスは引き続き許可されました。

C89 は現在の C コンパイラでサポートされており、最近の C コードのほとんどはこれをベースにしています。ハードウェアに依存する仮定を一切せずに標準 C のみで記述されたプログラムは、リソース制限内で、準拠した C 実装を備えたあらゆるプラットフォームで正しく実行されます。このような予防措置を講じないと、たとえばGUIライブラリなどの非標準ライブラリの使用や、データ型の正確なサイズやバイトエンディアンなどのコンパイラまたはプラットフォーム固有の属性への依存により、プログラムは特定のプラットフォームまたは特定のコンパイラでのみコンパイルされる可能性があります。

コードを標準準拠コンパイラまたは K&R C ベースのコンパイラのいずれかでコンパイルする必要がある場合、__STDC__マクロを使用してコードを標準セクションと K&R セクションに分割し、K&R C ベースのコンパイラで標準 C でのみ使用可能な機能が使用されるのを防ぐことができます。

ANSI/ISO標準化プロセスの後、C言語仕様は数年間比較的静的なままでした。1995年に、1990年のC標準の規範修正1（ISO/IEC 9899/AMD1:1995、非公式にはC95として知られています）が公開され、いくつかの詳細が修正され、国際文字セットのより広範なサポートが追加されました。^[23]

C規格は1990年代後半にさらに改訂され、1999年にISO/IEC 9899:1999が発行されました。これは一般に「C99」と呼ばれています。それ以来、技術訂正によって3回修正されています。^[24]

C99 では、インライン関数、いくつかの新しいデータ型(long long intおよび複素数をcomplex表す型を含む)、可変長配列と柔軟な配列メンバー、 IEEE 754浮動小数点のサポートの改善、可変長マクロ(可変引数のマクロ) のサポート、および BCPL や C++ のように で始まる 1 行コメントのサポートなど、いくつかの新機能が導入されました。これらの多くは、いくつかの C コンパイラで拡張機能としてすでに実装されていました。 //

C99 は大部分で C90 と下位互換性がありますが、いくつかの点でより厳格になっています。特に、型指定子のない宣言はint暗黙的に想定されなくなりました。標準マクロは、C99 のサポートが利用可能であることを示す__STDC_VERSION__値で定義されています。GCC 、Solaris Studio、およびその他の C コンパイラは現在^{[いつ? ] C99 の新機能の多くまたはすべてをサポートしています。ただし、} Microsoft Visual C++の C コンパイラは、C89 標準と、 C++11との互換性に必要な C99 の部分を実装しています。^{[25] [更新が必要]}199901L

さらに、C99 標準では、エスケープ文字形式 (またはなど)のUnicode を使用する識別子のサポートが必須であり、生の Unicode 名のサポートが提案されています。 \u0040\U0001f431

2007 年に C 標準の別の改訂版の作業が開始され、2011 年 12 月 8 日に ISO/IEC 9899:2011 が正式に発行されるまで、非公式に「C1X」と呼ばれていました。C 標準委員会は、既存の実装でテストされていない新機能の採用を制限するためのガイドラインを採用しました。

C11 標準では、型汎用マクロ、匿名構造体、改善された Unicode サポート、アトミック操作、マルチスレッド、境界チェック関数など、C とライブラリに多数の新機能が追加されています。また、既存の C99 ライブラリの一部をオプションにし、C++ との互換性を向上させています。標準マクロは、 C11 サポートが利用可能であることを示すため__STDC_VERSION__に として定義されています201112L。

C17 は、2018 年 6 月に公開された C プログラミング言語の標準である ISO/IEC 9899:2018 の非公式な名称です。新しい言語機能は導入されておらず、技術的な修正と C11 の欠陥の明確化のみが行われています。標準マクロは、 C17 サポートが利用可能であることを示すため__STDC_VERSION__に と定義されています201710L。

C23は、現在のC言語標準の主要な改訂版の非公式な名前です。開発のほとんどの間、非公式には「C2X」として知られていました。C23は、2024年10月にISO/IEC 9899:2024として発行されました。^[26] 標準マクロは、 C23サポートが利用可能であることを示すため__STDC_VERSION__に定義されています202311L。

C2Yは、C23 (C2X) に続く次の主要なC言語標準改訂版の非公式な名称であり、2020年代後半にリリースされることが期待されているため、「C2Y」の「2」が付けられています。C2Yの初期のワーキングドラフトは、2024年2月にISO/IEC JTC1/SC22 /WG14ワーキンググループによってN3220としてリリースされました。^[27]

歴史的に、組み込み C プログラミングでは、固定小数点演算、複数の異なるメモリ バンク、基本的な I/O 操作 などの特殊な機能をサポートするために、C 言語の非標準拡張が必要でした。

2008年にC標準委員会はC言語を拡張した技術レポート^[28]を発行し、すべての実装が準拠する共通標準を提供することでこれらの問題に対処しました。これには、固定小数点演算、名前付きアドレス空間、基本的なI/Oハードウェアアドレス指定など、通常のCでは利用できない多くの機能が含まれています。

C言語にはC標準で規定された正式な文法がある。 ^[29] C言語では行末は一般的に重要ではないが、行の境界は前処理段階では重要となる。コメントは区切り文字/*との間*/、または（C99以降）//行末まで記述できる。とで区切られたコメントは/*ネスト*/されず、これらの文字シーケンスは文字列または文字リテラル内に記述された場合、コメント区切り文字として解釈されない。^[30]

C ソース ファイルには、宣言と関数定義が含まれます。関数定義には、宣言と文が含まれます。宣言ではstruct、、、unionなどのキーワードを使用して新しい型を定義するenumか、通常は型の後に変数名を記述して、新しい変数に型を割り当て、場合によっては新しい変数用のストレージを予約します。やなどのキーワードはchar、int組み込み型を指定します。コードのセクションは中括弧 ({および}、"波括弧" と呼ばれることもあります) で囲まれ、宣言のスコープを制限し、制御構造の単一の文として機能します。

命令型言語である C では、文を使用してアクションを指定します。最も一般的な文は式文で、評価する式とそれに続くセミコロンで構成されます。評価の副作用として、関数が呼び出され、変数に新しい値が割り当てられる場合があります。文の通常の順次実行を変更するために、C では予約キーワードで識別される制御フロー文がいくつか用意されています。構造化プログラミングifは、 ... [ else] 条件付き実行とdo... while、、whileおよびfor反復実行 (ループ)によってサポートされています。for文には、個別の初期化、テスト、および再初期化式があり、そのいずれかまたはすべてを省略できます。breakおよびは、continueループ内で使用できます。break は、最も内側のループ文を終了するために使用され、continue は再初期化にスキップするために使用されます。関数内の指定されたラベルgotoに直接分岐する非構造化文もあります。は、整数式の値に基づいて実行するを選択します。他の多くの言語とは異なり、制御フローはで終了しない限り、次の に進みます。 switchcasecasebreak

式では、さまざまな組み込み演算子を使用でき、関数呼び出しを含めることができます。関数への引数とほとんどの演算子のオペランドが評価される順序は指定されていません。評価はインターリーブされる場合もあります。ただし、すべての副作用 (変数への格納を含む) は、次の「シーケンス ポイント」の前に発生します。シーケンス ポイントには、各式ステートメントの終了、および各関数呼び出しへのエントリと各関数呼び出しからの戻りが含まれます。シーケンス ポイントは、特定の演算子 ( &&、、||および?:コンマ演算子) を含む式の評価中にも発生します。これにより、コンパイラによる高度なオブジェクト コードの最適化が可能になりますが、C プログラマは、他のプログラミング言語よりも信頼性の高い結果を得るために細心の注意を払う必要があります。

カーニハンとリッチーは『プログラミング言語C』の序文でこう述べている。「他の言語と同様に、Cにも欠点はある。演算子の優先順位が間違っているものもあるし、構文の一部は改善の余地がある。」^[31] C標準では、既存のソフトウェアにこのような変更が及ぼす影響を考慮して、これらの欠点の多くを修正しようとはしなかった。

基本的な C ソース文字セットには次の文字が含まれます。

• ISO 基本ラテンアルファベットの小文字と大文字: a– z、A–Z
• 小数点以下の桁数: 0–9
• グラフィック文字:! " # % & ' ( ) * + , - . / : ; < = > ? [ \ ] ^ _ { | } ~
• 空白文字:スペース、水平タブ、垂直タブ、フォームフィード、改行

改行文字はテキスト行の終わりを示します。実際の 1 つの文字に対応する必要はありませんが、便宜上、C ではそのように扱われます。

追加のマルチバイトエンコード文字を文字列リテラルで使用することもできますが、完全に移植可能というわけではありません。最新の C 標準 ( C11\uXXXX ) では、 または\UXXXXXXXXエンコード ( は16 進文字)を使用して、C ソース テキスト内に移植可能な多国籍 Unicode 文字を埋め込むことができますXが、この機能はまだ広く実装されていません。^{[更新が必要]}

基本的な C 実行文字セットには、同じ文字に加えて、アラート、バックスペース、キャリッジリターンの表現が含まれています。拡張文字セットのランタイムサポートは、C 標準の各リビジョンで増加しています。

以下の予約語は大文字と小文字が区別されます。

C89 には 32 個の予約語 (「キーワード」とも呼ばれる) があり、これらは事前に定義された目的以外には使用できません。

C99 ではさらに 5 つの予約語が追加されました: (‡ は C23 キーワードの別名を示します)

C11ではさらに7つの予約語が追加されました: ^[32] (‡はC23キーワードの別名を示します)

C23 ではさらに 15 語が予約されています。

最近予約された単語のほとんどは、アンダースコアに大文字が続く形で始まります。これは、その形式の識別子が、以前は C 標準によって実装専用として予約されていたためです。既存のプログラム ソース コードではこれらの識別子は使用されていないはずなので、C 実装がプログラミング言語のこれらの拡張機能をサポートし始めても、影響を受けることはありません。一部の標準ヘッダーでは、アンダースコア付き識別子のより便利な同義語が定義されています。これらの単語の一部は、C23 で従来のスペルでキーワードとして追加され、対応するマクロは削除されました。

C89以前は、entryキーワードとして予約されていました。C89として知られるようになった言語について解説した著書『プログラミング言語C』第2版で、カーニハンとリッチーは「以前は予約されていたが使われなかった[キーワード]はentry、もはや予約されていません」と書き、「stillbornentryキーワードは撤回されました」と書いています。^[33]

C は豊富な演算子をサポートしています。演算子は、式を評価する際に実行される操作を指定するために 式内で使用される記号です。C には次の演算子があります。

• 算数：+、、、、、-​*​/​%
• 割り当て：=
• 拡張割り当て: +=、、、、、、、、、、、、​​​​​​​ -= *= /= %= &= |= ^= <<= >>=
• ビット論理: ~、、、&​|^
• ビットシフト: <<,>>
• ブール論理: !、、&&||
• 条件評価:? :
• 等価性テスト: ==、!=
• 呼び出し関数:( )
• 増分と減分: ++、--
• メンバー選択: .、->
• オブジェクトサイズ:sizeof
• タイプ: typeof、typeof_unqual C23以降
• 順序関係: <、、、<=​>>=
• 参照と逆参照: &、*、[ ]
• シーケンス:,
• 部分式のグループ化:( )
• 型変換:(typename)

C では、代入を表すために演算子=（数学で等式を表すために使用される）を使用します。これはFortranやPL/Iの例に倣ったものですが、ALGOLとその派生言語とは異なります。C では、演算子 を使用して==等式をテストします。代入演算子と等式演算子は類似しているため、誤って一方を他方の代わりに使用してしまうことがありますが、多くの場合、この間違いによってエラー メッセージは表示されません（ただし、一部のコンパイラでは警告が表示されます）。たとえば、条件式がif (a == b + 1)と誤って記述される場合がありますが、代入後にの値がない限りif (a = b + 1)、 と評価されます。 ^[34]truea0

Cの演算子の優先順位は必ずしも直感的ではありません。たとえば、などの式では、演算子は(ビット単位のAND)==演算子や (ビット単位のOR) 演算子よりも強く結合します (これらの演算子よりも先に実行されます) 。これは、コーディング者の意図どおりに記述する必要があります。^[35]&|x & 1 == 0(x & 1) == 0

K&Rの初版に掲載された「hello, world」の例は、ほとんどのプログラミング教科書の入門プログラムのモデルとなっています。このプログラムは、「hello, world」を標準出力(通常は端末または画面表示) に出力します。

元のバージョンは次の通りです: ^[36]

main () 
{ 
printf ( "hello, world \n " ); }    

標準に準拠した「hello, world」プログラムは次のとおりです。^[a]

#include <stdio.h> 

int main ( void ) { printf ( "hello, world \n " ); } 

    

プログラムの最初の行には、 で示される前処理ディレクティブ#includeが含まれています。これにより、コンパイラは、そのコード行を、やstdio.hなどの標準入力および出力関数の宣言を含むヘッダー ファイルのテキスト全体で置き換えます。 を囲む山括弧は、同じ名前を持つ他のヘッダーよりもコンパイラで提供されるヘッダーを優先する検索戦略を使用してヘッダー ファイルを検索できることを示します (通常、ローカルまたはプロジェクト固有のヘッダー ファイルを含む二重引用符とは異なります)。 printfscanfstdio.h

2 行目は、関数mainが定義されていることを示しています。このmain関数は C プログラムで特別な目的を果たします。つまり、実行環境が関数を呼び出してmainプログラムの実行を開始します。型指定子は、int関数の評価の結果として呼び出し元 (この場合は実行環境) に返される値が整数であることを示します。パラメータ リストとしてのmainキーワードは、関数が引数を取らないことを示します。^[b]voidmain

開き中括弧は、関数を定義するコードの開始を示しますmain。

プログラムの次の行は、 という名前の関数を呼び出す（つまり、実行をその関数に転送する）文です。printfこの場合は、システムライブラリから提供されます。この呼び出しでは、printf関数に 1 つの引数が渡されます（つまり、提供されます）。この引数は、文字列リテラルの最初の文字のアドレスです。文字列リテラルは、コンパイラによって自動的に設定される名前のない配列で、 型の要素と、配列の終わりを示す最後のNULL 文字（ASCII 値 0）で構成されます（文字列の長さを判別できるようにするため）。NULL 文字は、エスケープ シーケンスとして記述することもできます。 は、C が改行文字に変換する標準のエスケープ シーケンスで、出力時に現在の行の終わりを示します。関数 の戻り値は型ですが、使用されていないため、暗黙的に破棄されます（より注意深いプログラムでは、関数が成功したかどうかを確認するために戻り値をテストする場合があります）。セミコロンで文が終了します。 "hello, world\n"charprintf \0\nprintfintprintf;

閉じ括弧はmain関数のコードの終わりを示します。C99以降の仕様によれば、main関数は（他の関数とは異なり）関数を終了する0に到達すると暗黙的に の値を返します。 ^{[c] の}戻り値は、ランタイムシステムによって関数の実行が成功したことを示す終了コードとして解釈されます。^[37]}0

C言語の型システムは静的かつ弱く型付けされており、PascalなどのALGOLの後継言語の型システムに似ています。^{[38]符号付きと符号なしの両方の様々なサイズの整数、}浮動小数点数、列挙型（ ） の組み込み型があります。整数型は、シングルバイト文字によく使用されます。C99ではブールデータ型が追加されました。また、配列、ポインタ、レコード（）および共用体（ ）などの派生型もあります。 enumcharstructunion

C は、型システムからのエスケープが必要になる可能性がある低レベルのシステム プログラミングでよく使用されます。コンパイラはほとんどの式の型の正確性を確保しようとしますが、プログラマは、型キャストを使用して値をある型から別の型に明示的に変換するか、ポインターまたは共用体を使用してデータ オブジェクトの基になるビットを他の方法で再解釈するなど、さまざまな方法でチェックをオーバーライドできます。

Cの宣言構文は、特に関数ポインタに関しては直感的ではないと感じる人もいる。（リッチーのアイデアは、識別子をその使用に似た文脈で宣言することだった。「宣言は使用を反映する」。）^[39]

C の通常の算術変換により、効率的なコードを生成できますが、予期しない結果が生成される場合があります。たとえば、同じ幅の符号付き整数と符号なし整数を比較するには、符号付きの値を符号なしの値に変換する必要があります。符号付きの値が負の場合、予期しない結果が生成される可能性があります。

C は、ポインタの使用をサポートしています。ポインタは、メモリ内のオブジェクトまたは関数のアドレスまたは位置を記録する参照の一種です。ポインタを逆参照して、ポイントされたアドレスに格納されているデータにアクセスしたり、ポイントされた関数を呼び出したりすることができます。ポインタは、代入またはポインタ演算を使用して操作できます。ポインタ値の実行時の表現は、通常、生のメモリ アドレス (おそらくワード内オフセット フィールドによって拡張される) ですが、ポインタの型にはポイント先の型が含まれるため、ポインタを含む式はコンパイル時に型チェックできます。ポインタ演算は、ポイントされたデータ型のサイズによって自動的にスケーリングされます。

ポインタはC言語で多くの目的で使われています 。 テキスト文字列は一般的に文字配列へのポインタを使って操作されます。動的なメモリ割り当てはポインタを使って行われます。aの結果は通常格納するデータのデータ型にキャストされます。treesなどの多くのデータ型は一般的にポインタを使ってリンクされた動的に割り当てられたオブジェクトとして実装されます。他のポインタへのポインタは多次元配列やオブジェクトの配列でよく使われます。関数へのポインタ（関数ポインタ）は関数を高階関数（ qsortやbsearchなど）への引数として渡したり、ディスパッチテーブルで渡したり、イベントハンドラへのコールバックとして渡したりするのに便利です。^[37]mallocstructstruct

ヌルポインタ値は、明示的に有効な場所を指していません。ヌル ポインタ値の逆参照は未定義であり、多くの場合、セグメンテーション エラーが発生します。ヌル ポインタ値は、リンク リストの最終ノードに「次の」ポインタがない場合などの特殊なケースを示す場合や、ポインタを返す関数からのエラー表示として役立ちます。ポインタ変数への割り当てなど、ソース コードの適切なコンテキストでは、ヌル ポインタ定数0は、ポインタ型への明示的なキャストの有無にかかわらず、NULLいくつかの標準ヘッダーで定義されているマクロとして、または C23 以降では定数として記述できますnullptr。条件付きコンテキストでは、ヌル ポインタ値は に評価されfalse、他のすべてのポインタ値は に評価されますtrue。

void ポインタ ( void *) は、指定されていない型のオブジェクトを指すため、「汎用」データ ポインタとして使用できます。指し示すオブジェクトのサイズと型が不明なため、void ポインタは逆参照できず、ポインタ演算も許可されません。ただし、他のオブジェクト ポインタ型との間で簡単に変換できます (多くのコンテキストでは暗黙的に変換されます)。^[37]

ポインタを不注意に使用すると、潜在的に危険です。ポインタは通常チェックされないため、ポインタ変数が任意の場所を指すように設定され、望ましくない影響が生じる可能性があります。適切に使用されたポインタは安全な場所を指しますが、無効なポインタ演算を使用することで安全でない場所を指すように設定される場合があります。ポインタが指すオブジェクトは割り当て解除後も引き続き使用される可能性があります (ダングリング ポインタ) 。初期化されずに使用される可能性があります (ワイルド ポインタ)。または、キャスト、共用体、または別の破損したポインタを使用して、安全でない値が直接割り当てられる可能性があります。一般に、C ではポインタ型の操作とポインタ型の変換が許容されていますが、コンパイラは通常、さまざまなレベルのチェックのオプションを提供します。他のいくつかのプログラミング言語では、より制限の厳しい参照型を使用してこれらの問題に対処しています。

C の配列型は、従来、コンパイル時に指定される固定の静的サイズです。最近の C99 標準では、可変長配列の形式も許可されています。ただし、標準ライブラリのmalloc関数を使用して実行時にメモリ ブロック (任意のサイズ) を割り当て、それを配列として扱うこともできます。

配列は常に（事実上）ポインタを介してアクセスされるため、配列アクセスは通常、基礎となる配列のサイズに対してチェックされませんが、一部のコンパイラでは境界チェックをオプションとして提供する場合があります。[ 40 ^{] [41]そのため、配列境界違反が発生する可能性があり、不正なメモリアクセス、データの破損、}バッファオーバーラン、実行時例外 など、さまざまな影響が生じる可能性があります。

C には多次元配列を宣言するための特別な規定はありませんが、配列の配列を宣言するために型システム内の再帰に依存しており、実質的に同じことを実現します。結果として得られる「多次元配列」のインデックス値は、行優先順序で増加すると考えることができます。多次元配列は、行列を格納するための数値アルゴリズム (主に応用線形代数) でよく使用されます。C 配列の構造は、この特定のタスクに適しています。ただし、C の初期のバージョンでは、配列の境界は既知の固定値であるか、それらを必要とするサブルーチンに明示的に渡される必要があり、動的にサイズが設定される配列の配列には二重インデックスを使用してアクセスできませんでした。(この問題を回避するには、列へのポインターの追加の「行ベクトル」を使用して配列を割り当てます。) C99 では、この問題に対処する「可変長配列」が導入されました。

最新の C (C99 以降) を使用した次の例は、ヒープ上の 2 次元配列の割り当てと、アクセスのための多次元配列インデックスの使用を示しています (多くの C コンパイラで境界チェックを使用できます)。

int func ( int N , int M ) { float ( * p )[ N ] [ M ] = malloc ( sizeof * p ); if ( p == 0 ) return -1 ; for ( int i = 0 ; i < N ; i ++ ) for ( int j = 0 ; j < M ; j ++ ) ( * p )[ i ] [ j ] = i + j ; print_array ( N , M , p ); free ( p ); return 1 ; }    

       
     
     
          
            
           
    
  
   

以下はC99のAuto VLA機能を使用した同様の実装です: ^[d]

int func ( int N , int M ) { // 注意: N*M*sizeof(float) が自動 VLA の制限を超えず、スタックの使用可能なサイズ内であることを確認する必要があります。float p [ N ] [ M ]; // 自動 VLA はスタックに保持され、関数が呼び出されたときにサイズが決定されますfor ( int i = 0 ; i < N ; i ++ ) for ( int j = 0 ; j < M ; j ++ ) p [ i ] [ j ] = i + j ; print_array ( N , M , p ); // 関数が終了するとスタック フレームの残りの部分と共に消えるため、free(p) する必要はありませんreturn 1 ; }    

  
     
          
            
           
    
  
   

添え字表記x[i]（ はxポインタを示す）は の構文糖衣*(x+i)です。^[42]コンパイラのポインタ型に関する知識を活用すると、x + iを指すアドレスは、 によって指されるベースアドレスxにバイト数を増分したものではなく、 を指す要素のサイズを乗じて を増分したiベースアドレスとして定義されます。したがって、 は配列の 番目の要素 を示します。ixx[i]i+1

さらに、ほとんどの式のコンテキストでは (注目すべき例外は のオペランドとしてsizeof)、配列型の式は、配列の最初の要素へのポインターに自動的に変換されます。これは、関数の引数として指定された場合、配列全体がコピーされることはなく、最初の要素のアドレスのみが渡されることを意味します。したがって、C の関数呼び出しでは値渡しセマンティクスが使用されますが、配列は実際には参照によって渡されます。

配列の合計サイズは、配列型の式に をx適用することで決定できます。要素のサイズは、 のように、配列の参照解除された要素に演算子を適用することで決定できます。したがって、宣言された配列の要素数はとして決定できます。上記の自動変換により、C コードでは最初の要素へのポインターのみが使用できる場合が多いため、配列の完全な型と長さに関する情報は失われることに注意してください。 sizeofsizeofAn = sizeof A[0]Asizeof A / sizeof A[0]

プログラミング言語の最も重要な機能の一つは、メモリとメモリに格納されているオブジェクトを管理する機能を提供することです。C言語は、オブジェクトにメモリを割り当てるための3つの主要な方法を提供しています。^[37]

• 静的メモリ割り当て: オブジェクトのスペースはコンパイル時にバイナリに提供されます。これらのオブジェクトには、それらを含むバイナリがメモリにロードされている限り、範囲(または有効期間) があります。
• 自動メモリ割り当て: 一時オブジェクトはスタックに格納され、宣言されたブロックが終了した後、このスペースは自動的に解放され、再利用できるようになります。
• 動的メモリ割り当て: 実行時に、ライブラリ関数 (ヒープmallocと呼ばれるメモリ領域など) を使用して、任意のサイズのメモリ ブロックを要求できます。これらのブロックは、ライブラリ関数またはを呼び出すことによって後で再利用のために解放されるまで保持されます。reallocfree

これら 3 つのアプローチは、それぞれ異なる状況で適切であり、さまざまなトレードオフがあります。たとえば、静的メモリ割り当てでは割り当てのオーバーヘッドがほとんどありませんが、自動割り当てではオーバーヘッドが若干多くなる可能性があります。また、動的メモリ割り当てでは、割り当てと割り当て解除の両方で大きなオーバーヘッドが発生する可能性があります。静的オブジェクトの永続的な性質は、関数呼び出し間で状態情報を維持するのに役立ちます。自動割り当ては使いやすいですが、スタック領域は通常、静的メモリやヒープ領域よりもはるかに制限され、一時的です。動的メモリ割り当てでは、実行時にのみサイズがわかるオブジェクトを簡単に割り当てることができます。ほとんどの C プログラムでは、これら 3 つすべてを広範に使用しています。

可能な場合は、自動または静的割り当てが最も簡単です。これは、ストレージがコンパイラによって管理されるため、手動でストレージを割り当てて解放するという、エラーが発生しやすい作業からプログラマを解放できるためです。ただし、多くのデータ構造は実行時にサイズが変わる可能性があり、静的割り当て (および C99 より前の自動割り当て) はコンパイル時に固定サイズにする必要があるため、動的割り当てが必要な状況が多くあります。^[37] C99 標準より前は、可変サイズの配列がその一般的な例でした。(動的に割り当てられた配列の例については、 C の動的メモリ割り当てに関する記事を参照してください。) 実行時に失敗して制御不能な結果になる可能性がある自動割り当てとは異なり、動的割り当て関数は、必要なストレージを割り当てられない場合にその旨を (ヌル ポインタ値の形式で) 返します。(大きすぎる静的割り当ては通常、プログラムの実行が開始される前に、リンカーまたはローダーによって検出されます。)

特に指定がない限り、静的オブジェクトにはプログラムの起動時にゼロまたは null ポインター値が含まれます。自動的および動的に割り当てられたオブジェクトは、初期値が明示的に指定された場合にのみ初期化されます。それ以外の場合は、最初は不確定な値 (通常は、ストレージにたまたま存在するビット パターンで、その型の有効な値を表していない場合さえあります) を持ちます。プログラムが初期化されていない値にアクセスしようとすると、結果は未定義になります。多くの最新のコンパイラーは、この問題を検出して警告しようとしますが、誤検知と誤検知の両方が発生する可能性があります。

ヒープ メモリの割り当ては、可能な限り再利用するために、プログラムでの実際の使用状況と同期させる必要があります。たとえば、ヒープ メモリ割り当てへの唯一のポインタがスコープ外になったり、明示的に割り当て解除される前に値が上書きされたりした場合、そのメモリは後で再利用するために回復できず、プログラムから実質的に失われます。これは、メモリ リークと呼ばれる現象です。逆に、メモリが解放されても、その後参照され、予期しない結果につながる可能性があります。通常、障害の症状は、エラーの原因となったコードとは関係のないプログラム部分に現れるため、障害の診断が困難です。このような問題は、自動ガベージ コレクションを備えた言語では改善されます。

C プログラミング言語は、拡張の主な方法としてライブラリを使用します。C では、ライブラリは単一の「アーカイブ」ファイル内に含まれる関数のセットです。各ライブラリには通常、ヘッダー ファイルがあり、このヘッダー ファイルには、プログラムで使用できるライブラリ内に含まれる関数のプロトタイプと、これらの関数で使用される特殊なデータ型とマクロ シンボルの宣言が含まれています。プログラムがライブラリを使用するには、ライブラリのヘッダー ファイルをインクルードし、ライブラリをプログラムにリンクする必要があります。多くの場合、これにはコンパイラ フラグ(たとえば-lm、数学ライブラリをリンクするの略語) が必要です。^[37]

最も一般的な C ライブラリはC 標準ライブラリです。これはISOおよびANSI C標準で指定されており、すべての C 実装に付属しています (組み込みシステムなどの限定された環境を対象とする実装では、標準ライブラリのサブセットのみが提供される場合があります)。このライブラリは、ストリームの入出力、メモリ割り当て、数学、文字列、および時間値をサポートしています。いくつかの個別の標準ヘッダー (などstdio.h) は、これらの機能やその他の標準ライブラリ機能のインターフェイスを指定します。

C ライブラリ関数のもう 1 つの一般的なセットは、 UnixおよびUnix 系システムを対象としたアプリケーションで使用される関数、特にカーネルへのインターフェイスを提供する関数です。これらの関数は、 POSIXやSingle UNIX 仕様などのさまざまな標準で詳細に説明されています。

多くのプログラムがCで書かれているので、他にもさまざまなライブラリが利用可能です。ライブラリはCで書かれていることが多いのは、Cコンパイラが効率的なオブジェクトコードを生成するためです。その後、プログラマーはライブラリへのインターフェースを作成し、 Java、Perl、Pythonなどの高級言語からルーチンを使用できるようにします。^[37]

ファイル入出力 (I/O) は C 言語自体の一部ではなく、ライブラリ (C 標準ライブラリなど) とそれに関連するヘッダー ファイル (など) によって処理されます。ファイル処理は一般に、ストリームstdio.hを介して機能する高レベル I/O によって実装されます。この観点から、ストリームはデバイスに依存しないデータ フローであり、ファイルは具体的なデバイスです。高レベル I/O は、ストリームとファイルの関連付けによって行われます。C 標準ライブラリでは、データが最終的な宛先に送信される前に、一時的にバッファ(メモリ領域またはキュー) にデータが格納されます。これにより、ハード ドライブやソリッド ステート ドライブなどの低速デバイスを待つ時間が短縮されます。低レベル I/O 関数は標準 C ライブラリの一部ではありませんが^{[説明が必要] 、一般に「ベア メタル」プログラミング (ほとんどの}組み込みプログラミングなど、どのオペレーティング システムにも依存しないプログラミング) の一部です。いくつかの例外を除き、実装には低レベル I/O が含まれます。

C プログラマーが、コンパイラーが提供するものよりも厳密な方法で、未定義の動作やエラーの可能性のある式を含むステートメントを見つけて修正できるようにするためのツールが数多く開発されています。lint ツールはそのようなツールの最初のものであり、その後多くのツールが開発されました。

自動化されたソースコードチェックと監査はどの言語でも有益であり、CにはLintなどの多くのツールがあります。プログラムが最初に書かれたときにLintを使用して疑わしいコードを検出するのが一般的な方法です。プログラムがLintに合格すると、Cコンパイラを使用してコンパイルされます。また、多くのコンパイラは、実際にはエラーである可能性が高い構文的に有効な構造についてオプションで警告することができます。MISRA Cは、組み込みシステム用に開発された、そのような疑わしいコードを回避するための独自のガイドラインセットです。^[43]

配列の境界チェック、バッファオーバーフローの検出、シリアル化、動的メモリ追跡、自動ガベージコレクションなど、C の標準部分ではないアクションを実行するためのコンパイラ、ライブラリ、およびオペレーティング システム レベルのメカニズムもあります。

PurifyやValgrindなどのツールや、メモリ割り当て関数の特別なバージョンを含むライブラリとのリンクは、メモリ使用における実行時エラーを発見するのに役立ちます。^{[44] [45]}

C言語は、オペレーティングシステムや組み込みシステムアプリケーションの実装におけるシステムプログラミングに広く使用されています。^[46]これにはいくつかの理由があります。

• C 言語では、ポインターと型パンニングを使用してプラットフォームのハードウェアとメモリにアクセスできるため、システム固有の機能 (制御/ステータス レジスタ、I/O レジスタなど) を C で記述されたコードで構成して使用できます。これにより、実行中のプラットフォームを完全に制御できます。
• コンパイル後に生成されるコードは多くのシステム機能を必要とせず、一部のブート コードから直接呼び出すことができるため、実行が簡単です。
• C 言語のステートメントと式は、通常、ターゲット プロセッサの命令シーケンスに適切にマッピングされるため、実行時にシステム リソースに対する要求が低くなり、実行が高速になります。
• C 言語は豊富な演算子を備えているため、ターゲット CPU の多くの機能を使用できます。特定の CPU に難解な命令がある場合、それらの命令を活用するための組み込み関数などを使用して言語バリアントを構築できます。これにより、ターゲット CPU のほぼすべての機能を使用できます。
• この言語を使用すると、バイナリ データのブロックに構造を簡単にオーバーレイできるため、データの理解、ナビゲート、変更が可能になり、データ構造やファイル システムも記述できます。
• この言語は、ビット操作、整数演算および論理演算、そしておそらくさまざまなサイズの浮動小数点数を含む豊富な演算子をサポートしており、適切に構造化されたデータを効率的に処理できます。
• C はかなり小さな言語で、ステートメントの数も少なく、膨大なターゲット コードを生成する機能もあまりないため、理解しやすいです。
• C はメモリの割り当てと解放を直接制御できるため、散発的なストップザワールドガベージ コレクション イベントを気にすることなく、メモリ処理操作に適切な効率と予測可能なタイミングが与えられ、予測可能なパフォーマンスが得られます。
• C では、一般的なや 、アリーナを使用したより洗練されたメカニズム、 、 DMA に適した OS カーネルのバージョン、割り込みハンドラー内での使用、または仮想メモリ システムと統合されたバージョンなど、さまざまなメモリ割り当てスキームの使用と実装が可能です。mallocfree
• リンカーと環境に応じて、C コードはアセンブリ言語で記述されたライブラリを呼び出すこともでき、アセンブリ言語から呼び出すこともできます。これは、他の低レベルコードと適切に相互運用されます。
• C とその呼び出し規約およびリンカー構造は、他の高水準言語と組み合わせて使用​​されることが多く、C への呼び出しと C からの呼び出しの両方がサポートされているため、他の高水準コードと適切に相互運用できます。
• C には、ライブラリ、フレームワーク、オープンソース コンパイラ、デバッガ、ユーティリティなど、非常に成熟した幅広いエコシステムがあり、事実上の標準となっています。C には既にドライバが存在するか、C コンパイラのバックエンドとして同様の CPU アーキテクチャが存在する可能性が高いため、別の言語を選択する動機は少なくなります。

C では、ハードウェアからの抽象化レイヤーが薄く、そのオーバーヘッドが低いため、プログラマーはアルゴリズムとデータ構造の効率的な実装を作成できます。これは、計算集約型プログラムにとって重要な基準です。たとえば、GNU Multiple Precision Arithmetic Library、GNU Scientific Library、Mathematica、およびMATLAB は、完全にまたは部分的に C で記述されています。多くの言語が C でのライブラリ関数の呼び出しをサポートしています。たとえば、PythonベースのフレームワークNumPy は、高性能とハードウェア相互作用の側面のために C を使用しています。

C は、他の言語の実装によって中間言語として使用されることがあります。この方法は、移植性や利便性のために使用されることがあります。C を中間言語として使用することにより、追加のマシン固有のコード ジェネレーターは不要になります。C には、行番号プリプロセッサ ディレクティブや初期化子リストの末尾のオプションの余分なコンマなど、生成されたコードのコンパイルをサポートする機能がいくつかあります。ただし、C の欠点のいくつかは、C--など、中間言語として使用するために特別に設計された他のC ベースの言語の開発を促しました。また、現代の主要なコンパイラーであるGCCとLLVM はどちらもC ではない中間表現を備えており、これらのコンパイラーは C を含む多くの言語のフロント エンドをサポートしています。

C言語の幅広い普及と効率性により、他のプログラミング言語のコンパイラ、ライブラリ、インタープリタはC言語で実装されることが多くなりました。 ^[47]たとえば、Python、^[48] Perl、^[49] Ruby、^[50] PHP [ ^51]のリファレンス実装はC言語で書かれています。

歴史的に、CはWeb開発にCommon Gateway Interface (CGI)をWebアプリケーション、サーバー、ブラウザ間の情報の「ゲートウェイ」として使用したことがありました。^{[52] Cが}インタープリタ言語よりも選ばれたのは、その速度、安定性、ほぼ普遍的な可用性のためかもしれません。 ^[53] Web開発をCで行うことはもはや一般的ではなく、^[54]他にも多くのWeb開発ツールが存在します。

最も人気のある 2 つのWeb サーバー、Apache HTTP ServerとNginx は、どちらも C で書かれています。これらの Web サーバーは、オペレーティング システムと対話し、TCP ポートで HTTP 要求をリッスンして、静的 Web コンテンツを提供したり、主に C で書かれているPHPなどのコンテンツを「レンダリング」する他の言語を実行したりします。C のハードウェアに近いアプローチにより、これらの高性能ソフトウェア システムを構築できます。

C言語はエンドユーザーアプリケーションの実装にも広く使用されています。^[55]しかし、そのようなアプリケーションは、より新しい高水準言語で記述することもできます。

アセンブリ言語の威力と...アセンブリ言語の利便性

— デニス・リッチー^[56]

C は人気があり、影響力があり、大きな成功を収めていますが、次のような欠点もあります。

• およびを使用した標準的な動的メモリ処理ではmalloc、freeエラーが発生しやすくなります。バグには、メモリが割り当てられているが解放されていない場合のメモリ リーク、および以前に解放されたメモリへのアクセスが含まれます。
• ポインタの使用とメモリの直接操作は、プログラマーのエラーや不良データの不十分なチェックなどにより、メモリが破損する可能性があります。
• ある程度の型チェックはありますが、可変長関数などの領域には適用されず、型チェックは簡単に、または不注意に回避される可能性があります。これは弱い型付けです。
• コンパイラによって生成されたコード自体にはチェックがほとんど含まれていないため、バッファオーバーラン、配列境界チェック、スタックオーバーフロー、メモリ枯渇を防ぎ、競合状態、スレッド分離などを考慮するために、すべての可能性のある結果を考慮するのはプログラマーの負担になります。
• ポインタの使用と、その実行時の操作は、同じデータにアクセスする方法が 2 つある可能性があることを意味します (エイリアシング)。これは、コンパイル時には判別できません。つまり、他の言語では利用できる最適化の一部は、C では利用できません。FORTRAN の方が高速であると考えられています。
• 標準ライブラリ関数の一部 (例:scanfまたは) は、バッファ オーバーランstrncatを引き起こす可能性があります。
• 生成されたコード内の低レベルのバリアントのサポートには、限られた標準化しかありません。たとえば、異なる関数呼び出し規約とABI、異なる構造体パッキング規約、大きな整数内の異なるバイト順序（エンディアンを含む）などです。多くの言語実装では、これらのオプションの一部はプリプロセッサディレクティブで処理され#pragma、^{[57] [58]}、一部は追加のキーワード（例：__cdecl呼び出し規約の使用）で処理されます。しかし、ディレクティブとオプションは一貫してサポートされているわけではありません。^[59]
• 標準ライブラリを使用した文字列処理はコード集約型であり、明示的なメモリ管理が必要です。
• この言語は、オブジェクト指向、イントロスペクション、実行時の式評価、ジェネリックなどを直接サポートしていません。
• 言語機能の不適切な使用に対する防御策はほとんどなく、保守不可能なコードにつながる可能性があります。特に、Cプリプロセッサは二重評価などの厄介な影響を隠すことができます。^{[60]この巧妙なコードに対する機能は}、International Obfuscated C Code ContestやUnderhanded C Contest などのコンテストで称賛されてきました。
• C言語には例外処理の標準サポートがなく、エラーチェックには 戻りコードのみが提供されています。マクロを介してtry-catchメカニズムを実装するために、setjmpおよびlongjmp標準ライブラリ関数が使用されてきました^{[61] 。}

いくつかの目的のために、バグの可能性を減らすために、 MISRA CやCERT Cなどの制限されたスタイルの C が採用されています。CWE などのデータベースは、 C などに脆弱性がある方法をカウントし、軽減策の推奨事項を提示しようとします。

いくつかの欠点を軽減できるツールがあります。最近の C コンパイラには、多くの潜在的なバグを特定するのに役立つ警告を生成するチェック機能が含まれています。

Cは、 C++やJavaなど、後の多くの言語に直接的、間接的に影響を与えてきました。^{[63]最も広範囲にわたる影響は構文にあります。ここで言及した言語はすべて、} Cのステートメントと（多かれ少なかれ認識できる）式構文を、Cとは（時には根本的に）異なる型システム、データモデル、または大規模なプログラム構造と組み合わせています。

ChやCINTなど、スクリプトにも使用できる C または C に近いインタープリターがいくつか存在します。

オブジェクト指向プログラミング言語が普及したとき、 C++とObjective-CはCの2つの異なる拡張であり、オブジェクト指向機能を提供しました。どちらの言語も元々はソースからソースへのコンパイラとして実装されており、ソースコードはCに変換され、その後Cコンパイラでコンパイルされていました。^[64]

C ++プログラミング言語（当初は「C with Classes」と呼ばれていました）は、Cのような構文でオブジェクト指向機能を提供する方法として、 Bjarne Stroustrupによって考案されました。 ^[65] C++は、より強力な型付け、スコープ、およびオブジェクト指向プログラミングに役立つその他のツールを追加し、テンプレートによる汎用プログラミングを許可します。C++はCのスーパーセットに近いものであり、現在^{[いつ? ]}いくつかの例外を除いてCのほとんどをサポートしています。

Objective-C は元々 C の上の非常に「薄い」レイヤーであり、ハイブリッド動的/静的型付けパラダイムを使用したオブジェクト指向プログラミングを可能にする C の厳密なスーパーセットのままです。Objective-C の構文は C とSmalltalk の両方から派生しています。前処理、式、関数宣言、および関数呼び出しを含む構文は C から継承されていますが、オブジェクト指向機能の構文は元々 Smalltalk から取得されました。

C++とObjective-Cに加えて、Ch、Cilk、Unified Parallel C はC のほぼスーパーセットです。

• C と C++ の互換性
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• プログラミング言語の比較
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