コンピューターの仕組みを理解するためにCを学ぶ必要がありますか？

コンピューターの仕組みを理解するために、Cについて学ぶことを勧められることをよく耳にします。 よろしいですか 絶対に明確にするために、すぐに記事の結論の概要を説明します。

• Cはコンピューターの仕組みではありません。
• ほとんどの人は文字通り話せないと思いますので、問題ではありません。
• コンテキストを理解するということは、目標に応じて、この理由でCを学習することも意味があることを意味します。

結論についてより詳細に説明した記事をさらに2つ書く予定ですが、これで十分です。 記事が公開されたら、ここにリンクを追加します。

私はよく人々からこれを聞いた：

Cを学習することにより、コンピューターの動作を理解できます。

私は最初はその考えが間違っているとは思いませんが、いくつかの留保があります。 それらを念頭に置いておくと、新しい重要なことを学ぶための実行可能な戦略になります。 しかし、これらの予約について詳細に議論する人はめったにいないので、私はこの記事を書いて、私の意見では、非常に必要なコンテキストを提供しています... 彼女があなたがそれを理解するのを助けることを願っています。

実際に始める前に、もう1つ言いたいことがあります。Cを学びたいなら、勉強しましょう。 学習は素晴らしいです。 Cを学ぶことは、コンピューティングと私のキャリアを理解する上で非常に重要になりました。 この言語とプログラミング言語の歴史におけるその位置を学ぶことで、あなたはより良いプログラマーになります。 言い訳は必要ありません。 学習のためだけに物事を学びます。 この記事は、真実を理解するためのガイドラインとなることを目的としており、Cを学習するかどうかについては説明していません。

まず第一に、誰にこのアイデアが一般的に推奨されます。 「コンピューターがどのように機能するかを調べる」場合は、言うまでもなく、これが現在理解されていません。 どのプログラマーがコンピューターの仕組みを理解していないのですか？ 基本的に、この感覚は、Ruby、Python、JavaScriptなどの動的に型付けされた「スクリプト」言語でプログラミングを行う人たちからのものであることがわかりました。 これらの言語は、仮想マシンのセマンティクスのみが重要な仮想マシン内で動作するため、「コンピューターの動作方法がわからない」と言われています。 最終的に、仮想マシンの全体的なアイデアは、移植性を提供することです。 目標は、VMが実行されているハードウェアに依存しないことです。

問題は1つだけです。Cは仮想マシン内でも動作します。

抽象マシンC

仕様C99のセクション5.1.2.3、「プログラムの実行」から：

この国際規格のセマンティック記述は、最適化の問題が関係しない抽象マシンの動作を記述しています。

私の意見では、これはCを学習する際に理解することが最も重要です。この言語は「コンピューターの動作を説明する」のではなく、「抽象的なCマシン」の動作を説明するものです。 他の重要なことはすべてこの概念から得られます。

もう1つの注意：ここでは、最新のC標準ではないC99を選択しました。 さて、 MSVCには...興味深いC言語のサポートがあり 、最近私はWindowsユーザーです。 はい、Windowsでclangとgccを実行できます。 C89、C99、C11の間に大きな違いはありません。 ある時点で、選択する必要があります。 ここで言及したバージョンには、元の仕様に対するいくつかの変更が含まれています。

Cトークで別のフレーズ「Cはポータブルアセンブラ」を聞いたことがあるかもしれません。 このフレーズを考えると、これが本当だとすると、Cはコンピューターの操作に対応できないことが理解できます。異なるアーキテクチャーのコンピューターはたくさんあります。 Cが、異なるアーキテクチャの異なるコンピューターで実行されるアセンブラーのような場合、これらのコンピューターのそれぞれのように同時に機能することはできません。 彼は詳細を隠さなければなりません 、さもなければ彼は持ち運びできません！

とはいえ、この事実は重要ではないと思います。なぜなら、人々は文字通り「Cはコンピューターの仕組み」を意味する可能性が低いからです。 これに戻る前に、抽象的なCマシンと、多くの人がCのこの側面を理解していないように思われる理由について話しましょう。

余談：なぜ人々は間違っているのですか？

私は自分の経験について話すことしかできませんが、確かにそれはユニークではありません。

GW-BASIC、C、C ++、Javaの順に学びました。 登場から4年後の1999年頃にJavaを書き始める前に、Javaについて聞いたことがあります。 当時のマーケティングでは、JavaとC ++を積極的に対比し、プラットフォームとしてJVMに焦点を当て、マシンモデルがそれをC ++と区別しているため、C。

Javaアプリケーションはプラットフォームに依存しません。 Java仮想マシンを各プラットフォームに移植するだけです。 これは、ユーザーのコンピューターとJavaアプリケーション間のインタープリターとして機能します。 Java環境で記述されたアプリケーションはどこでも動作するため、アプリケーションを複数のプラットフォームに移植する必要がありません。

主なモットーは、「一度書いて、どこでも実行する」でした。 これらの2つの文は、私（および他の多くの人）がJavaを理解するようになり、JavaがC ++とどのように異なるかを示しました。 Javaにはインタプリタ、Java仮想マシンがあります。 C ++には仮想マシンはありません。

このような強力なマーケティングにより、多くの人々の心にある「仮想マシン」は「大規模なランタイムおよび/またはインタープリター」と同義語になっています。 この機能のない言語は、特定のコンピューターに縛られすぎており、真にプラットフォームに依存していなかったため、移植が必要でした。 Javaが存在した主な理由は、このC ++の欠陥の変更でした。

「ランタイム環境」、「仮想マシン」、「抽象マシン」は、同じ基本概念に対する異なる言葉です。 しかし、それ以来、これらのアイデアの実装にわずかなばらつきがあるため、彼らは異なる意味合いを受け取りました。

個人的には、この1995年のマーケティングがプログラマがCの性質をまだ誤解している理由だと信じています。

だからこの声明は偽ですか？ サン・マイクロシステムズが嘘を助長するのに何百万ドルも費やすのはなぜですか？ Cがクロスプラットフォームの移植性を提供する抽象マシンにも基づいている場合、なぜJavaが必要なのでしょうか？ これは、「Cはコンピューターの仕組みです」と言ったときに人々が本当に意味することを理解するための鍵だと思います。

人々は本当に何を意味するのでしょうか？

Cは仮想マシンのコンテキストで動作しますが、Javaのような言語とは大きく異なります。 太陽は嘘をつきませんでした。 理解するには、Cのストーリーを知る必要があります。

1969年、ベル研究所はアセンブリ言語でコンピューターのオペレーティングシステムを作成しました。 1970年、UNIXと呼ばれました。 時間が経つにつれて、Bell LabsはPDP-11を含むますます多くの新しいコンピューターを購入しました。

UnixをPDP-11に移植する時が来たとき、彼らはより高度な言語を使用することに決めました。 今日、「JavaでOSを書くつもりです」と言うことを想像してください-あなたはおそらく笑うでしょうが、 アイデアは実現可能です。 状況（私の理解では、私は当時生きていませんでした）はほぼ同じでした。 Bと呼ばれる言語を検討しましたが、PDP-11の一部の機能をサポートしていなかったため、アルファベットの次の文字であるため「C」と呼ぶことで後継機を作成しました。

言語「A」はありませんでした。 BはBCPL（Basic Combined Programming Language）の後継です。

1972年、最初のCコンパイラはPDP-11で書かれ、同時にUNIXをCに書き直しました。当初、移植性については考えていませんでしたが、Cは名声を得たため、Cコンパイラは他のシステムに移植されました。

1978年に、「Programming Language C」という本の初版が出版されました。 著者の名前によれば、愛情を込めて「K＆R」と呼ばれ、この本は仕様にまったく似ていませんでしたが、同時に言語を十分に詳細に説明したため、他の人がコンパイラCを書くことを試みました。後にこの「バージョン」は「K＆R C」と呼ばれます

UNIXとCが普及するにつれて、どちらも多くのコンピューターに移植されました。 70年代および80年代に、ハードウェアベースは絶えず成長していました。 BがPDP-11のすべての機能をサポートしていないためにCが作成されたのと同じ方法で、多くのコンパイラは言語拡張を使用しました。 K＆Rのみがあり仕様はなかったため、拡張機能がかなり近い限り、これは受け入れられると見なされました。 1983年までに、標準化の欠如が問題を引き起こしていたため、ANSIは仕様を準備するチームを設立しました。 1989年、「ANSI C」と呼ばれることもあるC89標準が発表されました。

仕様Cは、これらの多様な実装をさまざまなハードウェアに統合しようとしました。 したがって、抽象Cマシンは、すべてのプラットフォームで同じコードが同じように動作することを可能にする一種の最小の仕様です。 C実装はコンパイルされ、解釈されないため、インタープリターがなかったため、1995年の意味で「VM」はありませんでした。 ただし、Cプログラムはこの抽象的な存在しないコンピューターで作成され、その後、コードはプログラムが実行されている特定のコンピューターに固有のアセンブラーに変換されます。 移植性のあるCコードを記述するために特定の詳細に依存することはできませんでした。

これは例によって最もよく説明されます。 Cの主なデータ型の1つは、「文字」という単語からのcharです。 ただし、抽象Cマシンはchar何ビットあるべきかを決定しません。 まあ、決定ではなく、番号で。 CHAR_BITのサイズを決定します。これは定数です。 仕様のセクション5.2.4.2.1：

以下に示す値は、適切な定数式または#if前処理ディレクティブで使用される値に置き換える必要があります...特定の実装の値は、ここで同じ符号で指定された値以上（絶対値）である必要があります。

CHAR_BIT: 8

つまり、 charは少なくとも8ビットですが、実装はそれよりも大きい場合があることを知っています。 「抽象Cマシン」を正しくエンコードするには、 char処理するときに8代わりにCHAR_BITサイズとして使用する必要があります。 しかし、これは仮想マシンのように、ある種のインタープリター機能ではありません。 これは、コンパイラがソースコードをマシンコードに変換する方法のプロパティです。

はい、 CHAR_BIT 8 CHAR_BITないシステムがあります 。

したがって、この「抽象マシン」は、技術的にはJava仮想マシンと同じ考え方ですが、何らかのランタイムチェックやプロパティではなく、アセンブラコードの作成時にコンパイラを管理するためのコンパイル構成体である可能性が高くなります。 Javaの同等の型はbyteであり、これは常に8ビットであり、JVM実装は、より多くのバイトを持つプラットフォームで何をすべきかを任されています。 （これらのプラットフォームのいずれかでJVMが動作するかどうかはわかりませんが、それが動作するはずです。） 抽象Cマシンは、さまざまな「ハードウェア」の最小限のラッパーとして作成されたものであり、コード用のソフトウェアで記述されたソリッドファブリックで作られたプラットフォームのようなものではありません。

したがって、Sunは技術的に間違っていましたが、実際には、文字通りの言い方のほんの少しを意味し、その意味は真実です。 「コンピューターがどのように機能するかを理解するためにCを学ぶ」というフレーズも同じです。

Cを学習してコンピュータの動作を理解する

人々は本当に何を意味するのでしょうか？ 「コンピューターがどのように機能するかを理解するためにルビストがCを学ぶべきだ」という文脈では、これは「鉄のレベルまで」下がるためのアドバイスです。 つまり、独自のプログラムが仮想マシン内でどのように機能するかを理解するだけでなく、プログラムとVMの組み合わせがマシン自体のコンテキストでどのように機能するかを理解することもできます。

抽象マシンはハードウェアやオペレーティングシステムの抽象化に非常に近いため、Learning C はこれらの詳細を提供します。 C言語は高水準言語とは非常に異なるため、C言語を学習すると多くのことを学ぶことができます。

しかし、Cは基本的にハードウェアの抽象化であり、抽象化は不完全であることを覚えておくことが重要です。 Cが行うこと、またはCがマシン自体とどのように動作するかに注意してください。 深くしすぎると、間違いなくこれらの違いに遭遇し、問題を引き起こす可能性があります。 Cのほとんどのトレーニングリソースは、特に今日、機器がより均質になっているときに、 これがコンピューターの仕組みであるという考えを促進します。 したがって、生徒が内部で何が起こっているのか、Cが提供する抽象化が何であるのかを理解するのは難しいかもしれません。

この議論では、他の問題にも触れませんでした。 たとえば、Cは非常に人気があるため、抽象Cマシンのセマンティクスに向かって移動する傾向があるため、ハードウェアはより均一になりました。アーキテクチャがCセマンティクスとあまりにも異なる場合、Cプログラムは他のプログラムよりもはるかに遅く実行できます。また、ハードウェアの速度はCのテストで測定されることがよくあります。この記事はすでにかなり長い...

このため、このステートメントのより正確なバージョンは、「Cを学習することにより、コンピューターの動作についてさらに学習する」と思います。 多くのプログラマーは、たとえCを書いていない場合でも、Cのおおよその知識は役立つと思います。Cを紹介することで、業界の歴史を知ることができます。

このトピックを調べる方法は他にもあります。 C は本質的にコンピューターについて学習するようには設計されていませんが、良い選択肢です。

プログラミングには多くのことを学ぶ必要があります。 この旅の成功をお祈りします。