Varianten der Programmiersprache C

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Seit dem Erscheinen der Programmiersprache C im Jahr 1972 wurden mehrere Varianten (Spezifikationen und internationale Standards) veröffentlicht.

K&R-C[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Mit „K&R-C“ wird die ursprüngliche C-Variante bezeichnet, nach ihren Erfindern Brian W. Kernighan und Dennis Ritchie, die sie 1978 in der ersten Auflage ihres Buches The C Programming Language (K&R1) beschrieben.

X/Open-C[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ziel von Standardisierungsbemühungen der X/Open Company, Ltd. war die Interoperabilität verschiedener Unix-Versionen im Jahr 1987. Die meisten Erweiterungen und Präzisierungen wurden später nach C89 übernommen.

C89, C90[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Im Jahre 1983 gründete das American National Standards Institute (ANSI) das Komitee X3J11, um auf Grundlage von K&R-C eine Norm für die Programmiersprache C zu entwickeln. In sechsjähriger Arbeit entstand bis Dezember 1989 die Norm ANSI X3.159-1989 Programming Language C.

Diese Sprachfassung wird nach dem Erscheinungsjahr auch als „C89“ bezeichnet. Ein Jahr später wurde sie mit kleinen Änderungen von der WG14 der ISO als Norm ISO/IEC 9899:1990 („C90“) übernommen. Auch die zweite Auflage des Buches The C Programming Language („K&R2“) übernahm 1988 diese Änderungen.

Viele bisher ungenormte Spracheigenschaften waren jetzt einheitlich festgelegt, aber auch neue Sprachmittel wie Funktionsprototypen, ein leistungsfähigerer C-Präprozessor sowie die Deklaration von Konstanten wurden in die Sprache aufgenommen. Die C-Norm räumte unter anderem mit Unklarheiten in der ursprünglichen Definition auf, hierzu zählen die Ausführungsreihenfolge der vier Inkrement- und Dekrement-Operatoren (++, --). Ferner wurde der Umfang der enthaltenen Standardbibliothek festgelegt.

Bis heute ist C90 die Sprachbasis für alle Weiterentwicklungen der Programmiersprache C, unter anderem auch für C++, das über Möglichkeiten zur objektorientierten und generischen Programmierung verfügt.

Ein auf C90 basierendes Programm sollte ohne Probleme von jedem C-Compiler übersetzt und ausgeführt werden können. In der Praxis ist das nur bedingt der Fall, da fast alle C-Derivate zusätzliche Bibliotheken und Funktionsprototypen anbieten, die auf die individuellen Komponenten des Computersystems zugreifen.

Die Bezeichnungen „ANSI C“, „C89“ und „ISO C90“ sind äquivalent. Softwareprojekte mit langer Historie wie cURL, SQLite und libxml2 sind (Stand 2022) ausschließlich in C89 geschrieben. CPython war bis Version 3.6 im Dialekt C89 abgefasst,[1] der Linux-Kernel[2] sogar über 30 Jahre bis Version 5.17 vom März 2022.[3]

Neuerungen von C90[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Der Funktionsumfang sowie das Verhalten der Funktionen der Standardbibliothek wurden normiert.
  • Ein verbesserter Präprozessor wurde eingeführt.
  • Funktionsprototypen wurden eingeführt.
  • void für leere Funktionsparameter-Deklarationen und zur Kennzeichnung von Funktionen ohne Returnwert sowie void* für einen universell kompatiblen Zeigertyp kamen neu hinzu.
  • Die neuen Schlüsselwörter const, volatile und signed wurden eingeführt.
  • Das ungenutzte Schlüsselwort entry wurde entfernt.
  • Unterstützung für wide-character- (mehr als 8 Bit Breite) sowie für Multibyte-Zeichensätze wurde hinzugefügt.

Präprozessortest auf C90-Kompatibilität[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

#if __STDC__
/*
 * C90-kompatibler Quellcode.
 */
#endif

C95[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

1995 veröffentlichte die ISO eine Erweiterung – das Amendment 1 – zur C-Norm, die dann als „ISO/IEC 9899/AMD1:1995“ (C95) bezeichnet wurde. Neben Fehlerkorrekturen gab es auch Änderungen am Sprachumfang.[4][5]

Neuerungen von C95[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Verbesserung der Unterstützung von Multibyte- und wide-character-Zeichensätzen durch die Standardbibliothek.
  • Hinzufügen von Digraphen zur Sprache.
  • Definition von Standard-Makros zur alternativen Schreibweise von Operatoren, zum Beispiel and für &&.
  • Definition des Standard-Makros __STDC_VERSION__.

Präprozessortest auf C95-Kompatibilität[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

#if defined(__STDC_VERSION__) && __STDC_VERSION__ >= 199409L
/*
 * C95-kompatibler Quellcode.
 */
#endif

C99[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

1995 wurde erneut ein Ausschuss gegründet, um C zu erweitern und zu verbessern. Daraus ging 1999 der neue ISO-Standard ISO/IEC 9899:1999 hervor, auch als „C99“ bezeichnet. Er löste den Standard ISO/IEC 9899:1994-09 (C95) ab. Zu diesem Standard erschienen 2001 ein Technical Corrigendum 1[6], 2004 ein Technical Corrigendum 2[7] und 2007 ein Technical Corrigendum 3[8]. Inzwischen sind alle Corrigenda zusammengefasst in einer neuen Ausgabe ISO/IEC 9899:2018 vom Juni 2018.[9] C99 einschließlich dieser Korrekturen wird inoffiziell auch als C0X bezeichnet und wird die Basis für kommende C-Standards bilden.[10]

Mit C99 flossen einige aus C++ bekannte Erweiterungen in die Sprache C ein, zum Beispiel Inline-Funktionen und die Möglichkeit, Variablen innerhalb der for-Anweisung zu deklarieren.

Neuerungen von C99[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Unterstützung von komplexen Zahlen durch den neuen Datentyp _Complex und entsprechende Funktionen in der Standardbibliothek.
  • zusammengesetzte Literale.
  • Bestimmte Initialisierer.
  • Erweiterung der ganzzahligen Datentypen um einen mindestens 64 Bit breiten Typ long long, sowie um Typen mit vorgegebener Mindestbreite, zum Beispiel int_least8_t und uint_least32_t. Außerdem werden Integer-Typen mit exakter Breite spezifiziert, aber als optional bezeichnet – zum Beispiel int32_t.
  • Felder variabler Größe (sogenannte Variable Length Arrays).
  • Der boolesche Datentyp _Bool. Über einen eigenen Header <stdbool.h> wird für ihn ein Alias namens bool sowie die Werte true und false definiert.
  • Weiter verbesserte Unterstützung für internationale Zeichensätze.
  • Erweiterte Unterstützung von Gleitkommazahlen inklusive neuer mathematischer Funktionen in der C-Bibliothek.
  • Alias-freie Zeiger (Schlüsselwort restrict).
  • Frei platzierbare Deklaration von Bezeichnern (in C90 durften diese nur am Anfang eines Blocks stehen).
  • Inline-Funktionen (Schlüsselwort inline).
  • Verbot des „impliziten int“; Verbot impliziter Funktionsdeklarationen.
  • Hexadezimale Gleitkommakonstanten. Ein- und Ausgabe in scanf() und printf() über „%a“ und „%A“.
  • Präprozessor-Makros mit variabler Parameteranzahl.
  • Zulassen des aus C++ bekannten Zeilenkommentars „//“.
  • Möglichkeit einer Deklaration im ersten Ausdruck einer for-Schleife: for(int i=0;...)

Präprozessortest auf C99-Kompatibilität[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

#if defined(__STDC_VERSION__) && __STDC_VERSION__ >= 199901L
// Compiler ist C99-kompatibel.
#endif

C11[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das Normierungskomitee WG14 arbeitete an einer Neuauflage des C-Standards mit Arbeitstitel C1X, basierend auf dem C99-Standard inklusive der Technical Corrigenda TC1, TC2 und TC3 (C0X). Am 8. Dezember 2011 wurde C11 als ISO/IEC 9899:2011 verabschiedet.[11][12]

Mit Version 5.18 des Linux-Kernels wechselte im Mai 2022 ein berühmtes Softwareprojekt, das über 30 Jahre den C89-Standard („ANSI C“) nutzte, auf den Standard von 2011, weil ein Leak von Laufvariablen in Schleifen als potentielle Sicherheitslücke in C89 nicht zu verhindern gewesen wäre; die Funktionalität, Laufvariablen in der Schleife selbst zu deklarieren, ist erst ab C99 verfügbar.[13]

Neuerungen von C11[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Auflistung basiert auf diversen Technical Reports[14] und dem aktuellen Arbeitsdokument zu C1X.[15]

  • Unterstützung von Multithreading (<threads.h>, <stdatomic.h>)
  • Angaben zur Speicherausrichtung von Objekten (<stdalign.h>)
  • Neue Datentypen char16_t und char32_t zur verbesserten Unterstützung von Unicode, insbesondere UTF-16 und UTF-32 (<uchar.h>)
  • Änderungen an der Standardbibliothek zur Prüfung von Feldgrenzen zur Laufzeit des Programms, um z. B. Pufferüberläufe wirksamer vermeiden zu können[16]
  • Unterstützung der internen dezimalen Darstellung von Gleitkommazahlen gemäß IEEE 754-2008
  • Öffnen von Dateien mit exklusivem Lese-/Schreibrecht (Modus "x")
  • Generische Ausdrücke (Schlüsselwort _Generic), generische mathematische Funktionen für Gleitkommazahlen und komplexe Zahlen (<tgmath.h>)
  • Entfernung der Bibliotheksfunktion gets
  • Einige der in C99 geforderten Funktionalitäten sind Compiler-Herstellern bei C11 wieder freigestellt, wie z. B. lokale Felder variabler Größe, komplexe Zahlen. Der Funktionsumfang kann mit Hilfe von Compiler-Defines abgefragt werden: __STDC_NO_COMPLEX__ (keine komplexe Zahlen), __STDC_NO_VLA (keine Felder variabler Länge)

Präprozessortest auf C11-Kompatibilität[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

#if defined(__STDC_VERSION__) && __STDC_VERSION__ >= 201112L
 // C11 kompatibler Quellcode.
#endif

C17[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Diese Norm entspricht der von C11 mit der Ausnahme von Fehlerkorrekturen und einem neuen Wert von __STDC_VERSION__ und wird daher im selben Umfang wie C11 unterstützt.[17] Der Standard wurde im Juni 2018 unter der Norm ISO/IEC 9899:2018 freigegeben[18]

C23 (C2x)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

C23 (zuvor meist noch als C2x bezeichnet) ist der noch informelle Name für die nächste und für das Jahr 2023 geplante Revision des C-Standards.[19][20] Zu den noch nicht verabschiedeten Neuerungen sollen u. a. die Aufnahme von Attributen (wie sie bereits als Compiler-abhängige Erweiterungen üblich waren) mit einer neuen Syntax,[21] die binäre Schreibweise von Integerkonstanten,[22] und die Einführung neuer Präprozessor-Direktiven gehören.

Beispiele für den Unterschied zwischen verschiedenen Fassungen der Sprache C[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

K&R-C:

/* Es gibt noch keine Funktionsprototypen. */
Ausgabe(str)
char *str;
{
    printf("%s\n", str);
}

main()
{
    Ausgabe("Hallo Welt!");
    return 0;
}

C90/C95:

#include <stdio.h>

/* Das Argument darf nicht geändert werden. */
void Ausgabe(const char * const str) {
    printf("%s\n", str);
}

main() {
    Ausgabe("Hallo Welt!");
    return 0;
}

C99/C11:

#include <stdio.h>

void Ausgabe(char *str) {
    printf("%s\n", str);
}

int main() {
    Ausgabe("Hallo Welt!");
    /* Ab C99 auch implizite Beendigung, interpretiert als: return 0; */
}

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. https://lwn.net/SubscriberLink/886516/d835ee6026544345/
  2. https://lwn.net/Articles/885941/
  3. Oliver Müller: Linux 5.18 kommt als „kleine Revolution“. In: Heise online. 24. Mai 2022. Abgerufen am 27. Mai 2022.; Zitat: „Der neue Linux-Kernel … wechselt erstmalig zu einem neueren C-Standard.“.
  4. Clive D.W. Feather: A brief description of Normative Addendum 1. Abgerufen am 12. September 2010 (englisch).
  5. ISO/IEC 9899:1990/Amd 1:1995. International Organization for Standardization, abgerufen am 22. März 2013 (englisch).
  6. C99 Technical Corrigendum 1. (PDF; 21 kB) Abgerufen am 22. September 2010 (englisch).
  7. C99 Technical Corrigendum 2. (PDF; 353 kB) Abgerufen am 22. September 2010 (englisch).
  8. C99 Technical Corrigendum 3. (PDF; 0 kB) (Nicht mehr online verfügbar.) Archiviert vom Original am 7. Juli 2009; abgerufen am 22. September 2010 (englisch).
  9. ISO/IEC Technical Committee: Letzte Revision 'ISO/IEC 9899:2018'. Juni 2018, abgerufen am 15. Dezember 2019.
  10. John Benito: Offizielle Charta für den C1X Standardisierungsprozess. (PDF; 49 kB) Abgerufen am 12. September 2010 (englisch).
  11. ISO aktualisiert C-Standard. Abgerufen am 23. Dezember 2011 (englisch).
  12. Artikel von heise online. Abgerufen am 23. Dezember 2011 (englisch).
  13. Oliver Müller: Linux 5.18 kommt als „kleine Revolution“. In: Heise online. 24. Mai 2022. S. 3: Probleme mit altem C. Abgerufen am 27. Mai 2022.; Zitat: „[Jakob] Koschel hatte eine Unsicherheit identifiziert, die auf ein in C89 nicht lösbares Problem zurückzuführen war. [Er entdeckte] beim Fix einer USB-Komponente …, dass nach dem Durchlauf einer Schleife über eine verkettete Liste der Kopfzeiger der Liste mit ungültigem Inhalt nachfolgenden Code-Teilen fälschlich zur Verfügung stand. Das liegt schlicht daran, dass in C89 die Laufvariable der Schleife außerhalb der Schleife deklariert werden muss und damit auch nach dem Schleifenblock weiterhin sichtbar ist. Ein klassischer ‚Leak‘ der Laufvariablen. Beim Zugriff auf die Variable nach der Schleife kommt es zum Bug. … Kein noch so ausgefeiltes C-Makro des Kernels in C89 kann diese Situation einfangen… Einzige Abhilfe wäre die Möglichkeit Laufvariablen in der Schleife zu deklarieren, wie es aber erst C-Standards seit C99 zulassen. Außerhalb der Schleife ist die Laufvariable dann nicht mehr sichtbar. Ein Bug, wie der von Koschel bearbeitete, wäre dann schon zur Compile-Zeit aufgefallen und erst gar nicht mehr möglich.“.
  14. Projektstatus für C1X. Abgerufen am 12. September 2010 (englisch).
  15. ISO/IEC 9899:201x. (PDF; 1,6 MB) Abgerufen am 12. April 2011 (englisch, nicht-normatives Arbeitsdokument).
  16. Extensions to the C Library, Part I: Bounds-checking interfaces. (PDF; 565 kB) Abgerufen am 31. Oktober 2010 (englisch, Entwurf).
  17. Options Controlling C Dialect. Abgerufen am 8. September 2018.
  18. ISO/IEC 9899:2018 Programming languages C. Abgerufen am 8. September 2018.
  19. Revised C23 Schedule. In: Open Standards. Abgerufen am 22. Juni 2022 (englisch).
  20. C23. In: cppreference.com. 16. Mai 2022, abgerufen am 22. Juni 2022 (englisch).
  21. Attribute specifier sequence (since C23). In: cppreference.com. 18. Juni 2022, abgerufen am 22. Juni 2022 (englisch).
  22. Integer constant. In: cppreference.com. 29. Oktober 2021, abgerufen am 22. Juni 2022 (englisch).