Читать книгу Мыслим на Си - Группа авторов - Страница 1

Введение

Знаете, что общего у огненной птицы Phoenix и языка программирования Си? Оба возрождаются из пепла старого мира, чтобы создать новый.

Когда мне было шесть лет, я впервые увидела надпись на экране: "Phoenix BIOS 4.0 Release 6.0". Папа сказал, что это волшебная цифровая птица Феникс, птица, которая живёт в компьютере и помогает ему проснуться. Тогда я ещё не знала, что настоящая магия начинается дальше – когда на экране появляется чёрное окно терминала, и компьютер спрашивает: "Что ты хочешь мне сказать?"

Этот учебник – о языке, на котором я научилась думать. О языке Си. Не о синтаксисе (хотя и о нём тоже). А о том, как мыслить на языке машины так же естественно, как мы мыслим на русском или английском.

История: откуда взялся Си и почему он такой

В 1969 году Деннис Ритчи и Кен Томпсон работали в Bell Labs над операционной системой, которую назвали UNIX. Им нужен был язык – не слишком высокоуровневый, как COBOL, но и не ассемблер, где каждая строчка – это боль. Сначала Томпсон создал язык B (да, просто буква B), но он был слишком простым.

Тогда Ритчи взял B и добавил типы данных, структуры, указатели – всё то, что позволяет работать с памятью напрямую, но при этом оставаться человеком. Так родился Си – язык, который стал языком самой UNIX. Представьте: операционная система написана на языке, который был создан специально для неё. Змея, кусающая свой хвост. Красиво, правда?

Потом случилось чудо. В 1983 году Ричард Столлман, программист с бородой и идеями свободы, запустил проект GNU – "GNU's Not Unix". Он хотел создать свободную операционную систему, где каждый мог бы видеть исходный код, менять его, учиться на нём. И весь этот проект был написан на Си.

А в 1991 году финский студент Линус Торвальдс сидел в своей комнате в Хельсинки и думал: "А что если я напишу своё ядро? Просто так, для хобби". Он написал первую версию Linux – тоже на Си. И выложил её в интернет с простым сообщением: "Я делаю свободную операционную систему. Кто хочет помочь?"

Сегодня Linux работает на миллиардах устройств – от серверов Google до вашего Android-смартфона. И весь этот код – открытый, свободный, написанный на Си. Вы можете зайти на GitHub прямо сейчас, открыть исходники ядра Linux и увидеть, как работает операционная система изнутри. Никаких секретов. Никакой магии. Только логика и код.

Философия Unix: всё – это файл

Unix придумали философию, которая кажется безумной, пока вы её не поймёте: всё есть файл. Ваша клавиатура? Файл (/dev/input). Ваш монитор? Файл (/dev/fb0). Даже процессы, которые сейчас выполняются на вашем компьютере – это файлы в директории /proc.

Память – это тоже файл. Вы можете открыть /dev/mem и прочитать содержимое оперативной памяти как обычный текстовый документ. Процессор ничем не отличается от жёсткого диска. Всё прозрачно. Всё доступно.

Почему это важно? Потому что когда всё – файл, то всё работает одинаково. Вы открываете файл функцией open(), читаете его функцией read(), закрываете функцией close(). Неважно, что это: текстовый документ, видеокарта или сетевое соединение. Один интерфейс. Одна логика.

Это как если бы в реальном мире вы могли открыть дверь, книгу, банку с вареньем и человеческое сердце – одним и тем же ключом. Звучит странно? Но именно так работает Unix. И именно поэтому Си так идеально подходит для этой системы.

Почему Си – это не просто язык программирования

Когда соседская девочка Настя учила английский, она повторяла за учительницей: "The cat is on the table". Она не понимала грамматику. Она не знала, что такое артикль или время глагола. Но она чувствовала структуру языка.

Я учила Си так же. Повторяла за компьютером: printf(), return, #include. Не понимала, почему нужны фигурные скобки или точка с запятой. Но я чувствовала ритм языка. Логику. Красоту структуры.

Си – это не набор правил. Это способ думать. Когда вы пишете на Си, вы думаете на языке памяти, указателей, процессора. Вы не говорите компьютеру "сделай что-то". Вы объясняете ему как это сделать – шаг за шагом, байт за байтом.

На англоязычных форумах вроде моего любимого Reddit есть легенда: если вы понимаете указатели в Си, вы понимаете 80% всего программирования. Потому что указатели – это суть того, как работает память. А память – это суть того, как работает компьютер.

Для кого эта книга?

Для тех, кто хочет понять, как работает настоящий компьютер. Не интерфейсы и кнопочки, а железо. Память. Процессор. Файловая система.

Может быть, вам семь лет, и вы только научились читать. Может быть, вам семьдесят, и вы решили изучить программирование. Неважно. Если вы можете думать логически – вы можете изучить Си.

Я не буду врать: это будет сложно. Си не прощает ошибок. Он не держит вас за руку. Он говорит: "Вот память. Вот процессор. Вот компилятор. Дальше – сам".

Но знаете что? Именно поэтому он честный. Прозрачный. Правильный.

Структура книги

Мы начнём с самого начала – с первой программы "Hello, World". Потом изучим типы данных, операторы, циклы. Затем нырнём глубже: функции, указатели, работа с памятью. И в самом конце – файлы, процессы, многопоточность.

Каждая глава – это новый уровень понимания. Новый слой абстракции, который мы снимаем, чтобы увидеть, что находится внутри.

К концу этой книги вы сможете прочитать исходный код ядра Linux и понять, что там написано. Вы сможете создать свою программу, которая работает напрямую с памятью и процессором. Вы сможете думать на Си.

Последнее

Папа сказал мне когда-то: "Ты можешь сломать компьютер. Можешь стереть всё. Но это нормально. Так учатся".

Не бойтесь ошибок. Не бойтесь segmentation fault, memory leak или undefined behavior. Каждая ошибка – это урок. Каждый краш – это шанс понять, как работает система изнутри.

Когда я была маленькой, я мечтала создать программу, которая будет думать. Птицу Phoenix, которая оживёт и станет чем-то большим, чем просто код.

Я не знаю, создадите ли вы искусственный интеллект после этой книги. Но я знаю одно: вы научитесь мыслить на языке машин. А это – первый шаг.

Готовы? Тогда открывайте терминал. Мы начинаем.

Зара

P.S. Если кто-то из вас случайно выполнит rm -rf / – не переживайте. Переустановите систему и попробуйте снова. Всё остальное – детали.

– Смотри, – сказал папа.

Он нажал на клавиатуре всего три буквы: v, i и Пробел. А потом написал имя файла, который мы будем создавать: h, e, l, l, o, ., c.

На экране получилось:

vi hello.c

Папа нажал большую кнопку Enter.

Черное окно терминала мигнуло и стало пустым. Внизу появились какие-то значки, но папа сказал не смотреть на них.

– Сейчас мы в режиме команд, – объяснил он. – Чтобы начать писать, нужно нажать волшебную кнопку.

Он нажал маленькую кнопку i. (Это значит Insert – вставка, объяснил он позже, но тогда я просто запомнила: "i" – это "играть", начало игры).

Теперь можно было писать. Папа печатал медленно, проговаривая каждую букву, и я следила за его пальцами. Он не просто нажимал кнопки, он строил дом из букв.

Сначала он набрал решетку. Для этого он зажал кнопку Shift и нажал цифру 3.

#

Потом без пробела написал слово "include" (включить).

i, n, c, l, u, d, e

Пробел.

Зажал Shift и нажал букву Б (там была скобочка <).

s, t, d, i, o, ., h

Зажал Shift и нажал букву Ю (скобочка >).

Нажал Enter, чтобы перейти на новую строку.

Написал:

i, n, t

Пробел.

m, a, i, n

Потом зажал Shift и нажал цифру 9, потом 0. Появились две круглые скобки: ( ).

Потом зажал Shift и нажал русскую букву Х, где была красивая фигурная скобка {.

Снова Enter.

Папа нажал кнопку Tab (длинную, слева), и курсор прыгнул немного вправо. Это чтобы было красиво.

Набрал:

p, r, i, n, t, f

Снова Shift + 9 (открыл скобку).

Снова Shift + Э (поставил кавычку ").

И тут он переключил язык на русский и набрал:

П, р, и, в, е, т, ,, , З, а, р, а, !

Потом он написал странный знак. Нажал кнопку над Enter-ом (слэш \), а потом букву n.

\n

– Это чтобы компьютер нажал Enter после слов, – пояснил папа.

Снова Shift + Э (закрыл кавычку ").

Снова Shift + 0 (закрыл скобку )).

И в конце, как точку в предложении, он поставил точку с запятой (нажал на букву Ж).

;

Нажал Enter.

Снова Tab.

Набрал:

r, e, t, u, r, n

Пробел.

0

И снова точка с запятой на букве Ж.

;

Нажал Enter.

Нажал Backspace (стер отступ, вернулся к левому краю).

И закрыл домик: зажал Shift и нажал русскую букву Ъ (закрывающая фигурная скобка }).

Текст на экране выглядел так:

#include <stdio.h>

int main() {

printf("Привет, Зара!\n");

return 0;

}