Le langage C, ses extensions et ses applications

Un programme C passe par quatre traducteurs successifs. Le préprocesseur recopie les fichiers inclus et remplace les macros, comme un traitement de texte. Le compilateur traduit le C en assembleur. L'assembleur le traduit en octets. L'éditeur de liens réunit ces octets avec ceux des bibliothèques (ici, la fonction printf) pour former un fichier exécutable. Tout ce qui suit a été réellement produit par le compilateur GCC 13.

Faire tourner le vrai code machine

Le petit simulateur ci-dessous exécute, instruction par instruction, les 15 instructions x86 produites par GCC pour somme_carres : les registres edi (n), eax (le compteur i), ecx et edx (la somme s).

Pour le C, la mémoire est une longue suite d'octets numérotés : le numéro d'un octet est son adresse. Une variable occupe quelques octets consécutifs : 4 pour un int, 1 pour un char. Un pointeur est une variable qui contient une adresse. L'opérateur & donne l'adresse d'une variable, l'opérateur * va lire ou écrire à l'adresse contenue dans un pointeur. Suivez ce petit programme ligne par ligne (machine à adresses de 32 bits).

Quand on ne sait pas d'avance combien de données on aura, on demande de la mémoire au fur et à mesure dans une zone appelée le tas, avec la fonction malloc, et on la rend avec free. Une liste chaînée en est l'exemple type : chaque maillon contient une valeur et l'adresse du maillon suivant. En C, rien ne rend la mémoire automatiquement : un maillon oublié reste réservé jusqu'à la fin du programme, c'est une fuite de mémoire.

struct maillon { int valeur; struct maillon *suivant; };   /* 4 + 4 = 8 octets */

struct maillon *m = malloc(sizeof *m);   /* demander 8 octets au tas */
m->valeur = v;  m->suivant = tete;  tete = m;   /* ajouter en tête */

Le C a été étendu dans deux directions. Vers les objets d'abord : C++ ajoute des classes, et ce qu'il ajoute peut s'écrire en C pur avec des pointeurs de fonctions, c'est d'ailleurs ainsi que fonctionnait le premier compilateur C++, qui produisait du C. Vers le parallélisme ensuite : quand les processeurs ont cessé d'accélérer vers 2005, il a fallu répartir les calculs sur plusieurs cœurs, puis sur les milliers de petits processeurs des cartes graphiques.

// C++ (1985)
struct Forme {
    virtual double aire() = 0;
};
struct Cercle : Forme {
    double r;
    double aire() { return 3.14159265 * r * r; }
};
Forme *f = new Cercle{2.0};
f->aire();         // quelle fonction ?

/* ce que le compilateur en fait, en C */
struct vtable { double (*aire)(void *); };
struct Cercle { struct vtable *vptr; double r; };

double aire_cercle(void *o) {
    struct Cercle *c = o;
    return 3.14159265 * c->r * c->r;
}
/* f->aire()  devient : */
f->vptr->aire(f);

/* OpenMP (1997) : une seule ligne ajoutée suffit à répartir la boucle */
#pragma omp parallel for reduction(+:s)
for (int i = 0; i < N; i++)
    s += f(i);

Depuis 2017, les navigateurs savent exécuter le WebAssembly, un code machine portable conçu pour recevoir des programmes compilés depuis le C, le C++ ou Rust. Le programme ci-dessous, le crible d'Ératosthène, a été compilé par Clang 18 en un module WebAssembly de 672 octets, inclus tel quel dans cette page. Il compte les nombres premiers jusqu'à n ; la même fonction, réécrite en JavaScript, sert de témoin.