C

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Allgemeines
Name: C
Inlineassembler: Ja
Compiler: GCC, Clang, icc, ...
Spracheneigenschaften
Plattformen: Alle
Beispielkernel in der Sprache: Tutorialserie OS-Dev für Einsteiger
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The C Standards Committee

C ist eine bekannte, ältere Programmiersprache. Sie verfolgt das Ziel, bei vergleichbarer Ausführungsgeschwindigkeit plattformunabhängiger und abstrakter als Assembler zu sein. Direkte Weiterentwicklung von C ist C++.

Geschichte

C wurde 1971–1973 von Dennis Ritchie in den Bell Laboratories entwickelt, er stützte sich dabei auf die Programmiersprache B, die Ken Thompson in den Jahren 1969/70 geschrieben hatte. Ritchie schrieb auch den ersten Compiler für C. 1973 war die Sprache so weit ausgereift, dass man nun den Unix-Kernel in C neu schreiben konnte.

Kernelprogrammierung mit C

Da man mit C sehr hardwarenah programmieren kann, eignet sich die Sprache zur Programmierung eines Kernels hervorragend. Es ist sogar die überwiegende Anzahl der Betriebssystemkernel in C geschrieben. Für Einsteiger gibt es die Tutorialserie OS-Dev für Einsteiger, welche beschreibt, wie man einen kleinen Kernel in C schreibt mithilfe des Bootloaders GRUB entwickelt. Für andere Bereiche ist C jedoch nicht sonderlich geeignet, um Beispiel für einen Bootsektor. Empfehlenswert ist – wie bei jeder anderen Sprache, die im Bereich der Kernelprogrammierung verwendet werden soll – ein Compiler, der Inlineassembler unterstützt. Hierfür eignet sich der GCC, LittleFox hat auch sehr gute Erfahrungen mit Clang gemacht.

Assemblercode in C

Während es möglich ist, den allergrößten Teil des Kernels in C zu schreiben, sind für einige wenige Aufgaben nach wie vor einige Zeilen Assemblercode notwendig. Es gibt dabei im Wesentlichen zwei Ansätze:

  • Inline-Assembler: Assemblercode wird direkt in den C-Code eingebettet. Die konkrete Syntax dafür unterscheidet sich von Compiler zu Compiler, im Allgemeinen wird der Assemblercode durch das Schlüsselwort asm eingeleitet. Ein Vorteil dieser Methode ist, dass ein direkter Zugriff auch auf lokale C-Variablen möglich ist. Sie eignet sich daher für sehr kleine Codestücke besonders gut.

    Siehe auch Inline-Assembler mit GCC

  • Externe Assemblerdatei: Der Assemblercode wird in eine eigene Datei ausgelagert und vom C-Code als eigenständige Funktion aufgerufen. Die Übergabe von Parametern und des Rückgabewerts wird im Artikel Aufrufkonventionen beschrieben.

volatile

volatile ist ein type-qualifier in C. Falls ein Typ T volatile-qualifiziert ist, dann bedeutet das, dass sich der Wert einer Variable vom Typ T durch Instruktionen, die außerhalb der momentanen Befehlssequenz stehen (z.B. in einem Interrupthandler), verändern kann. Dazu folgender Beispielcode: 

// 1 falls next_char ein gültiges Zeichen enthält, 0 sonst
int char_valid;

// Falls gültig, das zuletzt von der Tastatur gelesene Zeichen,
char next_char;

// Wartet auf einen Tastendruck
char get_char()
{
  // Auf den nächsten Tastendruck warten
  while (char_valid == 0);

  char_valid = 0;
  return next_char;
}

Die Variable char_valid und next_char sollen außerdem in einem Interrupthandler entsprechend gesetzt werden. Bei dem obigen Code kann es nun sein, dass der Compiler "optimiert" hat, indem die while-Schleife wie folgt abgeändert wird: 

if (char_valid == 0)
  while (1); // Endlosschleife

Dies ist eine korrekte Optimierung da der Compiler bei char_valid - da es nicht volatile-qualifiziert ist - annehmen darf, dass es nicht durch den Interrupthandler (oder irgendwelchen Code der nicht in get_char steht) verändert werden kann. Insofern reicht es aus einmal char_valid zu lesen. Mit dieser "Optimierung" liefert der Code natürlich nichtmehr das gewünschte Resultat. Um das zu korrigieren muss char_valid und next_char volatile-qualifiziert werden.

Aus analogem Grund sollte auch auf Memory-mapped I/O-Bereich nur über Zeiger auf volatile-qualifizierte Datentypen zugegriffen werden.

Bekannte C-Compiler

siehe auch

Weblinks

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