C Introdução

O C (lê-se "cê") é uma linguagem de programação pequena, criada em 1972, feita para escrever programas rápidos que falam quase diretamente com o computador. Ela é compilada: antes de rodar, o seu texto é traduzido para a língua do processador. Nesta aula você vai entender o que isso quer dizer, de onde o C veio, onde ele está hoje (muito provavelmente dentro do aparelho em que você lê esta página) e como ele se compara com o C++ e o Python.

Primeiro: o que é programar?

Um computador não "entende" nada sozinho. Ele só sabe seguir instruções, uma de cada vez, muito rápido. Programar é escrever essas instruções. Uma linguagem de programação é o idioma combinado entre você e o computador: um conjunto de palavras e símbolos com regras rígidas (onde vai o ponto e vírgula, onde abrem e fecham as chaves).

Pense numa receita de bolo. Ela tem uma lista de passos, em ordem: "pré-aqueça o forno", "misture os ovos com o açúcar", "se a massa estiver grossa, acrescente leite". Um programa é igual: uma lista de passos, alguns com decisões ("se…") e repetições ("bata até ficar homogêneo"). A diferença é que o computador segue a receita ao pé da letra. Se você escrever pritnf em vez de printf, ele não adivinha o que você quis dizer: ele para e reclama. Essas reclamações são as mensagens de erro, e o guia vai ensinar você a lê-las.

A língua do processador

O processador (a CPU, o "cérebro" do computador) não entende português, nem inglês, nem C. Ele só entende código de máquina: números que querem dizer coisas como "some estes dois valores" ou "guarde isto na memória". Escrever programas diretamente em números seria um pesadelo. Por isso existem as linguagens de programação, que são feitas para pessoas lerem e escreverem.

Alguém precisa traduzir o texto da linguagem para os números do processador. Existem dois jeitos de fazer isso:

O C é compilado. Essa é a principal razão de ele ser tão rápido: quando o programa roda, a tradução já foi feita, e o processador só executa. O compilador mais usado no Linux, e o que aparece nos terminais deste guia, é o gcc (GNU Compiler Collection, "coleção de compiladores do projeto GNU"). A aula Como o C Vira Programa mostra a tradução acontecendo, etapa por etapa.

O que é o C

O C é uma linguagem de uso geral (serve para quase qualquer tipo de programa), mas brilha num lugar específico: programas que precisam ser rápidos, pequenos e próximos da máquina. Três características explicam isso:

• Rápido. O compilador gera código de máquina, e a linguagem não coloca nada "no meio do caminho": cada linha de C vira poucas instruções do processador.
• Pequeno. A linguagem inteira cabe num livro fino. Ela tem pouco mais de 50 palavras reservadas (eram 32 no primeiro padrão) (int, if, while, return…) e uma biblioteca padrão enxuta. Dá para aprender o C inteiro, coisa rara entre as linguagens.
• Perto da máquina. Em C você mexe diretamente na memória: sabe onde cada dado está guardado e quantos bytes ele ocupa. É por isso que sistemas operacionais e programas de aparelhos eletrônicos são escritos em C.

Veja um programa C pequeno. Ele faz uma conta simples dez milhões de vezes (somar o resto da divisão de cada número por 7) e mostra o total:

#include <stdio.h>

int main(void) {
    long long total = 0;
    for (long long i = 0; i < 10000000; i++) {
        total += i % 7;
    }
    printf("%lld\n", total);
    return 0;
}

Não se preocupe em entender cada linha agora: long long é um tipo de número inteiro grande (aula Inteiros), o for repete um trecho (aula for), o % calcula o resto da divisão (aula Operadores Aritméticos) e o %lld diz ao printf para escrever um long long (aula Formatos do printf). A Ana escreveu o mesmo programa em Python, uma linguagem interpretada:

total = 0
for i in range(10000000):
    total += i % 7
print(total)

E mediu o tempo dos dois com o comando time, que mostra quanto um programa demorou (a linha real é o tempo de relógio):

$ gcc -std=c23 -Wall -Wextra conta.c -o conta
$ time ./conta
29999994

real	0m0,048s                       « C: 48 milésimos de segundo
user	0m0,047s
sys	0m0,001s
$ time python3 conta.py
29999994

real	0m1,637s                       « Python: mais de um segundo e meio
user	0m1,630s
sys	0m0,007s

Mesmo resultado, e o C foi uns 30 vezes mais rápido nesta conta, na máquina da Ana. Os números exatos mudam de computador para computador e de programa para programa, e o Python tem truques (bibliotecas escritas em C) para chegar perto em muitas tarefas. Mas a ordem de grandeza é essa: em contas pesadas, um programa compilado costuma ganhar com folga.

Rode o programa aqui. A caixa compila o código com um compilador C real e mostra o resultado:

#include <stdio.h>

int main(void) {
    long long total = 0;
    for (long long i = 0; i < 10000000; i++) {
        total += i % 7;
    }
    printf("%lld\n", total);
    return 0;
}

Um pouco de história

O C nasceu de um problema prático. No fim dos anos 1960, Ken Thompson e Dennis Ritchie trabalhavam no Bell Labs, o laboratório de pesquisa da companhia telefônica AT&T, nos Estados Unidos. Os dois estavam criando um sistema operacional novo, o Unix. A primeira versão foi escrita em assembly, a linguagem que é quase o código de máquina, com uma palavra para cada instrução do processador. Funcionava, mas tinha dois problemas: dava muito trabalho escrever, e o programa só servia para aquele modelo de computador. Para levar o Unix a outra máquina, era preciso reescrever tudo.

Thompson criou uma linguagem chamada B, simplificando uma mais antiga, a BCPL. Ritchie foi melhorando o B, acrescentou tipos (dizer se um dado é um número inteiro, um caractere etc.) e, em 1972, a linguagem nova ganhou o nome óbvio: a letra seguinte, C. Em 1973, o núcleo do Unix foi reescrito em C. Foi uma revolução: pela primeira vez um sistema operacional inteiro estava escrito numa linguagem que podia ser compilada para máquinas diferentes. O Unix (e o C junto com ele) se espalhou por universidades e empresas do mundo todo.

Rode a linha do tempo abaixo. Cada linha com printf escreve um ano e um acontecimento:

#include <stdio.h>

int main(void) {
    printf("1969: começa o Unix\n");
    printf("1972: nasce o C\n");
    printf("1978: o livro K&R\n");
    printf("1989: ANSI C, o primeiro padrão\n");
    printf("1991: nasce o Linux, escrito em C\n");
    return 0;
}

#include <stdio.h>

int main(void) {
    printf("1969: começa o Unix\n");
    printf("1972: nasce o C\n");
    printf("1978: o livro K&R\n");
    printf("1989: ANSI C, o primeiro padrão\n");
    printf("1991: nasce o Linux, escrito em C\n");
    printf("2024: sai o C23\n");
    return 0;
}

Onde o C está hoje

Mais de cinquenta anos depois, o C continua em toda parte, quase sempre escondido, fazendo o trabalho pesado:

Vantagens e cuidados

O C é uma ferramenta poderosa e "sem proteção", como uma faca de chef bem afiada: corta qualquer coisa, inclusive o seu dedo. Conhecer os dois lados ajuda a entender o jeito como este guia ensina.

Os cuidados são sérios: a Microsoft e o Google já contaram que cerca de 70% das falhas graves de segurança nos seus produtos vinham de erros de memória, o tipo de erro que o C deixa acontecer. A boa notícia é que existem hábitos e ferramentas que pegam a maioria desses erros, e o guia ensina todos desde o começo: compilar sempre com os avisos ligados (-Wall -Wextra, aula Avisos), conferir o que o usuário digitou, usar as funções seguras (fgets, snprintf), e usar o -fsanitize e o Valgrind, que encontram os erros de memória por você.

C, C++ e Python

Quem começa a estudar programação quase sempre ouve falar dessas três. Cada uma brilha num lugar diferente:

Resumindo: o C é o "avô" pequeno e direto; o C++ pegou o C e acrescentou ferramentas para organizar programas grandes, sem perder a velocidade; o Python troca velocidade por facilidade (e roda em cima de um programa em C). Nenhuma é "a melhor": cada uma resolve um tipo de problema. Se você quiser aprender C++ depois, este site tem um Guia C++ irmão, e quase tudo deste guia vai valer lá também.

Quando dá errado

Ainda não escrevemos programas, mas há confusões muito comuns em quem está começando com C:

$ gcc -std=c23 -Wall -Wextra cpp.c -o cpp
cpp.c:1:10: fatal error: iostream: Arquivo ou diretório inexistente
    1 | #include <iostream>
      |          ^~~~~~~~~~
compilation terminated.

$ gcc -std=c23 -Wall -Wextra turma.c -o turma
$ ./turma
A Ana está na turma 3.
$ cp turma.c turma.cpp                                   « o mesmo código, como C++
$ g++ -std=c++23 -Wall -Wextra turma.cpp -o turma
turma.cpp: In function ‘int main()’:
turma.cpp:4:5: error: expected primary-expression before ‘int’
    4 |     int class = 3;
      |     ^~~
turma.cpp:5:41: error: expected primary-expression before ‘class’
    5 |     printf("A Ana está na turma %d.\n", class);
      |                                         ^~~~~

O que você vai conseguir fazer

Ao terminar cada parte do guia, você vai saber:

Para fechar, rode o seu primeiro programa da aula:

#include <stdio.h>

int main(void) {
    printf("Olá! Este é o meu primeiro programa em C.\n");
    printf("Meu nome é ??? e eu vou aprender C\n");
    return 0;
}

#include <stdio.h>

int main(void) {
    printf("Olá! Este é o meu primeiro programa em C.\n");
    printf("Meu nome é Ana e eu vou aprender C!\n");
    return 0;
}

O \n no fim de cada texto é a quebra de linha: ele faz a segunda frase começar numa linha nova. Tente apagar o primeiro \n e rodar: as duas frases ficam grudadas. A aula Novas Linhas e Escapes conta tudo sobre ele.

Exercícios

Resumo

• Programar é escrever instruções para o computador; o processador só entende código de máquina, e alguém precisa traduzir.
• O C é compilado: o compilador (no guia, o gcc) traduz tudo antes, e o executável roda sozinho, rápido.
• Ele é rápido, pequeno e perto da máquina: você mexe direto na memória.
• Criado por Dennis Ritchie no Bell Labs, em 1972, para escrever o Unix; o livro K&R é de 1978, o primeiro padrão (ANSI C) de 1989, e o guia ensina o C23.
• Está no Linux e no Android, no Git, no interpretador do Python, no SQLite, em servidores e nos microcontroladores de aparelhos do dia a dia.
• O preço da velocidade é a falta de proteção: erros de memória não são impedidos. O guia ensina desde o começo os hábitos e as ferramentas que pegam esses erros.
• C, C++ e Python são linguagens diferentes: o C++ nasceu do C e é bem maior; o Python é mais fácil e mais lento, e roda em cima do C.
• Próximo passo: ver o código virar programa, etapa por etapa, em Como o C Vira Programa.