مكتبة C القياسية

يتم تعريف واجهة برمجة التطبيقات (API) الخاصة بمكتبة C القياسية في عدد من ملفات الرأس . يحتوي كل ملف رأس على تعريف واحد أو أكثر للدوال، وتعريفات أنواع البيانات، ووحدات الماكرو.

يمكن وصف تطبيق إصدار من معيار لغة C بأنه مُستضاف أو مستقل . يدعم التطبيق المُستضاف المعيار بالكامل، ويتطلب وجود جميع ملفات الرأس المحددة فيه؛ وعادةً ما تكون هذه التطبيقات مخصصة للبرامج التي تعمل على نظام تشغيل. أما التطبيق المستقل، فلا يُشترط فيه تنفيذ ميزات اللغة في مكتبة C باستثناء تلك المحددة في إصدار نظام التشغيل المطلوب للتطبيقات المستقلة؛ وعادةً ما تكون هذه التطبيقات مخصصة للبرامج التي تعمل على نظام تشغيل محدود الإمكانيات أو مباشرةً على الجهاز.

بعد فترة طويلة من الاستقرار، أُضيفت ثلاثة ملفات رأسية جديدة ( <iso646.h>، <wchar.h>و، و ) مع الملحق المعياري 1 (NA1)، وهو إضافة إلى معيار C تم التصديق عليه في عام 1995. كما أُضيفت ستة ملفات رأسية أخرى ( ، و، و ، و، و ) مع C99 ، وهو تنقيح لمعيار C نُشر في عام 1999، وخمسة ملفات أخرى ( ، و، و ، و ) مع C11 في عام 2011، وملفان آخران ( و ) مع C23 في عام 2023. وبذلك، أصبح المجموع الآن 31 ملفًا رأسيًا.<wctype.h><complex.h><fenv.h><inttypes.h><stdbool.h><stdint.h><tgmath.h><stdalign.h><stdatomic.h><stdnoreturn.h><threads.h><uchar.h><stdbit.h><stdckdint.h>

مفتاح الرموز:  : مهمل : تمت إزالته  

ثلاثة من ملفات الرأس ( <complex.h>، <stdatomic.h>و، و <threads.h>) هي ميزات مشروطة لا يُطلب من التطبيقات دعمها.

أضاف معيار POSIX العديد من ملفات رأس C غير القياسية لوظائف خاصة بنظام Unix. وقد شقّ الكثير منها طريقه إلى بنى معمارية أخرى. ومن الأمثلة على ذلك `<header>` و` < header>`. كما تستخدم مجموعات أخرى ملفات رأس غير قياسية أخرى، مثل مكتبة GNU C التي تحتوي على `<header>`، ونظام OpenVMS الذي يحتوي على الدالة `<header>`.<fcntl.h><unistd.h><alloca.h>va_count()

في الأنظمة الشبيهة بنظام يونكس، تُقدَّم الوثائق الرسمية لواجهة برمجة التطبيقات (API) على شكل صفحات دليل (man pages ). في معظم الأنظمة، توجد صفحات الدليل الخاصة بوظائف المكتبة القياسية في القسم  3؛ وقد يحتوي القسم  7 على بعض الصفحات العامة حول المفاهيم الأساسية (كما هو الحال man 7 math_errorفي نظام لينكس ).

تُوفّر بعض المُترجمات (مثل GCC ^{[ 8 ]} ) نسخًا مُدمجة من العديد من الدوال في مكتبة C القياسية؛ أي أن تطبيقات هذه الدوال تُكتب في ملف الكائن المُترجم ، ويستدعي البرنامج النسخ المُدمجة بدلًا من الدوال الموجودة في ملف الكائن المُشترك لمكتبة C. يُقلّل هذا من عبء استدعاء الدوال، خاصةً إذا استُبدلت استدعاءات الدوال بنسخ مُضمّنة ، ويُتيح أشكالًا أخرى من التحسين (حيث يعرف المُترجم خصائص تدفق التحكم للنسخ المُدمجة)، ولكنه قد يُسبّب ارتباكًا عند تصحيح الأخطاء (على سبيل المثال، لا يُمكن استبدال النسخ المُدمجة بنسخ مُعدّلة ).

مع ذلك، يجب أن تتصرف الدوال المدمجة كدوال عادية وفقًا لمعيار ISO C. ويعني هذا بالضرورة أن البرنامج يجب أن يكون قادرًا على إنشاء مؤشر لهذه الدوال من خلال الحصول على عنوانها، واستدعاء الدالة باستخدام هذا المؤشر. إذا تم اشتقاق مؤشرين لنفس الدالة في وحدتي ترجمة مختلفتين في البرنامج، فيجب أن يكون هذان المؤشران متطابقين؛ أي أن العنوان يُستخلص من اسم الدالة، التي لها ارتباط خارجي (على مستوى البرنامج).

في نظام FreeBSD ^{[ 9 ]} ومكتبة glibc ^{[ 10 ]} ، لا يتم ربط بعض الدوال sin()افتراضيًا، بل تُضمّن في مكتبة الرياضيات libm . عند استخدام أي منها، يجب توجيه الرابط إلى -lm. يشترط معيار POSIX أن يدعم مُصرّف c99 -lm، وأن تكون الدوال المُعلنة في ملفات الرأس <math.h>، <complex.h>و ، و <fenv.h>متاحة للربط إذا -lmتم تحديد ، ولكنه لا يُحدد ما إذا كانت هذه الدوال مرتبطة افتراضيًا. ^{[ 11 ]} يُلبي musl هذا الشرط بوضع كل شيء في مكتبة libc واحدة وتوفير مكتبة libm فارغة. ^{[ 12 ]}

__STDC_HOSTED__وفقًا لمعيار لغة C ، يجب تعريف الماكرو على النحو التالي 1إذا كان التطبيق مُستضافًا. يحتوي التطبيق المُستضاف على جميع ملفات الرأس المحددة في معيار C. يمكن أن يكون التطبيق أيضًا مُستقلًا، مما يعني أنه لا يُضمن وجود سوى ملفات الرأس المطلوبة لتكون جزءًا من تطبيق مُستقل للمعيار. إذا كان التطبيق مُستقلًا ، فيجب عليه تعريف الماكرو __STDC_HOSTED__على النحو التالي 0.

اشتهرت بعض الدوال في مكتبة لغة C القياسية بثغرات أمنية خطيرة تتعلق بتجاوز سعة المخزن المؤقت ، مما شجع على البرمجة المعيبة منذ اعتمادها. ^{[ 13 ] [ أ ]} ومن أكثر العناصر التي تعرضت للانتقاد:

• إجراءات معالجة السلاسل ، بما في ذلك strcpy()و strcat()، بسبب عدم وجود فحص للحدود واحتمالية حدوث تجاوزات في المخزن المؤقت إذا لم يتم فحص الحدود يدويًا؛
• إجراءات السلاسل بشكل عام، للآثار الجانبية ، وتشجيع استخدام المخزن المؤقت بشكل غير مسؤول، وعدم ضمان إخراج صالح منتهٍ بـ null دائمًا ، وحساب الطول الخطي؛ ^{[ ب ]}
• printf()مجموعة من الإجراءات، لإفساد مكدس التنفيذ عندما لا تتطابق سلسلة التنسيق مع الوسائط المعطاة. وقد أدى هذا الخلل الأساسي إلى ظهور فئة كاملة من الهجمات: هجمات سلسلة التنسيق ؛
• gets()ومجموعة scanf()من إجراءات الإدخال/الإخراج، لعدم وجود فحص لطول الإدخال (سواء كان ذلك أي فحص أو فحص سهل).

باستثناء الحالة القصوى gets()، يمكن تجنب جميع الثغرات الأمنية عن طريق إضافة شيفرة مساعدة لإدارة الذاكرة، والتحقق من الحدود، والتحقق من المدخلات، وما إلى ذلك. ويتم ذلك غالبًا باستخدام أغلفة برمجية تجعل وظائف المكتبة القياسية أكثر أمانًا وسهولة في الاستخدام. يعود هذا إلى كتاب "ممارسة البرمجة" لـ ب. كيرنيغان و ر. بايك، حيث يستخدم المؤلفان عادةً أغلفة برمجية تطبع رسائل الخطأ وتنهي البرنامج في حال حدوث خطأ.

نشرت لجنة ISO C التقارير الفنية TR 24731-1 ^{[ 14 ]} وتعمل حاليًا على التقرير TR 24731-2 ^{[ 15 ]} لاقتراح اعتماد بعض الوظائف مع التحقق من الحدود وتخصيص المخزن المؤقت تلقائيًا، على التوالي. وقد لاقى التقرير الأول انتقادات حادة مع بعض الإشادة، ^{[ 16 ] [ 17 ]} بينما حظي التقرير الثاني بردود فعل متباينة.

على الرغم من المخاوف، تم دمج TR 24731-1 في مسار معايير C في ISO/IEC 9899:2011 (C11)، الملحق K ( واجهات فحص الحدود )، وتم تنفيذه تقريبًا في مكتبة وقت تشغيل C/++ (CRT) الخاصة بشركة Microsoft لمنصات Win32 وWin64.

(بشكل افتراضي، تُصدر مُجمّعات لغة C و C++ في Microsoft Visual Studio تحذيرات عند استخدام الدوال القديمة "غير الآمنة". ومع ذلك، فإن تطبيق Microsoft للمعيار TR 24731-1 غير متوافق بشكل طفيف مع كل من TR 24731-1 والملحق K، ^{[ 18 ]} لذا من الشائع في المشاريع القابلة للنقل تعطيل هذه التحذيرات أو تجاهلها. ويمكن تعطيلها مباشرةً عن طريق إصدار

#pragma warning(disable : 4996)

قبل/حول موقع (مواقع) الاتصال المعنية، أو بشكل غير مباشر عن طريق إصدار

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

قبل تضمين أي عناوين. ^{[ 19 ]} يجب أن يكون لخيار سطر الأوامر /D_CRT_NO_SECURE_WARNINGS=1نفس التأثير #define.

strerror()يتعرض هذا الروتين لانتقادات لكونه غير آمن من حيث الخيط وعرضة لظروف التزامن .

إن معالجة الأخطاء في دوال مكتبة C القياسية غير متسقة، بل ومربكة أحيانًا. وفقًا لصفحة دليل لينكس math_error، "الوضع الحالي (الإصدار 2.8) في مكتبة glibc غير منظم. معظم الدوال (وليس جميعها) تُطلق استثناءات عند حدوث أخطاء. بعضها يُعيّن قيمة errno . قليل من الدوال يُعيّن قيمة errno ، لكنه لا يُطلق استثناءً. وقليل جدًا من الدوال لا يفعل أيًا من الأمرين." ^{[ 20 ]}

يُحدد معيار POSIX ومواصفات يونكس الموحدة عددًا من الإجراءات الإضافية إلى جانب تلك الموجودة في مكتبة C القياسية الأساسية. تتضمن مواصفات POSIX ملفات رأسية، من بين أمور أخرى، لخيوط POSIX للبرمجة متعددة الخيوط ، ومآخذ Berkeley للشبكات، والتعبيرات النمطية . غالبًا ما تُنفذ هذه الإجراءات جنبًا إلى جنب مع وظائف مكتبة C القياسية، بدرجات متفاوتة من التقارب. على سبيل المثال، تُنفذ مكتبة glibc وظائف مثل fork`in` libc.so، ولكن قبل دمج مكتبة خيوط POSIX الأصلية في glibc، كانت تُشكل مكتبة منفصلة مع وسيطة ربط خاصة بها. غالبًا ما تُعتبر هذه الوظائف المحددة في POSIX جزءًا من المكتبة؛ ويمكن تعريف مكتبة C الأساسية باسم مكتبة ANSI أو ISO C.

مكتبة BSD libc هي مجموعة فرعية من مكتبة POSIX القياسية، وتدعمها مكتبات لغة C المضمنة في أنظمة تشغيل BSD مثل FreeBSD و NetBSD و OpenBSD و macOS . تحتوي مكتبة BSD libc على بعض الإضافات غير المُعرّفة في المعيار الأصلي، وقد ظهر العديد منها لأول مرة في إصدار 4.4BSD عام 1994 (وهو أول إصدار تم تطويره بشكل كبير بعد إصدار المعيار الأول عام 1989). ومن بين إضافات مكتبة BSD libc ما يلي:

• <sys/tree.h> – يحتوي على تطبيق لشجرة الأحمر والأسود وشجرة التفرع ^{[ 21 ] [ 22 ]}
• <sys/queue.h> – تطبيقات القوائم المرتبطة ، والطوابير ، وطوابير الذيل ، وما إلى ذلك. ^{[ 23 ] [ 24 ]}
• fgetln() – مُعرّف في <stdio.h>. يمكن استخدام هذا لقراءة ملف سطرًا بسطر. ^{[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]}
• <fts.h> – يحتوي على بعض الوظائف لاجتياز التسلسل الهرمي للملفات ^{[ 28 ] [ 29 ]}
• <db.h> – بعض الوظائف للاتصال بقاعدة بيانات بيركلي ^{[ 30 ] [ 31 ]}
• strlcat()و – بدائل آمنة لـ و ^{[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ]}strlcpy() strncat()strncpy()
• <err.h> – يحتوي على بعض الوظائف لطباعة رسائل الخطأ المنسقة ^{[ 37 ] [ 38 ]}
• <vis.h> – يحتوي على vis()الدالة. تُستخدم هذه الدالة لعرض الأحرف غير القابلة للطباعة بتنسيق مرئي. ^{[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]}

تتضمن لغة C++ معظم بنيات مكتبة C القياسية ضمن بنيتها الخاصة، باستثناء الآليات الخاصة بلغة C. ويتم تصدير وظائف مكتبة C القياسية من مكتبة C++ القياسية بطريقتين.

لتحقيق التوافق مع الإصدارات السابقة/المتقاطعة مع لغة C و C++ قبل المعيار، يمكن الوصول إلى الدوال في مساحة الاسم العامة ( ::)، بعد #includeاستخدام اسم رأس C القياسي كما هو الحال في C. ^{[ 42 ]}ومع ذلك، فإن ::استخدام للإشارة إلى مساحة الاسم العامة ضروري فقط عندما يكون ضمن نطاق مساحات أسماء أخرى حيث يتم تعريف نفس اسم الرمز. وبالتالي، فإن برنامج C++98

#include <stdio.h>int main ( void ) { return puts ( "Hello, world!" ) == EOF ; }

ينبغي أن يُظهر سلوكًا (ظاهريًا) مطابقًا لبرنامج C95 مطابق له في الكود .

ابتداءً من C++98 ، أصبحت دوال C متاحة أيضًا في نطاق الأسماء std(مثل C  printfas C++  std::printfو atoias و std::atoias feof) std::feof، وذلك بتضمين ملف رأس بدلاً من ملف رأس C المقابل . على سبيل المثال، يحل محل و لـ ؛ لاحظ عدم وجود امتداد لأسماء ملفات رأس C++.<chdrname><hdrname.h><cstdio><stdio.h><cmath><math.h>.h

وبالتالي، فإن البرنامج المكافئ (والمفضل عمومًا) المكتوب بلغة C++ ≥ 98 للبرنامجين المذكورين أعلاه هو:

#include <cstdio>int main () { return std :: puts ( "Hello, world" ) == EOF ; }

في حالة استخدام C++20 أو أحدث، يمكن استبدالها بـ (ولكن ليس ، لأن الوحدات النمطية لا تصدر وحدات ماكرو، مثل ).#include<cstdio>import<cstdio>;importstd;EOF

يمكن إصدار إعلان أعلى أو داخل لتحديد مساحة الاسم تلقائيًا (بتطبيق البادئة تلقائيًا بشكل أساسي)، على الرغم من أن كتابة بيان يمكن أن تلوث مساحة الاسم العامة برموز غير مرغوب فيها إذا تم استخدامها في النطاق العام لملف رأس . ^{[ 43 ]}usingnamespacestd;mainstdstd::using

بعض إصدارات C++≥98 من ملفات رأس C مفقودة؛ على سبيل المثال، C≥11 <stdnoreturn.h>وليس <threads.h>لها نظائر في C++. ^{[ 44 ]}

يتم اختزال بعضها إلى عناصر نائبة، مثل (حتى C++20 ) <ciso646>لـ C95 <iso646.h>، حيث يتم عرض جميع وحدات الماكرو المطلوبة ككلمات مفتاحية في C++98. لا يتم دعم البنى النحوية الخاصة بلغة C بشكل عام، حتى لو كان رأسها مدعومًا. ^{[ 45 ]}

توجد العديد من ملفات رأس C بشكل أساسي للتوافق مع C++ ، وعادةً ما تكون هذه الملفات شبه فارغة في C++. على سبيل المثال، تتطلب C99-17 فقط<stdbool.h>

#define bool _Bool #define false 0 #define true 1 #define __bool_true_false_are_defined 1

لإضفاء طابع التظاهر بدعم الكلمات المفتاحية C++98 boolو falseو trueفي لغة C، يتطلب C++11<stdbool.h> تعريف و <cstdbool>لتحقيق التوافق، ولكنهما يحتاجان فقط إلى تعريف __bool_true_false_are_defined. يُهمل C23 الكلمة المفتاحية القديمة _Boolلصالح الكلمات المفتاحية الجديدة المكافئة لها في C++98 bool، falseو و ، لذا فإن ملفات الرأس trueC≥23 و C++≥11 متطابقة تمامًا. (على وجه الخصوص، لا يتطلب C23 أي ماكرو لـ .)<stdbool.h>cstdbool>__STDC_VERSION_BOOL_H__<stdbool.h>

يُفضّل الوصول إلى دوال مكتبة C عبر مساحة الاسم ::std وأسماء ملفات الرأس C++≥98 كلما أمكن ذلك. ولتشجيع التبني، ألغت C++98 أسماء ملفات الرأس C، لذا من المحتمل أن يؤدي استخدام ملفات رأس التوافق مع C إلى إصدار معالج مسبق صارم للغاية من نوع ما لتشخيص المشكلة. مع ذلك، تُلغي C++23 ( على نحو غير معتاد) هذه الملفات، لذا لا ينبغي أن تُصدر تطبيقات/أوضاع C++ الأحدث أي تنبيهات إلا إذا طُلب منها ذلك تحديدًا. ^{[ 46 ]}<*.h>

تضع وحدة المكتبة القياسية C++≥23 std.compatجميع رموز مكتبة C القياسية في مساحة الاسم العامة (على غرار تضمين جميع <*.h>الرؤوس)، بينما stdتترك الوحدة رموز مكتبة C القياسية في stdمساحة الاسم (على غرار تضمين إصدارات C++ من رؤوس C). تتبع لغات أخرى نهجًا مشابهًا، حيث تضع وظائف/روتينات التوافق مع لغة C ضمن مساحة اسم مشتركة؛ وتشمل هذه اللغات D و Perl و Ruby .

يتضمن CPython أغلفة لبعض وظائف مكتبة C في مكتبته المشتركة الخاصة، كما أنه يوفر وصولاً مباشراً إلى وظائف ومتغيرات C عبر حزمة ctypes الخاصة به . ^{[ 47 ]}

بشكل عام، يحدد بايثون  2.x كائنات الملفات المضمنة على أنها "مُنفذة باستخدام حزمة stdio الخاصة بلغة C"، ^{[ 48 ]} ويُشار بشكل متكرر إلى سلوكيات مكتبة C القياسية؛ العمليات المتاحة ( open،،readwriteمن المتوقع أن يكون لها نفس السلوك مثل وظائف C المقابلة ( fopen، fread، fwrite، إلخ).

ومع ذلك، فإن مواصفات بايثون 3 تعتمد بشكل أقل بكثير على تفاصيل لغة C مقارنة ببايثون 2 .

توفر لغة Rustlibc مكتبة crate ، التي تسمح باستخدام وظائف وتعريفات أنواع مختلفة من مكتبة C القياسية (وغيرها). ^{[ 49 ]}

يأتي برنامج Zig مزودًا بمكتبة libc للأهداف المتاحة. ^{[ 50 ]}