C言語の歴史は？UnixとC言語の関係や標準Cが誕生するまでの過程を詳しく解説！

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C言語の案件

はじめに

C言語はシンプルかつ効率の良い言語であることから、オペレーティングシステムをはじめ、組み込みシステムや高性能アプリケーションの開発に広く利用されています。

しかしながら、C言語という名前の由来や、C言語が誕生した背景について知らない方は多いのではないでしょうか。

この記事では、C言語の歴史やUnixとの関係性、標準Cが誕生するまでの過程などについて詳しく解説します。

C言語とは？

C言語と汎用性が高く、システムプログラミング・アプリケーションプログラミングの両方に適したプログラミング言語です。

C言語が設計された目的は、機械語に近づけることで効率的な実行を可能にしながらも、さまざまなシステムで動作する（移植性が高い）コードを作成することにありました。

結果として、C言語は現代でもさまざまなハードウェアで利用されています。

汎用性が高いプログラミング言語

C言語は移植性と柔軟性が高いことから、汎用性が高いプログラム言語として活躍しています。

C言語で書かれたプログラムは、WindowsやLinux、macOSのように、異なるプラットフォームでも、わずかな変更のみで動作させられます。なぜならば、C言語が抽象度の高い機能を持ちながらも、ハードウェアに近いレベルでの操作が可能であるためです。

一方、汎用性が低い言語の例として、アセンブリ言語や特定のアプリケーション専用のスクリプト言語が挙げられます。アセンブリ言語はCPUの依存性が高いため、他のプラットフォームに移植するのが困難です。加えて、アセンブリ言語は非常に低レベルな記述を必要とするため、プログラムの開発と保守が複雑で時間がかかります。

また、ウェブブラウザ上で動作するJavaScriptなど特定のアプリケーション専用のスクリプト言語は、環境が異なると利用できない場合があります。

つまり、C言語はCPUや環境による制約がないことから、汎用性が高い言語として家電や教育機関など多くの分野で活躍しています。

C言語の誕生と発展の歴史

C言語は1972年に開発され、50年以上も使用され続けています。

ここでは、C言語が生まれた背景や、歴史について紹介していきます。

C言語はB言語の改良版として1972年にアメリカで誕生

C言語は、1972年にデニス・リッチーによってベル研究所で開発され、B言語の改良版としてリリースされました。なお、B言語はUNIXというOSの初期バージョンを記述するため、ケン・トンプソンによって1969年に開発された言語です。

しかし、B言語には、データ型の取り扱いが限定されていたため、複雑なデータ構造の効率的な扱いが困難である点が課題でした。

C言語は、B言語の制約を克服するために設計され、B言語のシンプルさと柔軟性を保ちつつ、よりよい機能の追加を目指しました。特に、C言語ではデータ型の概念について導入されており、整数型や浮動小数点型、構造体など、多様なデータ型を定義できるようになったことから、プログラマはより効率的で信頼性の高いコードを記述できるようになりました。

また、C言語のもう一つの重要な改良点は、関数の定義と呼び出しの仕組みです。プログラムのモジュール化が容易になり、コードの再利用性が向上しました。

B言語との違いはデータの「型」が指定できること

C言語とB言語の最も大きな違いは、データの「型」を指定できることです。データの型（データ型）とは、プログラミングにおいて変数が保持する値の種類やその値に対する操作を定義する概念を指します。B言語では、データ型の概念が非常に限定的であり、ほとんどのデータが単純な整数や文字列として扱われることから、複雑なデータ構造を操作する際に多くの手間がかかり、エラーが発生しやすくなっていました。

しかし、C言語では、データ型の概念が大幅に拡張され、整数型（int）、浮動小数点型（float、double）、文字型（char）、さらには配列や構造体（struct）など、さまざまなデータ型を定義できることで、プログラマはデータの性質に応じて適切な型を選択し、より正確で効率的なプログラムを作成することが可能になりました。

例えば、構造体を使用することで、異なる型のデータを一つのまとまりとして扱うことができ、コードの可読性と保守性が向上しました。また、ポインタ（メモリ内のアドレスを指し示すための変数）の概念も導入され、メモリ管理や配列操作を容易に行えるようになった上、効率的なメモリアクセスが可能となり、プログラムのパフォーマンスが向上しました。

さらに、データ型の明確な指定により、コンパイラは型チェックを行うことができるようになり、プログラムの安全性が向上しました。加えて、型の不一致や不適切な操作を検出することで、プログラマに警告を発し、バグの早期発見と修正が可能になりました。

つまり、型を指定できることにより、C言語はB言語よりも信頼性の高い、効率的なプログラミング言語として広く受け入れられるようになりました。

効率的なプログラムを記述できるようになった

C言語は、低レベルのハードウェア操作を直接行うことができるため、ハードウェアリソースを最大限に活用したプログラミングが可能です。

例えば、ポインタを利用することで、メモリのアドレスを直接操作し、効率的なデータアクセスを実現できるため、大量のデータを高速に処理でき、プログラムの実行速度を大幅に向上させられます。

さらに、C言語は関数の概念をサポートしているため、プログラムをモジュール化することでコードの再利用性が高まり、開発効率を向上させられます。プログラムを複数の関数に分割することで、各関数が特定のタスクを担当し、プログラム全体の構造を明確にすることができます。また、関数の再利用により、同じコードを繰り返し記述する必要がなくなり、保守性が向上します。

C言語の標準ライブラリも、効率的なプログラミングを支えています。標準ライブラリには、ファイル操作や文字列処理、メモリ管理、数学関数など、多くの基本的な機能が含まれています。標準ライブラリを使いこなすことで複雑な機能を一から実装することなく、既存のライブラリを利用して効率的にプログラムを作成できます。

C言語はUnixの誕生ととも発展

C言語の歴史には、Unixの存在が欠かせません。C言語とUnixの関係は互いに強化され、C言語はUnixの発展に不可欠なツールとなり、一方でUnixはC言語の普及を促進しました。

ここでは、UnixとC言語の関係性と歴史について紹介します。

UnixはOSの一種

Unixは、1969年にAT&Tベル研究所で開発されたオペレーティングシステム（OS）の一種です。Unixは、マルチユーザー・マルチタスク機能を持ち、高い信頼性と安定性の提供を目的として設計されました。Unixの設計理念には、「シンプルで一貫性のあるインターフェース」「小さなプログラムを組み合わせて大きな機能を実現する」という哲学が含まれています。

なお、Unixの特徴としては、階層型ファイルシステム、強力なシェル（コマンドラインインターフェース）、豊富なユーティリティプログラム、プロセス間通信機能などが挙げられます。

Unixは、そのオープンな設計と移植性の高さから、多くの派生形が開発されました。代表的な派生形には、BSD（Berkeley Software Distribution）やSystem Vがあり、現在も多くのシステムで使用されています。さらに、LinuxやmacOSなど、現代の多くのオペレーティングシステムにもUnixの設計思想が取り入れられています。

Unixのプログラムを実現したのがC言語

C言語はUnixの開発において、中心的な役割を果たしたといえます。

初期のUnixは主にアセンブリ言語で書かれていましたが、アセンブリ言語は特定のハードウェアに依存しており、移植性が低いという問題がありました。しかし、C言語の登場によって依存性や移植性の低さの問題が解決され、Unixの開発が大きく前進しました。

C言語は、低レベルのハードウェア操作が可能でありながら、高い抽象度を持つプログラミング言語であるため、Unixの開発者たちは、効率的かつ移植性の高いコードを記述することができました。C言語で書かれたUnixは、異なるハードウェアプラットフォームへの移植が容易であり、多くのシステムで動作することができました。

UnixとC言語の組み合わせは、システムソフトウェアの開発において革新的な進歩をもたらし、その後のコンピュータサイエンスの発展に大きな影響を与えたのです。

UNIX上で動作するアプリケーションにもC言語が使われた

C言語は、Unixオペレーティングシステム自体の開発のみならず、Unix上で動作するアプリケーションの開発にも広く使用されました。

Unixの設計理念である「小さなプログラムを組み合わせて大きな機能を実現する」という哲学により、多くのユーティリティプログラムやツールがC言語で開発され、Unixの使いやすさがさらに向上しました。

なお、Unix上で動作する代表的なアプリケーションには、テキストエディタ、コンパイラ、シェル、ネットワークツールなどが挙げられます。このようなアプリケーションは、C言語のメリットを最大限に活用し、Unixシステムの一部として非常に重要な役割を果たしています。さらに、C言語で開発されたアプリケーションは、高い移植性を持つため、他のUnix系システムや異なるプラットフォームでの利用が容易です。

現在でも、C言語は多くのシステムプログラミングやアプリケーション開発の基盤として使用されており、その重要性は変わっていません。Unixの設計思想とC言語の組み合わせは、コンピュータサイエンスの発展に大きな影響を与え続けており、多くのプログラミング言語やオペレーティングシステムに受け継がれています。

C言語のバイブルと標準Cの誕生

C言語の普及を後押ししたのが、C言語のバイブルと呼ばれる「The C Programming Language」という書籍です。

ここでは、C言語のバイブルや、バイブルの課題を解決するために誕生した標準Cについて紹介します。

Ｃ言語の設計者が自ら著したＣ言語のバイブル

「The C Programming Language」は、C言語の設計者であるデニス・リッチーとブライアン・カーニハンが自ら執筆した書籍です。この書籍は、C言語の基本的な構文や機能を詳細に解説し、実践的なプログラミング技術を紹介しています。

初版は1978年に発行され、C言語を学ぶための基本的な参考書として広く受け入れられました。多くのプログラマにとって、この書籍はC言語の「バイブル」として認識されており、C言語の普及に大きく貢献しました。

バイブルには曖昧な部分があったため多くの方言が生まれた

「The C Programming Language」は非常に優れた書籍でしたが、初期のバージョンにはいくつかの曖昧な部分が存在しました。そのため各プラットフォームやコンパイラによって異なる解釈が生じ、多くの「方言」が生まれる原因となりました。

方言の存在は、異なるシステム間での互換性を低下させ、プログラムの移植性に問題を引き起こすことがあります。例えば、予約語（keywords）や標準ライブラリ関数の名前がプログラマが定義する識別子と衝突することがありました。プラットフォームの中には標準ライブラリに特定の関数名が追加されている場合があり、プログラムの移植性を妨げる原因となりました。

そこで、方言がモラたす問題を解決するために、C言語の標準化の必要性が高まりました。

Ｃ言語の世界標準規格を決めることになり標準Cが誕生

1983年、ANSI（米国規格協会）はC言語の標準化プロジェクトを開始し、1989年にANSI C（C89）が正式に策定されました。その後、ISO（国際標準化機構）によって国際標準として承認され、これが「標準C（Standard C）」として広く認識されるようになりました。

標準化によって異なるシステム間での互換性が確保され、C言語の移植性と信頼性が大幅に向上しました。

なお、標準Cの特徴について、一部を紹介すると以下の通りです。

関数プロトタイプの導入

関数プロトタイプが導入され、関数の宣言時に引数の型を明確に定義することが求められるようになったため、コンパイル時に関数の引数の型チェックが行われ、プログラムの安全性が向上しました。

標準ライブラリが充実している

標準Cには、豊富な標準ライブラリが含まれており、プログラマが基本的な操作を簡単に行えるようになっています。標準ライブラリには、文字列操作・数学関数・ファイル入出力・メモリ管理などの機能が含まれています。

構造化プログラミング

標準Cでは、構造化プログラミングの概念についてサポートしており、プログラムをモジュール化することでメンテナンス性を向上させられます。構造化プログラミングでは、関数や構造体を用いて、コードの再利用性を高めることができます。

型安全性と強制型変換

標準Cでは、明確な型定義を行うことで、型安全性を確保でき、意図しない型変換によるエラーを防げます。

C言語の現在でも様々な用途で使用されている

C言語は誕生から50年以上が経過した現在でも、さまざまな用途で広く使用されています。

特に、システムプログラミングや組み込みシステムの分野では、C言語のパフォーマンスと柔軟性が評価されており、主要なプログラミング言語として利用されています。

蓄積されたC言語のライブラリが豊富

C言語には、多くのライブラリが蓄積されているため、開発者は複雑な機能を一から実装することなく、既存のライブラリを利用して効率的にプログラムを作成できます。

標準ライブラリ

C言語の標準ライブラリには、ファイル操作・文字列処理・メモリ管理・数学関数など、プログラムの基本的な操作を容易にできる機能が含まれています。

サードパーティライブラリ

標準ライブラリ以外にも、ネットワークプログラミングのための「libcurl」、グラフィックス処理のための「OpenGL」、データベースアクセスのための「SQLite」など、数多くのサードパーティライブラリが存在します。サードパーティライブラリを利用することで、開発者は自分で複雑な機能を実装する必要がなくなり、開発の効率が飛躍的に向上します。

組み込みライブラリ

マイクロコントローラ向けの「HAL（ハードウェア抽象化レイヤー）ライブラリ」や「RTOS（リアルタイムオペレーティングシステム）」など、組み込みシステム向けのライブラリも豊富です。

組み込み分野では今後もC言語が主流となる予想

組み込みシステムとは、特定の機能を実行するために設計されたコンピュータシステムを指し、家電製品や自動車、医療機器など幅広い分野で使用されています。組み込みシステムが必要な分野において、C言語は長らく主要なプログラミング言語として利用されており、今後もその地位を維持し続けると予想されています。その理由は、以下の通りです。

高効率なハードウェア制御

C言語は、低レベルのハードウェア操作が可能であり、メモリやポートへの直接アクセスをサポートしているため、ハードウェアのリソースを最大限に活用でき、効率的なプログラムを作成できます。

PythonやJavaのような高級言語では、このような低レベルの操作が困難であるため、実行速度やリソース使用の最適化において劣ることがあります。特にリソースが限られている組み込みシステムにおいては、C言語の得意分野といえます。

容量が小さくてすむ

組み込みシステムでは、メモリやストレージ容量が限られている場合がほとんどです。その点、C言語はコンパクトなバイナリを生成し、プログラムの容量を小さく抑えることができるため、メモリやストレージの使用を最小限に抑える必要がある環境で非常に重要です。

なお、高級言語では、ランタイム環境やガベージコレクションなどのオーバーヘッドが大きくなるため、C言語ほど効率的ではありません。

リアルタイム処理が可能

組み込みシステムでは、リアルタイム性が求められることが多い傾向にあります。

C言語は、リアルタイムオペレーティングシステム（RTOS）と組み合わせて使用することで、リアルタイム処理に対応できます。タイミングの正確さや遅延の最小化が重要なシステムでは、C言語のパフォーマンス性が活躍します。

C言語がルーツとなったプログラミング言語

C言語は、多くの後発言語のルーツとなりました。その中でも代表的なものに、C++、C#、Objective-Cがあります。これらの言語は、C言語の基本的な構文を引き継ぎつつ、それぞれの目的に応じて機能が拡張されています。C言語が基礎となったこれらの言語は、現代のプログラミングにおいても重要な役割を果たしており、多くの開発者に利用されています。

オブジェクト指向の機能が拡張されたC++

C++は、1980年代にベル研究所のビャーネ・ストロヴストルップによって開発されました。C++は、C言語にオブジェクト指向の機能を追加した言語であり、C言語の拡張版として設計されました。C言語の高いパフォーマンスとシステムレベルでの柔軟性を維持しつつ、オブジェクト指向プログラミングの概念を取り入れることで、より複雑で大規模なソフトウェアの開発が容易になりました。

なお、C++という名前の由来には、C言語に新しい機能が追加されたことを表現する意味が込められています。C++の「++」は、C言語のインクリメント演算子を象徴しており、「Cに1を加える」つまり「Cの次のバージョン」という意味を持っています。つまり、C言語にさらなる機能を追加し、進化させたものというコンセプトを反映しています。

C++の主な特徴の一つは、クラスとオブジェクトの概念です。クラスはデータとその操作を一つの単位としてカプセル化し、オブジェクトはクラスのインスタンスとして具体的なデータを持ちます。データとその操作を一体化することで、ソフトウェアの設計をより自然で直感的なものにすることができます。また、継承やポリモーフィズムといったオブジェクト指向の特性により、コードの再利用性や拡張性が大幅に向上します。

C++は、システムプログラミングからゲーム開発、グラフィックス、金融システムに至るまで、幅広い分野で利用されています。特に高性能が求められるアプリケーションやリアルタイムシステムでの使用が多く、今でも多くの開発者にとって重要なツールとなっています。

C++は、その後の多くの言語に影響を与え、現代のプログラミングにおいて重要な役割を果たし続けています。

Windowsと相性の良いC#

C#は、2000年にマイクロソフトによって開発されたプログラミング言語で、特にWindowsプラットフォームと相性が良いことで知られています。

C#は、C言語とC++の影響を受けつつも、Javaの設計理念も取り入れているのが特徴です。C#は、.NETフレームワーク上で動作するように設計されており、Windowsアプリケーション、ウェブアプリケーション、ゲーム開発など、さまざまな用途で広く利用されています。

なお、C#の名前に含まれる「#」は音楽記号のシャープを表しており、音程を半音上げることを意味します。つまり、C言語を基にしながらも、さらに進化した言語であるという意図が込められています。実際、C#はC言語やC++の高いパフォーマンスと効率性を維持しつつ、オブジェクト指向プログラミングの概念を強化し、開発の生産性とコードの安全性を向上させる多くの機能を備えています。

C#の主な特徴には、ガベージコレクションによるメモリ管理の自動化や標準ライブラリの豊富さ、型安全性、例外処理機構などがあり、開発者は効率的かつ安全にプログラムを作成することができます。また、C#はLINQ（Language Integrated Query）や非同期プログラミングモデルなど、現代のアプリケーション開発に必要な先進的な機能も提供してくれるのが魅力的です。

C#は、Visual Studioと呼ばれる統合開発環境（IDE）と組み合わせて使用されることが多く、高度なデバッグツールやコード補完機能を利用して生産性を向上させることができます。Windows環境での開発に最適化されたC#は、エンタープライズアプリケーションを初め、クラウドベースのサービスやモバイルアプリケーションなど、さまざまな分野で広く採用されています。

iOSやmacOSに使用されているObjective-C

Objective-Cは、1980年代にブラッド・コックスとトム・ラブによって開発されたプログラミング言語で、主にAppleのiOSやmacOSの開発に使用されています。Objective-Cは、C言語を基礎にしつつも、オブジェクト指向プログラミングの機能を追加した言語です。名前に含まれる「Objective」は、オブジェクト指向プログラミングの概念を強調するためにつけられました。

なお、オブジェクト指向プログラミング（OOP）は、データとその操作を一つの単位としてカプセル化する「オブジェクト」を中心にプログラムを構築する手法を指します。Objective-Cは、オブジェクト指向の特性を取り入れることで、より構造化され、再利用性の高いコードを書くことができるようになりました。特に、クラスやメソッド、インスタンスなどの概念を導入することで、複雑なソフトウェアシステムを管理しやすくしました。

Objective-Cは、AppleのNeXTSTEPオペレーティングシステムにおいて採用されており、その後macOSやiOSの標準言語として広く利用されるようになりました。Objective-Cのシンタックスは、C言語のシンプルさを維持しつつ、Smalltalkから影響を受けたメッセージング機能を取り入れています。このメッセージング機能により、オブジェクト間の通信が柔軟かつ効率的に行えるようになりました。

また、Objective-Cは、C言語との互換性を持ち、既存のC言語コードをそのまま利用できるため、C言語で書かれたライブラリやツールを活用することができます。

Objective-Cは、AppleのXcode統合開発環境とともに使用され、さまざまなツールやデバッグ機能を活用することで、高品質なアプリケーション開発が可能です。Objective-Cは、その後Swiftに取って代わられる形で主流の開発言語から外れつつありますが、今でも多くの既存プロジェクトで使用され続けています。

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まとめ

今回の記事では、C言語ができた背景や、現在までの歴史について触れてきました。

C言語は1972年に誕生して以来、プログラミング界に多大な影響を与えています。汎用性が高く、効率的なプログラムを記述できるという特徴が、多くの分野で広く使用されている理由です。特にUnixの開発において中心的な役割を果たしたことも、C言語の普及を後押ししました。

C言語は、その後の多くのプログラミング言語の基礎となり、現在でも教育や実務の場で重要視されています。エンジニアとしてのキャリアを考えている方は、C言語の理解を深めることで、より広い分野で活躍するチャンスが広がるでしょう。

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