সি প্রোগ্রামিংয়ের পরিচিতি

সি প্রোগ্রামিং ভাষার উদ্ভাবন ঘটে ১৯৬৯ থেকে ১৯৭৩ সালের মধ্যে মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের এটি অ্যান্ড টি বেল ল্যাবরেটরিতে (AT&T Bell Laboratories)। এর মূল স্রষ্টা ছিলেন প্রখ্যাত কম্পিউটার বিজ্ঞানী ডেনিস রিচি (Dennis Ritchie)। পূর্বে ইউনিক্স অপারেটিং সিস্টেমটি হার্ডওয়্যার-নির্ভর অ্যাসেম্বলি ভাষায় রচিত ছিল; ইউনিক্সকে সহজে অন্য কম্পিউটারে স্থানান্তরযোগ্য (Portable) করার উদ্দেশ্যেই সি ভাষার জন্ম হয়।

সি ভাষার উৎপত্তির ঐতিহাসিক ক্রমধারা নিম্নরূপ:

• ALGOL 60 (১৯৬০): স্ট্রাকচার্ড ব্লক প্রোগ্রামিং ও ব্যাকাস-নাউর ফর্ম (BNF) ব্যাকরণের প্রবর্তন।
• CPL (Combined Programming Language, ১৯৬৩): অত্যন্ত শক্তিশালী কিন্তু কম্পাইলার তৈরি করা দুরূহ ছিল।
• BCPL (Basic Combined Programming Language, ১৯৬৭): কেমব্রিজ বিশ্ববিদ্যালয়ের মার্টিন রিচার্ডস কর্তৃক নির্মিত একটি সাধারণ ও টাইপহীন ভাষা।
• B ভাষা (১৯৬৯): বেল ল্যাবসে কেন থম্পসন BCPL-কে আরও সংক্ষিপ্ত করে ইউনিক্সের প্রথম সংস্করণের জন্য তৈরি করেন।
• C ভাষা (১৯৭২): ডেনিস রিচি B ভাষার সাথে ডেটা টাইপ, ডেটা স্ট্রাকচার ও পয়েন্টার যুক্ত করে একটি পূর্ণাঙ্গ ও শক্তিশালী ভাষা সি (C) উদ্ভাবন করেন।
• ANSI C (C89/C90): ১৯৮৯ সালে আমেরিকান ন্যাশনাল স্ট্যান্ডার্ডস ইনস্টিটিউট (ANSI) দ্বারা সি-এর প্রমিত মান নির্ধারণ করা হয়।

একটি আদর্শ সি প্রোগ্রাম প্রধানত ছয়টি কার্যকরী অংশে বিভক্ত থাকে:

1. ডকুমেন্টেশন সেকশন (মন্তব্য অংশ): প্রোগ্রামের উদ্দেশ্য, রচয়িতা ও নিয়মাবলি সংক্রান্ত মন্তব্য। সি-তে মাল্টি-লাইন মন্তব্য (`/* মন্তব্য */`) এবং সি৯৯ সিঙ্গল-লাইন মন্তব্য (`// মন্তব্য`) ব্যবহৃত হয়। প্রিপ্রসেসিংয়ের সময় কম্পাইলার সকল মন্তব্য মুছে ফেলে।
2. লিঙ্ক সেকশন (প্রিপ্রসেসর নির্দেশিকা): হেডার ফাইল যুক্ত করার নির্দেশ (`#include <stdio.h>`, `#include <math.h>`), যা স্ট্যান্ডার্ড লাইব্রেরি ফাংশনের প্রোটোটাইপ সরবরাহ করে।
3. সংজ্ঞা সেকশন (Definition Section): `#define` নির্দেশিকা ব্যবহার করে প্রতীকী ধ্রুবক (Symbolic Constants) ঘোষণা করা (`#define PI 3.14159`)।
4. গ্লোবাল ডিক্লারেশন সেকশন: সমগ্র প্রোগ্রামের সকল ফাংশনে ব্যবহারযোগ্য গ্লোবাল চলক ও ব্যবহারকারী-সংজ্ঞায়িত ফাংশনের প্রোটোটাইপ ঘোষণা।
5. main() ফাংশন অংশ: প্রতিটি সি প্রোগ্রামের প্রধান ও বাধ্যতামূলক প্রবেশদ্বার (Entry Point)। প্রোগ্রাম নির্বাহ সর্বদা `main()` থেকে শুরু হয়। প্রমিত ANSI সি-তে এটি `int main(void)` হিসেবে ঘোষিত হয় এবং অপারেটিং সিস্টেমকে সাফল্যের বার্তা হিসেবে `return 0;` প্রদান করে।
6. সাবপ্রোগ্রাম সেকশন (ব্যবহারকারী-সংজ্ঞায়িত ফাংশন): মডিউলার কোডিংয়ের স্বার্থে `main()` ফাংশনের বাইরে প্রয়োজনীয় স্বতন্ত্র ফাংশনগুলির পূর্ণাঙ্গ কোড বডি।

সি কোনো ইন্টারপ্রেটেড ভাষা নয়; এটি একটি বিশুদ্ধ কম্পাইল্ড ভাষা। মানুষের লেখা টেক্সট ফাইল থেকে কম্পিউটারের নির্বাহযোগ্য বাইনারি ফাইলে রূপান্তরের পাঁচটি ধাপ রয়েছে:

অপারেটিং সিস্টেম যখন কোনো সি এক্সিকিউটেবল ফাইলকে র‍্যামে লোড করে, তখন তার ভার্চুয়াল মেমোরিকে পাঁচটি নির্দিষ্ট সেগমেন্টে বিন্যস্ত করা হয়:

• ১. টেক্সট সেগমেন্ট (Text / Code Segment): মেমোরির সর্বনিম্ন ঠিকানায় অবস্থিত। এতে প্রোগ্রামের কম্পাইল্ড মেশিন নির্দেশমালা থাকে। অনিচ্ছাকৃত পরিবর্তন রোধে এটি Read-Only থাকে।
• ২. ইনিশিয়ালাইজড ডেটা সেগমেন্ট (Data Segment): কোডে প্রারম্ভিক মান নির্ধারণ করা সকল গ্লোবাল ও স্ট্যাটিক চলক এখানে সংরক্ষিত থাকে (যেমন: `int count = 10; static float rate = 5.5;`)।
• ৩. আন-ইনিশিয়ালাইজড ডেটা সেগমেন্ট (BSS Segment): "Block Started by Symbol"-এর সংক্ষিপ্ত রূপ। যেসব গ্লোবাল ও স্ট্যাটিক চলকের কোনো প্রারম্ভিক মান দেওয়া হয় না (যেমন: `int arr[100];`), তারা এখানে থাকে। প্রোগ্রাম চালু হলে ওএস স্বয়ংক্রিয়ভাবে এই অংশকে শূন্য (`0`) দিয়ে পূর্ণ করে।
• ৪. হিপ সেগমেন্ট (Heap Segment): রানটাইমে ডায়নামিক মেমোরি বরাদ্দের (`malloc()`, `calloc()`) জন্য ব্যবহৃত হয়। এটি BSS-এর উপর থেকে উর্ধ্বমুখী (উচ্চ মেমোরি ঠিকানার দিকে) প্রসারিত হয়।
• ৫. স্ট্যাক সেগমেন্ট (Stack Segment): মেমোরির সর্বোচ্চ ঠিকানা থেকে নিম্নমুখী (নিচের ঠিকানার দিকে) প্রসারিত হয়। এতে লোকাল চলক, ফাংশনের আর্গুমেন্ট এবং কল স্ট্যাকের অ্যাক্টিভেশন ফ্রেম সংরক্ষিত থাকে (LIFO পদ্ধতি)।

সি ভাষায় প্রোগ্রাম লেখার জন্য অনুমোদিত মৌলিক ক্যারেক্টার সেট নিম্নরূপ:

• বর্ণমালা: ইংরেজি বড় হাতের `A`–`Z` এবং ছোট হাতের `a`–`z` (সি ভাষা কেস-সেনসিটিভ)।
• অঙ্ক: ডেসিমাল অঙ্ক `0` থেকে `9` (মোট ১০টি)।
• বিশেষ প্রতীক: `+ - * / % = < > ! & | ^ ~ . , ; : ? ' " ( ) [ ] { } _ # \`।
• হোয়াইট স্পেস: স্পেস বার, অনুভূমিক ট্যাব (` `), নিউলাইন (` `), ক্যারেজ রিটার্ন (` `)।

একটি সি প্রোগ্রামের ক্ষুদ্রতম অর্থপূর্ণ একককে টোকেন বলা হয়। কম্পাইলার লেক্সিক্যাল অ্যানালাইসিস পর্যায়ে সোর্স কোডকে টোকেনে বিভক্ত করে। সি টোকেন প্রধানত ৬ প্রকার:

1. কীওয়ার্ড (Keywords): পূর্বনির্ধারিত সংরক্ষিত শব্দ যার অর্থ অপরিবর্তনীয়।
2. আইডেন্টিফায়ার (Identifiers): চলক, ফাংশন বা অ্যারে চিহ্নিত করার জন্য ব্যবহারকারী প্রদত্ত নাম।
3. ধ্রুবক (Constants / Literals): যেসব মান প্রোগ্রাম চলাকালীন কখনো পরিবর্তিত হয় না।
4. স্ট্রিং (Strings): ডবল কোটেশনের মধ্যে আবদ্ধ এবং নাল ক্যারেক্টার (`'\0'`) দ্বারা সমাপ্ত অক্ষরের ক্রম।
5. অপারেটর (Operators): গাণিতিক বা যৌক্তিক হিসাব সম্পন্ন করার বিশেষ প্রতীক।
6. বিশেষ প্রতীক (Special Symbols / Punctuators): বন্ধনী `( )`, ব্র্যাকেট `[ ]`, ব্রেস `{ }`, কমা `,`, সেমিকোলন `;` ইত্যাদি।

ANSI C (C89) মানে ঠিক ৩২টি কীওয়ার্ড নির্ধারিত রয়েছে। এগুলি সর্বদা ছোট হাতের অক্ষরে লিখতে হয় এবং কোনো আইডেন্টিফায়ার হিসেবে ব্যবহার করা নিষিদ্ধ:

• অনুমোদিত অক্ষর: শুধুমাত্র বর্ণ (`A-Z`, `a-z`), অঙ্ক (`0-9`) এবং আন্ডারস্কোর (`_`) ব্যবহার করা যাবে।
• প্রথম অক্ষরের শর্ত: নাম অবশ্যই বর্ণ অথবা আন্ডারস্কোর দিয়ে শুরু হতে হবে; কখনোই অঙ্ক দিয়ে শুরু হতে পারবে না (যেমন: `1st_num` অবৈধ, কিন্তু `num1` বা `_total` বৈধ)।
• কেস সংবেদনশীলতা: বড় ও ছোট হাতের অক্ষর ভিন্ন অর্থ বহন করে; যেমন `total`, `Total` এবং `TOTAL` তিনটি ভিন্ন চলক।
• নিষিদ্ধ উপাদান: কোনো ফাঁকা স্থান (Space), যতিচিহ্ন বা বিশেষ চিহ্ন (`@`, `$`, `#`, `-`) এবং ৩২টি কীওয়ার্ডের কোনোটি নাম হিসেবে ব্যবহার করা যাবে না।
• দৈর্ঘ্য তাৎপর্য: ANSI মানে প্রথম ৩১টি অক্ষর স্বতন্ত্র হিসেবে বিবেচিত হয়।

• পূর্ণসংখ্যা ধ্রুবক: ডেসিমাল (`45`), অক্টাল (সামনে `0`, যেমন `075` = $61_{10}$), হেক্সাডেসিমাল (সামনে `0x`, যেমন `0x2A` = $42_{10}$)।
• বাস্তব (ফ্লোটিং) ধ্রুবক: দশমিক ভগ্নাংশ (`3.1415`) বা বৈজ্ঞানিক সূচক পদ্ধতি (`1.5e-3` = $1.5 imes 10^{-3}$)।
• বর্ণ ধ্রুবক (Character Constant): একক উদ্ধৃতিতে একটিমাত্র বর্ণ (`'A'`, `'9'`); মেমোরিতে এর পূর্ণসংখ্যা ASCII মান (যেমন `'A'` এর জন্য ৬৫) জমা হয়। এটি ১ বাইট দখল করে।
• এস্কেপ সিকোয়েন্স: ব্যাকস্ল্যাশ (`\`) দিয়ে শুরু হওয়া বিশেষ বর্ণ: `\n` (নতুন লাইন), `\t` (ট্যাব), `\0` (নাল ক্যারেক্টার), `\\` (ব্যাকস্ল্যাশ), `\'` ও `\"`।
• স্ট্রিং ধ্রুবক: ডবল উদ্ধৃতিতে থাকা অক্ষরের সারি (`"Hello"`), যার শেষে কম্পাইলার নিজে থেকে নাল ক্যারেক্টার `'\0'` যুক্ত করে। সুতরাং `"A"` মেমোরিতে ২ বাইট জায়গা নেয় (`'A'` এবং `'\0'`), কিন্তু `'A'` নেয় ১ বাইট।

• `const`: চলককে শুধুমাত্র পাঠযোগ্য (Read-Only) করে তোলে; এর মান পরবর্তীতে পরিবর্তন করার চেষ্টা করলে কম্পাইলার এরর দেয় (`const float PI = 3.14;`)।
• `volatile`: কম্পাইলার অপ্টিমাইজারকে নির্দেশ দেয় যে এই চলকের মান বাহ্যিক হার্ডওয়্যার বা ইন্টারাপ্ট দ্বারা যেকোনো সময় পরিবর্তিত হতে পারে, তাই প্রতিবার সরাসরি র‍্যাম থেকে মান পড়তে হবে, ক্যাশে রাখা যাবে না।

সি ভাষায় একটি চলকের স্টোরেজ ক্লাস চারটি বিষয় নির্ধারণ করে: মেমোরি অবস্থান, ডিফল্ট প্রারম্ভিক মান, স্কোপ (দৃশ্যমানতা) এবং লাইফটাইম (স্থায়িত্ব):

গুরুত্বপূর্ণ প্রযুক্তিগত সতর্কতা:

• রেজিস্টার ভেরিয়েবল সরাসরি সিপিইউতে থাকায় এর ওপর অ্যাড্রেস-অফ অপারেটর `&` প্রয়োগ করা যায় না (`&reg_var` কম্পাইল এরর দেয়)।
• একটি ফাংশনের ভেতরের `static` লোকাল চলক ফাংশন শেষ হলেও মান ধরে রাখে এবং পুরো প্রোগ্রামে মাত্র একবার ইনিশিয়ালাইজ হয়।

`<stdio.h>` হেডার ফাইলে ঘোষিত `printf()` ফাংশন স্ট্যান্ডার্ড আউটপুটে ফরম্যাটেড লেখা প্রদর্শন করে:

int printf(const char *format, ...);

রিটার্ন মান: পর্দায় সফলভাবে মুদ্রিত মোট অক্ষরের সংখ্যা রিটার্ন করে।

ফরম্যাট স্পেসিফায়ার কাঠামো: `%[flags][width][.precision]type`

• ফিল্ড উইথ (Width): সর্বনিম্ন কতটি কলামে মানটি ছাপা হবে (যেমন `%6d` দিয়ে `42` ছাপালে সামনে ৪টি স্পেস দিয়ে `____42` হবে)।
• প্রিসিশন (.precision): ফ্লোটের জন্য দশমিকের পর কত ঘর থাকবে (যেমন `%.2f` দিলে `3.14159` হবে `3.14`)। স্ট্রিংয়ের জন্য সর্বোচ্চ কতটি বর্ণ ছাপা হবে (যেমন `%.4s`)।
• ফ্ল্যাগসমূহ: `-` (বাম সারিবদ্ধকরণ বা Left Align), `0` (স্পেসের বদলে শূন্য দিয়ে ফাঁকা পূরণ), `+` (ধনাত্মক চিহ্নের স্পষ্ট প্রদর্শন)।

কীবোর্ড থেকে ইনপুট গ্রহণের জন্য `scanf()` ব্যবহৃত হয়:

int scanf(const char *format, ...);

অ্যাড্রেস-অফ অপারেটরের (&) অপরিহার্যতা: সি ফাংশনে আর্গুমেন্ট শুধুমাত্র মান দ্বারা প্রেরিত (Call by Value) হয়। `scanf` যাতে ব্যবহারকারীর টাইপ করা মান মূল চলকের মেমোরিতে সরাসরি জমা করতে পারে, সেজন্য চলকের নামের পূর্বে তার মেমোরি ঠিকানা নির্দেশক `&` অপারেটর (যেমন `&num`) দেওয়া বাধ্যতামূলক।

স্ট্রিং অ্যারের ব্যতিক্রম: সি-তে অ্যারের নাম নিজেই তার প্রথম উপাদানের মেমোরি পয়েন্টার নির্দেশ করে। তাই স্ট্রিং পড়ার সময় `&` দিতে হয় না (`scanf("%s", str)` যথেষ্ট)।

• `getchar()`: ইনপুট থেকে একটি একক অক্ষর পড়ে তার ASCII পূর্ণসংখ্যা রিটার্ন করে।
• `putchar(c)`: পর্দায় একটি একক অক্ষর প্রদর্শন করে।
• `gets()`-এর মরণঘাতী ঝুঁকি ও বাফার ওভারফ্লো: `gets()` ফাংশন ইনপুটের কোনো আকার যাচাই না করেই অ্যারেতে ডেটা লেখে। অতিরিক্ত বর্ণ দিলে তা মেমোরির স্ট্যাক ফ্রেম ধ্বংস করে (Buffer Overflow)। তাই সি১১ মানে এটি সম্পূর্ণরূপে বাতিল করা হয়েছে।
• নিরাপদ `fgets()`: বাফার আকার উল্লেখ করে নিরাপদে লাইন পড়ার প্রমিত ফাংশন: `fgets(str, sizeof(str), stdin)`।
• `puts(str)`: স্ট্রিং প্রিন্ট করে স্বয়ংক্রিয়ভাবে শেষে নতুন লাইন (`\n`) তৈরি করে।

1. অঙ্কগণিত অপারেটর: যোগ (`+`), বিয়োগ (`-`), গুণ (`*`), ভাগ (`/`), মডুলাস বা ভাগশেষ (`%`)। লক্ষণীয় যে, `%` অপারেটরের উভয় পাশের অপারেন্ডকে অবশ্যই পূর্ণসংখ্যা হতে হবে; ফ্লোট সংখ্যায় `%` ব্যবহার করলে কম্পাইল এরর হয়।
2. সম্পর্কযুক্ত (Relational) অপারেটর: সত্য হলে `1` এবং মিথ্যা হলে `0` প্রদান করে: `==`, `!=`, `<`, `<=`, `>`, `>=`।
3. যৌক্তিক (Logical) অপারেটর: শর্ট-সার্কিট পদ্ধতিতে মূল্যায়িত হয়: `&&` (AND), `||` (OR), `!` (NOT)।
4. বিটওয়াইজ অপারেটর: বাইনারি বিট স্তরে হিসাব করে: বিটওয়াইজ AND (`&`), OR (`|`), XOR (`^`), ওয়ান-স কমপ্লিমেন্ট বা NOT (`~`), লেফট শিফট (`<<`, মানকে $2^k$ দিয়ে গুণ), রাইট শিফট (`>>`, মানকে $2^k$ দিয়ে ভাগ)।
5. অ্যাসাইনমেন্ট অপারেটর: সাধারণ সমতা (`=`) ও যৌগিক রূপ: `+=`, `-=`, `*=`, `/=`, `%=`, `&=`, `|=`, `^=`, `<<=`, `>>=` (ডান থেকে বামে মূল্যায়িত হয়)।
6. ইঙ্কক্রিমেন্ট / ডিক্রিমেন্ট: প্রি-ইঙ্কক্রিমেন্ট (`++x`, আগে বাড়ে পরে মান ব্যবহৃত হয়), পোস্ট-ইঙ্কক্রিমেন্ট (`x++`, আগে বর্তমান মান ব্যবহৃত হয় পরে বাড়ে)।
7. কন্ডিশনাল (টার্নারি) অপারেটর: `শর্ত ? সত্য_মান : মিথ্যা_মান`। সি ভাষার একমাত্র তিন-অপারেন্ড বিশিষ্ট অপারেটর।
8. বিশেষ অপারেটর: `sizeof` (বাইট আকার নির্ণয়), কমা অপারেটর `,` (বাম থেকে ডানে চলে সর্বডানের মান দেয়)।

• স্বতঃস্ফূর্ত টাইপ রূপান্তর (Implicit Type Promotion): মিশ্র রাশিমালার গণনায় কম্পাইলার নিজে থেকে ক্ষুদ্রতর টাইপকে বৃহত্তর টাইপে উন্নীত করে (যেমন `5 / 2.0` করলে পূর্ণসংখ্যা `5` স্বয়ংক্রিয়ভাবে `5.0` হয়ে ফলাফল `2.5` প্রদান করে)।
• প্রত্যক্ষ টাইপ কাস্টিং (Explicit Casting): প্রোগ্রামার দ্বারা জোরপূর্বক টাইপ পরিবর্তন: `(type) expression`। যেমন: `(float)15 / 4` লিখলে ফলাফল `3.75` আসে, অন্যথায় পূর্ণসংখ্যা ভাগে দশমিক বাদ গিয়ে `3` আসত।