1 Výpočetní stroj
    Tato kapitola jazyk C nepoužívá.

    2 Lokální proměnné, řízení toku
    Počínaje touto kapitolou budeme většinu programů psát ve zjednodušené verzi jazyka C. V tomto kurzu budeme psát programy do jednoho souboru, který bude sestávat z definic typů (uvidíme později) a podprogramů. Na diskusi o sémantice podprogramů zatím nejsme připraveni, proto je budeme chápat jako syntaktickou obálku pro kód, který budeme psát.
    Program bude typicky vypadat takto: 
    int podprogram( int parametr₁, int parametr₂ )      
{
    …
}

int main()
{
    assert( podprogram( 1, 2 ) == 3 );
    …
}
    Podprogram s názvem main bude v tomto kurzu vždy obsahovat testy, které ověřují základní funkcionalitu ostatních podprogramů. Můžete si do něj vždy přidat svoje vlastní testy. Zápis podprogram( 1, 2 ) je volání (použití) podprogramu – prozatím jej nebudeme mimo testy potřebovat, protože jediné podprogramy, které budeme moct v tomto předmětu použít, jsou ty, které si sami napíšeme.

    2.0.1 Hodnoty, objekty a proměnné
    Proměnné znáte již z kurzu IB111 – proměnné v jazyce C mají s těmi v Pythonu mnoho společného, ale mají také důležité odlišnosti. Prvním, v zásadě syntaktickým, rozdílem je, že v jazyce C musíme každou proměnnou deklarovat – to provedeme zápisem typ jméno; případně typ jméno = výraz;. První forma proměnnou pouze deklaruje, ale její počáteční hodnotu ponechá neurčenu – tuto hodnotu není dovoleno použít.
    Typ proměnné určuje, jakých hodnot může nabývat – k dispozici máme prozatím tyto zabudované typy:
    Proměnná je v jazyce C pevně svázaná3 s objektem. Objekt je abstrakce paměti – reprezentuje entitu, která je schopna pamatovat si hodnotu, již můžeme z objektu přečíst nebo do objektu uložit novou (a tím tu předchozí přepsat). Objekt tak můžeme chápat jako dvojí zobecnění paměťové buňky:
    Realizace objektů je důležitým prvkem implementace programovacího jazyka a může se případ od případu lišit. Zejména není pravda, že by byl objekt pevně svázán s nějakou adresou nebo registrem – překladač může objekt transparentně přesouvat dle potřeby výpočtu.4
    1
    Pro typy int a unsigned je konkrétní rozsah přípustných hodnot daný implementací – na mnoha systémech jsou tyto typy 32bitové.
    2
    Starší standardy jazyka C neurčují, jaké kódování se použije pro znaménkové typy, novější již požadují dvojkový doplňkový kód (viz také předchozí kapitola).
    3
    Na rozdíl od jazyka Python, kde je možné vazbu proměnné na objekt změnit přiřazením. To v jazyce C možné není.
    4
    Překladače jazyka C například běžně přesouvají objekty mezi registry a zásobníkem podle aktuální situace. Tentýž objekt může být tedy v různých fázích výpočtu fyzicky uložen na různých místech.

    2.0.2 Živost a rozsah platnosti
    Objekt, který je s proměnnou svázaný, vznikne právě deklarací, a zanikne opuštěním rozsahu platnosti této proměnné. Čtení objektu je implicitní – provede se kdykoliv proměnnou použijeme jako hodnotu ve výrazu, zápis do objektu pak provedeme operátorem přiřazení (viz také další sekce).
    Podobně jméno proměnné je platné počínaje deklarací, a konče pravou složenou závorkou, která ukončuje nejbližší uzavírající blok (složený příkaz nebo tělo funkce – podrobněji rozebereme dále). Například: 
    {
    // zde x ještě není deklarováno
    int x;
    {
        int y;
        … // zde můžeme použít jak x tak y
    } // zde končí rozsah platnosti y
    … // zde již y není lze použít
} // zde končí rozsah platnosti x
    U proměnných je tak syntakticky zaručeno, že jsou svázány s živým objektem – kdykoliv můžeme jméno proměnné použít, objekt, který tato proměnná pojmenovává, existuje.

    2.0.3 Výrazy

    Na úrovni jazyka C je základní jednotkou výpočtu výraz – podobně jako v jazyce Python můžeme výrazy tvořit induktivně. Jsou-li:
    existují také výrazy tvaru:5
    1. lit (konstanta) je výraz,
    2. var (jméno proměnné) je výraz,
    3. použití aritmetického operátoru (binární v infixovém zápisu, unární v prefixovém):
      • e₁ + e₂, e₁ - e₂,
      • e₁ * e₂, e₁ / e₂, e₁ % e₂ (modulo)
      • unární mínus -e₁,
    4. relační operátory:
      • e₁ == e₂ (rovnost), e₁ != e₂ (nerovnost)
      • e₁ <= e₂, e₁ >= e₂, e₁ < e₂, e₁ > e₂
    5. bitové logické operace a posuvy:
      • binární e₁ & e₂ (and), e₁ | e₂ (or), e₁ ^ e₂ (xor),
      • unární ~e₁ – bitová negace,
      • bitové posuvy zapisujeme e₁ >> e₂, e₁ << e₂,
    6. operátory přiřazení (pozor na změnu oproti jazyku Python – v jazyce C je přiřazení výraz, nikoliv příkaz):
      • jednoduché var = e₁,
      • složené var += e₁, var -= e₁,
      • dále var *= e₁, var /= e₁, var %= e₁,
      • s bitovým posuvem var <<= e₁, var >>= e₂,
      • s bitovou operací var &= e₁, var ^= e₁, var |= e₁,
    7. operátory zvýšení a snížení proměnné o jedničku:
      • prefixové ++var, --var,
      • postfixové var++, var--,
    8. operátor čárka, e₁, e₂,
    9. booleovské logické operace:
      • binární e₁ && e₂ (and), e₁ || e₂ (or),
      • unární !e₁,
      • ternární e₁ ? e₂ : e₃,
    5
    S dalšími operátory se setkáme v pozdějších kapitolách.

    2.0.4 Vyhodnocení výrazu
    Nyní víme, jak výrazy vypadají (jakou mají syntaxi), můžeme tedy přistoupit k otázce, co takové výrazy znamenají (jakou mají sémantiku). Všechny zde uvedené výrazy6 popisují nějakou hodnotu a výraz samotný je návodem, jak tuto hodnotu získat.
    Vyhodnocení výrazu (provedení výpočtu tímto výrazem popsaného) budeme samozřejmě realizovat pomocí již zavedeného výpočetního stroje tiny. Abychom mohli výpočet skutečně provést, musíme určit registr, do kterého má být výsledek zapsán – budeme mluvit o vyhodnocení výrazu E do registru R.7
    1. Výraz lit se vyhodnotí přímo na číselnou hodnotu zapsanou ve zdrojovém kódu. Například vyhodnocení výrazu 7 do registru rv se realizuje instrukcí put 7 → rv.
    2. Výraz var se vyhodnotí na hodnotu, která je v momentě vyhodnocení tohoto výrazu uložena v objektu svázaném s proměnnou var. Prozatím uvažujeme pouze situace, kdy je objekt svázaný s var uložen přímo v registru. Je-li např. var uloženo v l1, vyhodnocení výrazu var do registru rv realizujeme instrukcí copy l1 → rv.
    3. Uvažme nyní výraz tvaru e₁ + e₂. Víme, že e₁ a e₂ popisují nějaké hodnoty. Abychom mohli vyčíslit hodnotu e₁ + e₂, budeme nejprve potřebovat tyto hodnoty. Na to použijeme dočasné registry – vyhodnocení e₁ + e₂ do rv bude vypadat takto:
      1. vyhodnoť e₁ do registru t₁,
      2. vyhodnoť e₂ do registru t₂,
      3. proveď add t₁, t₂ → rv.
      Musíme samozřejmě zabezpečit, že výpočet e₂ nepřepíše registr t₁ – jak přesně se toho dosáhne budeme zkoumat později.8 Analogicky se vypočtou ostatní aritmetické, bitové, atd. operátory (k hodnotám s/bez znaménka a operacím dělení se ještě vrátíme).
    4. Výrazy tvaru var = e₁ mají krom hodnoty také vedlejší efekt – zápis do objektu svázaného s proměnnou var. Jejich realizace vypadá takto – vyhodnocujeme do registru rv, objekt svázaný s var nechť žije v l1:
      1. vyhodnoť e₁ do registru rv
      2. proveď copy rv → l1.
      Všimněte si, že hodnota e₁ je zároveň hodnotou celého výrazu, a zůstává uložená v registru rv, jak bylo požadováno.
    5. Složené přiřazení var += e₁ je analogické, pouze je operaci copy předřazena příslušná aritmetická nebo logická operace:9
      1. vyhodnoť e₁ do registru t₁
      2. proveď add t1, l1 → rv,
      3. proveď copy rv → l1.
      Výrazy zvýšení a snížení o jedničku jsou analogické, liší se pouze ve výsledné hodnotě. Prefixové verze, ++var, --var jsou pouze syntaktické zkratky pro var += 1 resp. var -= 1, ale postfixové se liší – vyhodnocení var++ do rv proběhne takto (var je svázáno s l1):
      1. proveď copy l1 → rv,
      2. proveď add l1, 1 → l1.
      Hodnota výrazu var++ je tedy původní hodnota var, předtím, než bylo provedeno zvýšení proměnné o jedničku.
    6. Výraz e₁, e₂ představuje „zapomenutí hodnoty“ výrazu e₁ – výraz e₁ je proveden pouze pro svoje vedlejší efekty (např. výše uvedené přiřazení). Vyhodnocení e₁, e₂ do registru rv lze realizovat např. takto:
      1. vyhodnoť e₁ do rv,
      2. vyhodnoť e₂ do rv.
    7. Zbývá zatím nejsložitější typ výrazů, a to jsou booleovské logické operace. XXX
    Uvažme nyní několik konkrétních příkladů:
    1. var + 1 se vypočte XXX
    6
    Toto tvrzení v jazyce C neplatí obecně pro všechny výrazy – existují i takové, které hodnotu nemají.
    7
    Tato konstrukce skutečně tvoří základ překladu výrazů v překladači jazyka C. Rozdílem je, že překladač pracuje s dočasnými registry mnohem hospodárněji, než naivní překlad zde popsaný – tím šetří nejen volné registry, ale i instrukce, které by hodnoty mezi registry zbytečně přesouvaly. Toto platí i pro velmi jednoduché překladače (např. také tinycc).
    8
    Prozatím si vystačíme s představou, že při překladu udržujeme množinu volných dočasných registrů (takových, které jsme zatím nepoužili, nebo kterých hodnotu už jsme upotřebili, a nebudeme ji v dalším výpočtu potřebovat). Je asi jasné, že ať začneme s jakkoliv velkou konečnou množinou dočasných registrů, při výpočtu dostatečně složitého výrazu nám musí dojít – jak se s tímto problémem vypořádat si ukážeme v příští kapitole.
    9
    Pro výrazy tvarů, které jsme zatím zavedli, je var += e₁ ekvivalentní výrazu var = var + e₁. V obecném případě, kdy je na levé straně složeného přiřazení složitější výraz (a nikoliv pouze název proměnné), to už ale neplatí!

    2.0.5 Příkazy