【入門】C言語とは？基礎知識や特徴、できることを解説

C言語とは？

C言語とは、処理速度や移植性に優れ、ハードウェア制御からシステム開発まで、幅広い分野で利用されているプログラミング言語です。現在使われているメジャーなプログラミング言語のなかでも歴史が長く、C++やPHP、Pythonをはじめとする、数多くの言語がC言語をベースに作られています。C言語に関する知識・スキルが身についていれば比較的スムーズにほかの言語も習得できます。そういった背景もあり、基礎知識から応用力まで習得できるC言語をプログラミング言語学習の基礎固めに選択する人も少なくありません。

コンパイル言語とインタプリタ言語

C言語はコンパイル言語で実行速度が速い

コンピュータでさまざまな処理を行うため、コンピュータがわかるよう指示するためにプログラミング言語を用います。プログラミング言語には、コンピュータが理解できるのは0と1だけで構成される「機械語」と、人間が理解できるよう英単語や記号で構成される「高級言語」があります。一般的なプログラミング言語は高級言語ですが、高級言語のままではコンピュータが理解できないので機械語に変換する必要があります。その変換方式には、「コンパイラ」と「インタプリタ」の2種類があります。「コンパイラ」は高級言語で記述されたプログラム（ソースコード）を、すべて機械語に変換してからプログラムを実行する方式です。一方で、「インタプリタ」は、ソースコードを都度変換しながら実行する方式です。コンパイラは、コンパイル作業に時間はかかりますが、すべてのソースコードが変換されてから実行されるため実行速度が速いという特徴があります。インタプリタは、コンパイル作業は不要ですが変換しながら実行するので実行速度はコンパイラに劣ります。 しかし、昨今の技術が進んだことで両者の実行速度の差はほとんどなくなってきているようです。

C言語が誕生した背景と歴史

1972年に米AT&Tベル研究所のデニス・リッチー氏とブライアン・カーニハン氏をはじめとするプロジェクトチームによって開発されました。彼らは当時、後にUNIXと呼ばれるOSを開発し、UNIXの移植性を高めるためにC言語を開発しました。そのため、UNIXの大部分はC言語で記述されています。PCの普及に伴い、その使い易さから人気に火が付き、現在では標準的なプログラミング言語となりました。

C言語の人気

TIOBE Softwareが発表した「TIOBE Index」による2023年10月時点での人気プログラミング言語のランキングとその推移は以下の結果になりました。この指標は、世界中のエンジニア人口やコース、サードパーティベンダーの数に基づき、GoogleやBing、Yahoo!、Wikipedia、Amazon などの主要な検索エンジンの検索結果を分析して作られているため、非常に信頼性が高いものです。

2023年10月TIOBEプログラミング言語ランキング

上位10言語の人気推移

GUI環境やオブジェクト指向が普及したことで、C++やJava、各種スクリプト言語の人気も上がっていますが、上記のとおり、数あるプログラミング言語のなかでも、C言語は不動の人気があることがわかります。

ほかの言語との違い

C言語とC++の違い

C++は、1983年にC言語をベースとして、オブジェクト指向のほか、開発効率を上げるための機能を多く追加して開発されたプログラミング言語で、C言語とも互換性があります。オブジェクト指向を取り入れたことで、コードの可読性が上がり、メンテナンスがしやすくなるので大規模開発に利用されることが多いです。業務システムやゲーム開発で利用されます。両者の大きな違いは、ソースコードの記述方法です。C言語がコンピュータへの命令（手続き）を実行順で記述する「手続き型言語」であるのに対し、C++が「オブジェクト指向言語」であることです。

C言語とC#の違い

C#は、Microsoft社の開発した、JavaやC++をベースに作られたプログラミング言語で、主にゲーム開発やアプリ開発に利用されることが多く、ゲーム開発では特にUnityが有名で導入している企業も多いです。名前は似ていますが、C言語とは別物です。C#もオブジェクト指向を採用しており、C言語とは直接の互換性はありません。

C言語の特徴

ほかの言語のベースになっている

C言語にオブジェクト指向の要素を追加したC++やJava、Objective-Cなど、C言語の影響を受ける言語は非常に多いです。ほかにも、JavaScript、PHPなどのスクリプト言語もC言語から影響を受けています。C言語を習得することでこれらの言語の習得ハードルも下がります。

学習しやすい

人気から見てわかるとおり、世界中のエンジニアがC言語を使用しています。その人口の多さから、インターネット上にも多くの情報が掲載されていおり、書籍も多いので学習しやすいです。

クロスプラットフォーム対応

C言語は、ANSI（米国国家規格協会）という標準規格を採用しており、ANSIに則って記述されたソースコードは幅広いハードウェアやOS上で動作します。そのため、あらゆるOSやプロセッサで実行可能であり、あらゆる動作環境に対応しています。また、UNIXの移植性を高めるために開発されたC言語は、異なるOS間やハードウェア間でのプログラムの移植も容易にできます。プラットフォームに依存しないという言語仕様から、移植性の高いプログラムを書くことができ、特定の環境に依存せずさまざまなプラットフォームで利用できます。

汎用性が高い

C言語はハードウェアを直接処理する分野にも対応するなど、汎用性が高いのが特徴です。そのため、幅広い分野で利用されており、これまで多くの製品やサービスを生み出しました。ソフトウェアやアプリケーションを動作させるOSやリソースが限られる組み込みシステム、ロボット開発、スマホゲーム開発など、あらゆるソフトウェア開発に利用されています。業務用の開発にも使われることが多いので、習得しておくと就職や転職でも有利にはたらきやすいです。

実行速度が速い

C言語はコンパイラ言語であるため、プログラムの実行速度が速いという特徴があります。大量のデータ処理や高いパフォーマンスが求められる場合にも対応できます。

細かいハードウェア制御ができる

C言語は、ハードウェアに直接アクセスしてメモリ管理やハードウェアの制御といった処理がしやすいです。ほかの言語では自動処理がある分、ハードウェアリソースを圧迫しますが、C言語は処理の大半を書く必要があるため、その分プログラムの実行に必要となるハードウェアリソースが少なく済み、機械やマイコンといった、細かなハードウェア制御が求められる開発にも適しています。

C言語の懸念点

オブジェクト指向に対応していない

C言語開発はオブジェクト指向で記述する仕様になっていません。自身で無理やりその書き方にすることもできますが、必要な機能は用意されていません。オブジェクト指向でないことで、作業分担がしやすくなり、メンテナンス性も上がります。オブジェクト単位でソースコードの再利用や拡張を効率良くできるオブジェクト指向言語に比べてC言語の拡張性や再利用性は劣ります。

Webアプリ・スマホアプリの開発にはイマイチ

汎用性が高いC言語ですが、Webアプリやスマホアプリ開発に関しては、より適した言語があるのでC言語はあまり使われません。開発スピードが求められるWebアプリ開発にはPHPやPythonが使われることが多いです。

なぜなら、C言語は厳密なメモリ管理ができますが、その分、メモリの使い方を意識してコーディングすることが求められます。そのため、厳密なメモリ管理が求められないWebアプリやスマホアプリ開発では、非効率だからです。

プログラミングに高い正確性が求められる

C言語でのプログラミングには、高い正確性が求められます。なぜなら、メモリ管理が開発者に求められるからです。C++やJavaといったほかの言語なら「例外処理」という仕組みを利用することで問題にも対応できますが、C言語にはそういった仕組みが標準で備わっていないので開発者のスキルによってプログラムの品質が変わります。それができないと、問題を引き起こす可能性もあります。

大規模なチーム開発だと不便

C言語は、オブジェクト指向の言語ではないため、作業分担やプログラムの再利用がしにくく、大規模開発には適していません。

習得難易度は高め

C言語はほかの言語に比べて習得難易度は高めです。その理由は、C言語が高級言語でありながら、低級言語の性質を持つからです。シンプルな仕様になっているため、ほかの高級言語では自動で処理が実行されるので意識する必要がなくても、C言語ではコーディングで行う必要があり、注意して記述しなくてはなりません。プログラムに不備があると誤動作が起きることもあります。そのため、ポインタ管理やメモリ操作、配列、構造体について理解しておかないと使いこなすのが難しく、多くの人がつまずいてしまう箇所です。実務レベルで使いこなすにはC言語ならではの仕様を理解しておく必要があります。このように、ハードウェア制御の要素もあるのでコンピュータの構成要素であるメモリやCPUなどの知識が必要になります。また、開発領域が広い分、ライブラリや開発手法など覚えることも多いです。幅広い知識をつけなければいけないという面もあり、習得難易度も高くなります。

C言語でできること

C言語で開発できるものを紹介します。これらの開発をしたい場合はC言語の利用もおすすめです。

基幹システム開発

処理速度が速いC言語は、処理が集中することの多い基幹システムの開発にも適しています。基幹システムは、障害による影響や損害が極めて大きくなるので、障害を発生させないのが重要です。高速処理が可能なC言語であればシステムダウンを避けて安定稼働が実現しやすくなります。また、これまでさまざまなシステムに使われてきた実績があるため、バグが出尽くしていて信頼されているのもC言語が使われる理由の一つです。

OS開発

C言語でOSやドライバといったハードウェア寄りのプログラムを作ることもできます。C言語は、メモリやCPUを意識して記述する必要のあるプログラミング言語です。必須機能であるメモリ管理を実現でき、ハードウェアの細かい制御が不可欠なOS開発にも適しています。OS（＝Operating System）とは、ほかのソフトウェアを作動させるためのソフトウェアで、WindowsやmacOS、Linux、AndroidやiOSなどもその一つです。処理速度が速く、安定した稼働を実現できるC言語はそういったシステムの中核を担う根幹部分の開発に適しており、OS開発に利用されることが多いです。UNIXやLinuxカーネルもC言語で開発されています。

組み込みソフトウェア開発

組み込みソフトとは、家電製品や産業機械などのハードウェアデバイスの機能を制御・管理するためにハードウェア内部に組み込まれたコンピュータのことです。たとえば、エアコンの「自動モード」は、内蔵された温度センサが室温を感知し、最適な室温に調節します。こういった組込みソフトはほかにもあらゆる機器に利用されています。

組み込みソフトは、ハードウェアのスペース面の制約が大きく、省電力で持続的にリアルタイムで動作させる必要があります。細かいハードウェアの制御ができ処理速度も速いC言語が適しており、リソースが限られる組み込みシステム、特に最近はIoT製品やロボットの開発にも利用されています。

ソフトウェア・アプリケーション開発

C言語は、さまざまなソフトウェアやアプリケーションの開発にも利用されています。特に、処理速度が速いため、膨大なデータをすばやく処理することが求められる大規模開発にも活用されています。ただ、C言語だけではリッチなUIは作れないので別のプログラミング言語と組み合せて使われます。

ゲーム開発

省リソースで処理速度が求められるゲーム開発にも、C言語はよく使用されています。高度な演出やグラフィックが求められる昨今では、オブジェクト指向を追加したC++やC#の利用が主流になっています。加えて、ゲームエンジンの代表格であるUnityやUnreal Engineで使用できるのもC++やC#の人気を押し上げています。

機械学習ライブラリ

C言語は、AI分野でも使用されており、機械学習系のライブラリの開発にも適しています。機械学習や人工知能の開発というとPythonのイメージが強いと思いますが、Pythonは呼び出しの用途であり、実際に中で処理を行っているのはC言語やC++で作られたライブラリです。ハードウェアのリソースを抑えられ、高速処理が可能なC言語が適しています。

C言語学習に向いた資格

C言語プログラミング能力認定試験

C言語プログラミング能力認定試験は、サーティファイ情報処理能力認定委員会の実施する民間資格です。1級から3級まであり、C言語の習得を目指す人から現場で働く技術者向けのものまで、幅広い層に対応しています。2級・3級は多肢選択式の問題をコンピュータで受験する形式になっていて、1級はプログラミングの実技試験があります。

基本情報技術者試験

基本情報技術者試験とは、IPA (情報処理推進機構) が実施する国家試験「情報処理技術者試験」の一つで、ITエンジニアの登竜門とも呼ばれており、年間 10 万人以上が受験する人気のある資格です。試験取得に向けた学習を有する証明にもなるので、ITエンジニアを目指す人にはその第一歩としておすすめです。

応用情報技術者試験

応用情報技術者試験(AP)とはIPAが実施する情報処理技術者試験の一つで、IT関連の応用レベルの知識や技能を認定する国家試験です。年に2回、春期と秋期に実施されます。
基本情報技術者試験の上位に位置付けられており、応用というだけあってITエンジニアとしてスキルアップを目指す人が基本情報技術者の次に受けたり、より高度な情報処理技術者試験の前に受ける場合が多いです。
ITに関する幅広い分野を網羅している試験で、実務経験のあるIT従事者でもその合格率は20％ほどと、難易度は高めに設定されています。

C言語の勉強方法は？

書籍やインターネットで学習する方法があります。昨今では、YouTubeなどの動画サイトやエンジニアのコミュニティサイトなども充実していて多くの情報が手に入ります。
そして、より効率的に知識・スキルを習得するには、知識をつけながら実際に手を動かしてみるなど、インプットとアウトプットを繰り返していくことが重要です。特に独学の場合は、有識者に質問ができたりフィードバックをもらえるような環境があると、理解度が深まるでしょう。

ただ、C言語に限らず、ITスキルを身につける際、どうしても課題にぶつかってしまうことはありますよね。特に独学だと、わからない部分をプロに質問できる機会を確保しにくく、モチベーションが続きにくいという側面があります。独学でモチベーションを維持する自信がない人にはプログラミングスクールという手もあります。費用は掛かりますが、その分スキルを身につけやすいです。しっかりと知識・スキルを習得して実践に活かしたいという人はプログラミングスクールがおすすめです。

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