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  • C 语言编程 — 基本语法

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    程序编译流程与 GCC 编译器

    C 语言

    C 语言是一种通用的、面向过程的高级编程语言。UNIX 操作系统,C 编译器,和几乎所有的 UNIX 应用程序都是用 C 语言编写的。

    C 语言最早的原型是 ALGOL 60。

    • 1963 年,剑桥大学将其发展成为 CPL(Combined Programing Language)。
    • 1967 年,剑桥大学的 Matin Richards 对 CPL 语言进行了简化,产生了 BCPL 语言。
    • 1970 年,美国 AT&T 贝尔实验室(Bell Labs)的 Ken Thompson 将 BCPL 进行了修改,并取名叫做 B 语言,意思是提取 CPL 的精华(Boiling CPL down to its basic good features)。并用 B 语言写了第一个 UNIX 系统。
    • 1973 年,贝尔实验室的 Dennis Ritchie(D.M.RITCHIE)在 BCPL 和 B 语言的基础上设计出了一种新的语言,取 BCPL 中的第二个字母为名,这就是大名鼎鼎的 C 语言。
    • 随后不久,UNIX 的内核(Kernel)和应用程序全部用 C 语言改写,从此,C 语言成为 UNIX 环境下使用最广泛的主流编程语言。

    C 语言的版本

    在这里插入图片描述

    • K&R C:1978 年,Dennis Ritchie(丹尼斯·里奇,C 语言之父,UNIX 之父)和 Brian Kernighan(布莱恩·科尔尼干)合作推出了《The C Programming Language,C 程序设计语言》的第一版(按照惯例,经典著作一定有简称,该著作简称为 K&R),书末的参考指南(Reference Manual)一节给出了当时 C 语言的完整定义,成为那时 C 语言事实上的标准,人们称之为 K&R C。从这一年以后,C 语言被移植到了各种机型上,并受到了广泛的支持,使 C 语言在当时的软件开发中几乎一统天下。

    • C89(ANSI C):随着 C 语言在多个领域的推广、应用,一些新的特性不断被各种编译器实现并添加进来。于是,建立一个新的 “无歧义的、与具体平台无关的 C 语言定义” 成为越来越重要的事情。1983 年,ASC X3(ANSI 属下专门负责信息技术标准化的机构,现已改名为 INCITS。ANSI,全称 American National Standard Institute,美国国家标准协会)成立了一个专门的技术委员会 J11(J11 是委员会编号,全称是 X3J11),负责起草关于 C 语言的标准草案。1989 年,草案被 ANSI 正式通过成为美国国家标准,被称为 C89 标准。

    • C90(ISO C):随后,《The C Programming Language》第二版开始出版发行,书中内容根据 ANSI C(C89)进行了更新。1990 年,在 ISO/IEC JTC1/SC22/WG14(ISO/IEC 联合技术第 I 委员会第 22 分委员会第 14 工作组)的努力下,ISO 批准了 ANSI C 成为国际标准。于是 ISO C(又称为 C90)诞生了。除了标准文档在印刷编排上的某些细节不同外,ISO C(C90)和 ANSI C(C89)在技术上完全一样。

    • C95:之后,ISO 在 1994、1996 年 分别出版了 C90 的技术勘误文档,更正了一些印刷错误,并在1995 年通过了一份 C90 的技术补充,对 C90 进行了微小的扩充,经过扩充后的 ISO C 被称为 C95。

    • C99:1999 年,ANSI 和 ISO 又通过了最新版本的 C 语言标准和技术勘误文档,该标准被称为 C99。GCC 中指定此版本时所用参数有两种写法:

      • -std=c99
      • -std=iso9899:1999
    • C11:2011 年发布了当前最新的 C 语言标准为 C11,指 ISO 标准 ISO/IEC 9899:2011。此 C11 标准未完成之前的草案,被叫做 C1X。GCC 中指定此版本时所用参数有两种写法:

      • -std=c11
      • -std=iso9899:2011

    ISO 的 C 语言标准,定义了对于 C 语言的两种实现:

    1. 支持 C 语言的所有库函数。
    2. 支持 C 语言的基本库函数(+ 各自版本对应的实现)。
    • 基本库函数包括:<float.h>,<limits.h>,<stdarg.h>,<stddef.h>
    • AMD1 对应的是:<iso646.h>
    • C99 对应的是:<stdbool.h>,<stdint.h>
    • C11 对应的是:<stdalign.h>,<stdnoreturn.h>

    在这里插入图片描述

    C 语言的特点

    • C 是一门中级语言。它把高级语言的数据结构、语句等特性与低级语言(汇编语言)的实用性结合起来。C 语言可以像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作,而这三者是计算机最基本的工作单元。

    • C 是一门结构式语言。结构式语言的显著特点是代码及数据的分割化,即程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此独立。这种结构化方式可使程序层次清晰,便于使用、维护以及调试。C 语言是以函数形式提供给用户的,这些函数可方便的调用,并具有多种循环、条件语句控制程序流向,从而使程序完全结构化。

    • C 语言功能齐全。具有各种各样的数据类型,并引入了指针概念,可使程序效率更高。

    • C 语言具有绘图能力强,可移植性,并具备很强的数据处理能力,因此适于编写系统软件、三维、二维图形和动画,支持多种显示器和驱动器;

    C 语言的优点

    • 既有高级语言的结构和编程环境,又有类似于低级语言(汇编语言)的系统资源操纵能力。目标代码的执行效率只比汇编低 10~20% ,比其他高级语言高,适合解决有实时要求的问题;

    • 有丰富的运算符、数据类型和表达式,对程序设计有良好的适应性;

    • 支持以函数为基础结构化程序设计、多文件构成及文件独立编译,适合大型复杂程序设计;

    • 语言简洁、紧凑,使用方便、灵活,书写形式自由;

    • 代码及可执行程序的可移植性好。

    C 语言的缺点

    • C 语言它的最大的缺点就是,如果你的项目很复杂,大量的开发人员互相之间需要更新大段代码时,C 语言可能会使事情变得异常麻烦。因为 C 是在面向对象方法流行之前开发的,这大大降低了 C 语言复杂设计的可能性。但这不代表 C 语言做不了大项目,世界上有太多的经典都是用 C 语言完成的,只是说这里面的复杂度会更高。

    • 输入输出相对很多语言都较为复杂。对于字符串的处理,只能通过字符数组实现。绘图操作较为复杂;

    • C 语言的缺点主要表现在数据的封装性上,这一点使得 C 在数据的安全性上有很大缺陷,这也是 C 和 C++ 的一大区别;

    • C 语言的语法限制不太严格,对变量的类型约束不严格(弱类型语言),影响程序的安全性,对数组下标越界不作检查等。从应用的角度,C语言比其他高级语言较难掌握;

    • 指针是 C 语言的一大特色,可以说是 C 语言优于其它高级语言的一个重要原因。就是因为它有指针,可以直接进行靠近硬件的操作,但是 C 的指针操作也给它带来了很多不安全的因素。C++ 在这方面做了很好的改进,在保留了指针操作的同时又增强了安全性。Java 取消了指针操作,提高了安全性;

    • 类型检查机制相对较弱、缺少支持代码重用的语言结构。

    搭建编程环境

    • 操作系统:CentOS7
    • 编辑器:VIM
    • 编译器:GCC

    安装 GCC

    yum install gcc vim -y
    

    查看 GCC 版本

    $ gcc --version
    gcc (GCC) 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-39)
    Copyright © 2015 Free Software Foundation, Inc.
    本程序是自由软件;请参看源代码的版权声明。本软件没有任何担保;
    包括没有适销性和某一专用目的下的适用性担保。
    

    编程

    #include <stdio.h>
    
    void main(){
        printf("Hello World");
    }
    

    编译

    gcc hello.c -o hello.exe
    

    NOTE:因为 Linux 下可执行文件的后缀仅仅是一种形式,所以可执行文件也可以不带后缀。

    运行

    ./hello.exe
    

    基本语法

    C 程序的文件类型

    • .h:头文件,用于声明宏、变量、函数,定义类等
    • .c:C 程序源码文件
    • .cpp:C++ 程序源码文件

    C 语言程序是由函数定义类型定义组成的。因此一个源文件就是一系列的函数和类型。每个函数都可以调用其他函数或调用自身(递归),可以使用任何已经声明的或内建(C 标准库)的数据类型。C 语言代码是从前往后依次执行的,所以你可以后定义,但必须先声明。你还可以调用其他库提供的函数,使用库中提供的数据类型,这也是 C 中多层级系统的复杂性不断增长的根源。

    C 程序主要包括以下部分

    • Tokens(令牌):C 程序由各种令牌组成,令牌可以是关键字、标识符、常量、字符串值,或者是一个符号。
    printf("Hello, World! 
    ");
    

    这五个令牌分别是:

    printf
    (
    "Hello, World! 
    "
    )
    ;
    
    • 预处理器指令:由于预处理器执行的指令
    • 注释:使用 ///* ... */ 作为单行或多行注释。
    • 函数:完成特定任务的与语句、表达式的集合。
    • 语句、表达式:一行代码。表达式(Expression)总有值,而语句(Statement)不总有。
    • 标识符:自定义的变量、函数的命名标识,一个标识符以字母 A-Z 或 a-z 或下划线 _ 开始,后跟若干个字母、下划线和数字(0-9)。大小写敏感,使用驼峰风格。
    • 关键字:C 中的保留字,这些保留字不能作为标识符。
    • 换行符:使用 ; 作为程序换行符(语句结束符),表明一个逻辑实体的结束。
    • 空格:只包含空格的行,被称为空白行,可能带有注释,C 编译器会完全忽略它。
    #include <stdio.h>
     
    int main()
    {
       /* 我的第一个 C 程序 */
       printf("Hello, World! 
    ");
       
       return 0;
    }
    
    1. 程序的第一行 #include <stdio.h> 是预处理器指令,告诉 C 编译器在预处理过程中要包含 stdio.h 文件。
    2. 下一行 int main() 是主函数,程序从这里开始执行。
    3. 下一行 /*...*/ 是注释内容,在预处理过程会被忽略。
    4. 下一行 printf(...) 是 C 中的标准函数,会在屏幕上显示消息 “Hello, World!”。
    5. 下一行 return 0 终止 main() 函数,并返回值 0。
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