学习 C 语言编程基础

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1972 年，Dennis Ritchie 在贝尔实验室工作，几年前，他和他的团队成员在那里发明了 Unix。在创建了一个持久的操作系统（至今仍在使用）之后，他需要一种好的方法来为这些 Unix 计算机编程，以便它们能够执行新的任务。现在看来很奇怪，但在当时，编程语言相对较少；Fortran、Lisp、Algol 和 B 很流行，但对于贝尔实验室的研究人员想要做的事情来说是不够的。Dennis Ritchie 展示了程序员的主要特征，他创建了自己的解决方案。他称之为 C 语言，近 50 年后，它仍然被广泛使用。

为什么要学习 C 语言

如今，许多语言提供的程序员功能比 C 语言更多。最明显的一种是 C++，这是一种相当直白的命名语言，它建立在 C 语言之上，创建了一种很好的面向对象的语言。不过，还有许多其他语言，它们的存在是有充分理由的。计算机擅长一致的重复，因此任何可预测到可以内置到语言中的东西都意味着程序员的工作量减少。当一行 C++ 代码（long x = long(n);）可以完成相同的工作时，为什么要花费两行 C 代码将 int 强制转换为 long 呢？

然而，C 语言在今天仍然有用。

首先，C 语言是一种相当简洁明了的语言。除了编程基础知识之外，没有非常高级的概念，这主要是因为 C 语言实际上是现代编程语言的基础之一。例如，C 语言具有数组，但不提供字典（除非您自己编写）。当您学习 C 语言时，您将学习编程的构建块，这可以帮助您识别最近语言的改进和精巧设计。

由于 C 语言是一种简洁的语言，您的应用程序可能会获得性能提升，这是许多其他语言无法实现的。当您考虑代码执行速度时，很容易陷入追逐底线的竞赛中，因此重要的是要问问您是否需要为特定任务提供更快的速度。而且，与 Python 或 Java 相比，使用 C 语言，您在每行代码中需要关注的内容更少。C 语言速度很快。Linux 内核是用 C 语言编写的，这是有充分理由的。

最后，C 语言很容易上手，尤其是当您运行 Linux 时。您已经可以运行 C 代码，因为 Linux 系统包含 GNU C 库 (glibc)。要编写和构建它，您只需安装编译器，打开文本编辑器并开始编码即可。

C 语言入门

如果您运行的是 Linux，则可以使用软件包管理器安装 C 编译器。在 Fedora 或 RHEL 上

$ sudo dnf install gcc

在 Debian 和类似的系统上

$ sudo apt install build-essential

在 macOS 上，您可以安装 Homebrew 并使用它来安装 GCC

$ brew install gcc

在 Windows 上，您可以使用 MinGW 安装包含 GCC 在内的最少 GNU 实用程序集。

验证您是否已在 Linux 或 macOS 上安装了 GCC

$ gcc --version
gcc (GCC) x.y.z
Copyright (C) 20XX Free Software Foundation, Inc.

在 Windows 上，提供 EXE 文件的完整路径

PS> C:\MinGW\bin\gcc.exe --version
gcc.exe (MinGW.org GCC Build-2) x.y.z
Copyright (C) 20XX Free Software Foundation, Inc.

C 语言语法

C 语言不是脚本语言。它是编译型语言，这意味着它由 C 编译器处理以生成二进制可执行文件。这与 Bash 等脚本语言或 Python 等混合语言不同。

在 C 语言中，您创建函数来执行您期望的任务。默认情况下执行名为 main 的函数。

这是一个用 C 语言编写的简单“hello world”程序

#include <stdio.h>

int main() {
  printf("Hello world");
  return 0;
}

第一行包含一个头文件，本质上是免费且非常低级的 C 代码，您可以在自己的程序中重用它，称为 stdio.h（标准输入和输出）。创建一个名为 main 的函数，并使用基本的打印语句填充它。将此文本保存到名为 hello.c 的文件中，然后使用 GCC 编译它

$ gcc hello.c --output hello

尝试运行您的 C 程序

$ ./hello
Hello world$

返回值

Unix 哲学的一部分是，函数在执行后“返回”一些东西给您：成功时不返回任何东西，失败时返回其他东西（例如，错误消息）。这些返回代码通常用数字（整数，准确地说）表示：0 表示没有错误，任何大于 0 的数字表示某种非成功状态。

Unix 和 Linux 被设计为期望成功时保持沉默是有充分理由的。这样，您就可以始终通过假设在执行一系列命令时不会遇到任何错误或警告来计划成功。同样，C 语言中的函数在设计上也不期望出现错误。

您可以通过一个小小的修改来亲眼看看这一点，使您的程序看起来失败了

include <stdio.h>

int main() {
  printf("Hello world");
  return 1;
}

编译它

$ gcc hello.c --output failer

现在使用内置的 Linux 成功测试运行它。&& 运算符仅在成功时执行命令的后半部分。例如

$ echo "success" && echo "it worked"
success
it worked

|| 测试在失败时执行命令的后半部分。

$ ls blah || echo "it did not work"
ls: cannot access 'blah': No such file or directory
it did not work

现在尝试您的程序，该程序在成功时不返回 0；而是返回 1

$ ./failer && echo "it worked"
String is: hello

程序执行成功，但未触发第二个命令。

变量和类型

在某些语言中，您可以创建变量而不指定它们包含的数据类型。这些语言的设计使得解释器对变量运行一些测试，以尝试发现它包含的数据类型。例如，当您创建一个将 var 添加到显然是整数的表达式时，Python 知道 var=1 定义了一个整数。当您连接 hello 和 world 时，它类似地知道单词 world 是一个字符串。

C 语言不会为您进行任何这些调查；您必须定义变量类型。有几种类型的变量，包括整数 (int)、字符 (char)、浮点数和布尔值。

您可能还会注意到没有字符串类型。与 Python、Java 和 Lua 以及许多其他语言不同，C 语言没有字符串类型，而是将字符串视为字符数组。

这是一些简单的代码，用于建立 char 数组变量，然后使用 printf 以及简短的消息将其打印到屏幕上

#include <stdio.h>

int main() {
   char var[6] = "hello";
   printf("Your string is: %s\r\n",var);

您可能会注意到，此代码示例为五个字母的单词允许六个字符。这是因为字符串末尾有一个隐藏的终止符，它占用数组中的一个字节。您可以通过编译和执行代码来运行代码

$ gcc hello.c --output hello
$ ./hello
hello

函数

与其他语言一样，C 函数接受可选参数。您可以通过定义函数要接受的数据类型，将参数从一个函数传递到另一个函数

#include <stdio.h>

int printmsg(char a[]) {
   printf("String is: %s\r\n",a);
}

int main() {
   char a[6] = "hello";
   printmsg(a);
   return 0;
}

此代码示例将一个函数分解为两个函数的方式不是很有用，但它演示了 main 默认运行以及如何在函数之间传递数据。

条件语句

在实际编程中，您通常希望您的代码根据数据做出决策。这是通过条件语句完成的，if 语句是最基本的语句之一。

为了使此示例程序更具动态性，您可以包含 string.h 头文件，该文件包含用于检查（顾名思义）字符串的代码。尝试使用 string.h 文件中的 strlen 函数测试传递给 printmsg 函数的字符串是否大于 0

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int printmsg(char a[]) {
  size_t len = strlen(a);
  if ( len > 0) {
    printf("String is: %s\r\n",a);
  }
}

int main() {
   char a[6] = "hello";
   printmsg(a);
   return 1;
}

如此示例中实现的那样，示例条件永远不会为假，因为提供的字符串始终为“hello”，其长度始终大于 0。此 echo 命令的简陋重新实现的最后一步是接受来自用户的输入。

命令行参数

stdio.h 文件包含每次启动程序时提供两个参数的代码：命令中包含的项目计数 (argc) 和包含每个项目的数组 (argv)。例如，假设您发出以下假想命令

$ foo -i bar

argc 为 3，argv 的内容为

argv[0] = foo
argv[1] = -i
argv[2] = bar

您可以修改示例 C 程序以接受 argv[2] 作为字符串，而不是默认为 hello 吗？

命令式编程

C 语言是一种命令式编程语言。它不是面向对象的，也没有类结构。使用 C 语言可以教您很多关于如何处理数据以及如何更好地管理代码运行时生成的数据的知识。充分使用 C 语言，您最终将能够编写 Python 和 Lua 等其他语言可以使用的库。

要了解有关 C 语言的更多信息，您需要使用它。在 /usr/include/ 中查找有用的 C 头文件，并查看您可以执行哪些小任务来使 C 语言对您有用。在学习过程中，请使用 FreeDOS 的 Jim Hall 提供的 C 语言速查表。它在一张双面纸上包含了所有基础知识，因此您可以在练习时立即访问 C 语言语法的全部要点。