前言

C 語(yǔ)言是一門抽象的、面向過(guò)程的語(yǔ)言，C 語(yǔ)言廣泛應(yīng)用于底層開發(fā)，C 語(yǔ)言在計(jì)算機(jī)體系中占據(jù)著不可替代的作用，可以說(shuō) C 語(yǔ)言是編程的基礎(chǔ)，也就是說(shuō)，不管你學(xué)習(xí)任何語(yǔ)言，都應(yīng)該把 C 語(yǔ)言放在首先要學(xué)的位置上。下面這張圖更好的說(shuō)明 C 語(yǔ)言的重要性

可以看到，C 語(yǔ)言是一種底層語(yǔ)言，是一種系統(tǒng)層級(jí)的語(yǔ)言，操作系統(tǒng)就是使用 C 語(yǔ)言來(lái)編寫的，比如 Windows、Linux、UNIX 。如果說(shuō)其他語(yǔ)言是光鮮亮麗的外表，那么 C 語(yǔ)言就是靈魂，永遠(yuǎn)那么樸實(shí)無(wú)華。

C 語(yǔ)言特性

那么，既然 C 語(yǔ)言這么重要，它有什么值得我們?nèi)W(xué)的地方呢？我們不應(yīng)該只因?yàn)樗匾W(xué)，我們更在意的是學(xué)完我們能學(xué)會(huì)什么，能讓我們獲得什么。

C 語(yǔ)言的設(shè)計(jì)

C 語(yǔ)言是 1972 年，由貝爾實(shí)驗(yàn)室的丹尼斯·里奇(Dennis Ritch)和肯·湯普遜(Ken Thompson)在開發(fā) UNIX 操作系統(tǒng)時(shí)設(shè)計(jì)了C語(yǔ)言。C 語(yǔ)言是一門流行的語(yǔ)言，它把計(jì)算機(jī)科學(xué)理論和工程實(shí)踐理論完美的融合在一起，使用戶能夠完成模塊化的編程和設(shè)計(jì)。

計(jì)算機(jī)科學(xué)理論：簡(jiǎn)稱 CS、是系統(tǒng)性研究信息與計(jì)算的理論基礎(chǔ)以及它們?cè)谟?jì)算機(jī)系統(tǒng)中如何實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用的實(shí)用技術(shù)的學(xué)科。

C 語(yǔ)言具有高效性

C 語(yǔ)言是一門高效性語(yǔ)言，它被設(shè)計(jì)用來(lái)充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)，因此 C 語(yǔ)言程序運(yùn)行速度很快，C 語(yǔ)言能夠合理了使用內(nèi)存來(lái)獲得最大的運(yùn)行速度

C 語(yǔ)言具有可移植性

C 語(yǔ)言是一門具有可移植性的語(yǔ)言，這就意味著，對(duì)于在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上編寫的 C 語(yǔ)言程序可以在另一臺(tái)計(jì)算機(jī)上輕松地運(yùn)行，從而極大的減少了程序移植的工作量。

C 語(yǔ)言特點(diǎn)

• C 語(yǔ)言是一門簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言，因?yàn)?C 語(yǔ)言設(shè)計(jì)更加靠近底層，因此不需要眾多 Java 、C# 等高級(jí)語(yǔ)言才有的特性，程序的編寫要求不是很嚴(yán)格。
• C 語(yǔ)言具有結(jié)構(gòu)化控制語(yǔ)句，C 語(yǔ)言是一門結(jié)構(gòu)化的語(yǔ)言，它提供的控制語(yǔ)句具有結(jié)構(gòu)化特征，如 for 循環(huán)、if? else 判斷語(yǔ)句和 switch 語(yǔ)句等。
• C 語(yǔ)言具有豐富的數(shù)據(jù)類型，不僅包含有傳統(tǒng)的 字符型、整型、浮點(diǎn)型、數(shù)組類型等數(shù)據(jù)類型，還具有其他編程語(yǔ)言所不具備的數(shù)據(jù)類型，比如指針。
• C 語(yǔ)言能夠直接對(duì)內(nèi)存地址進(jìn)行讀寫，因此可以實(shí)現(xiàn)匯編語(yǔ)言的主要功能，并可直接操作硬件。
• C 語(yǔ)言速度快，生成的目標(biāo)代碼執(zhí)行效率高。

下面讓我們通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的示例來(lái)說(shuō)明一下 C 語(yǔ)言

入門級(jí) C 語(yǔ)言程序

下面我們來(lái)看一個(gè)很簡(jiǎn)單的 C 語(yǔ)言程序，我是 mac 電腦，所以我使用的是 xcode 進(jìn)行開發(fā)，我覺(jué)得工具無(wú)所謂大家用著順手就行。

第一個(gè) C 語(yǔ)言程序

#include <stdio.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
    printf("Hello, World!\n");
    
    printf("My Name is cxuan \n");
    
    return 0;
}

你可能不知道這段代碼是什么意思，不過(guò)別著急，我們先運(yùn)行一下看看結(jié)果。

這段程序輸出了 Hello,World! 和 My Name is cxuan，最后一行是程序的執(zhí)行結(jié)果，表示這段程序是否有錯(cuò)誤。下面我們解釋一下各行代碼的含義。

首先，第一行的 #include <stdio.h>， 這行代碼包含另一個(gè)文件，這一行告訴編譯器把 stdio.h 的內(nèi)容包含在當(dāng)前程序中。stdio.h 是 C 編譯器軟件包的標(biāo)準(zhǔn)部分，它能夠提供鍵盤輸入和顯示器輸出。

什么是 C 標(biāo)準(zhǔn)軟件包？C 是由 Dennis M 在1972年開發(fā)的通用，過(guò)程性，命令式計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言。C標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)是一組 C 語(yǔ)言內(nèi)置函數(shù)，常量和頭文件，例如<stdio.h>，<stdlib.h>，<math.h>等。此庫(kù)將用作 C 程序員的參考手冊(cè)。

我們后面會(huì)介紹 stdio.h ，現(xiàn)在你知道它是什么就好。

在 stdio.h 下面一行代碼就是 main 函數(shù)。

C 程序能夠包含一個(gè)或多個(gè)函數(shù)，函數(shù)是 C 語(yǔ)言的根本，就和方法是 Java 的基本構(gòu)成一樣。main() 表示一個(gè)函數(shù)名，int 表示的是 main 函數(shù)返回一個(gè)整數(shù)。void 表明 main() 不帶任何參數(shù)。這些我們后面也會(huì)詳細(xì)說(shuō)明，只需要記住 int 和 void 是標(biāo)準(zhǔn) ANSI C 定義 main() 的一部分(如果使用 ANSI C 之前的編譯器，請(qǐng)忽略 void)。

然后是 /*一個(gè)簡(jiǎn)單的 C 語(yǔ)言程序*/ 表示的是注釋，注釋使用 /**/ 來(lái)表示，注釋的內(nèi)容在兩個(gè)符號(hào)之間。這些符號(hào)能夠提高程序的可讀性。

注意：注釋只是為了幫助程序員理解代碼的含義，編譯器會(huì)忽略注釋

下面就是 { ，這是左花括號(hào)，它表示的是函數(shù)體的開始，而最后的右花括號(hào) } 表示函數(shù)體的結(jié)束。{ } 中間是書寫代碼的地方，也叫做代碼塊。

int number 表示的是將會(huì)使用一個(gè)名為 number 的變量，而且 number 是 int 整數(shù)類型。

number = 11 表示的是把值 11 賦值給 number 的變量。

printf(Hello,world!\n); 表示調(diào)用一個(gè)函數(shù)，這個(gè)語(yǔ)句使用 printf() 函數(shù)，在屏幕上顯示 Hello,world ， printf() 函數(shù)是 C 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)中的一種，它能夠把程序運(yùn)行的結(jié)果輸出到顯示器上。而代碼 \n 表示的是 換行，也就是另起一行，把光標(biāo)移到下一行。

然后接下來(lái)的一行 printf() 和上面一行是一樣的，我們就不多說(shuō)了。最后一行 printf() 有點(diǎn)意思，你會(huì)發(fā)現(xiàn)有一個(gè) %d 的語(yǔ)法，它的意思表示的是使用整形輸出字符串。

代碼塊的最后一行是 return 0，它可以看成是 main 函數(shù)的結(jié)束，最后一行是代碼塊 } ，它表示的是程序的結(jié)束。

好了，我們現(xiàn)在寫完了第一個(gè) C 語(yǔ)言程序，有沒(méi)有對(duì) C 有了更深的認(rèn)識(shí)呢？肯定沒(méi)有。。。這才哪到哪，繼續(xù)學(xué)習(xí)吧。

現(xiàn)在，我們可以歸納為 C 語(yǔ)言程序的幾個(gè)組成要素，如下圖所示

C 語(yǔ)言執(zhí)行流程

C 語(yǔ)言程序成為高級(jí)語(yǔ)言的原因是它能夠讀取并理解人們的思想。然而，為了能夠在系統(tǒng)中運(yùn)行 hello.c 程序，則各個(gè) C 語(yǔ)句必須由其他程序轉(zhuǎn)換為一系列低級(jí)機(jī)器語(yǔ)言指令。這些指令被打包作為可執(zhí)行對(duì)象程序，存儲(chǔ)在二進(jìn)制磁盤文件中。目標(biāo)程序也稱為可執(zhí)行目標(biāo)文件。

在 UNIX 系統(tǒng)中，從源文件到對(duì)象文件的轉(zhuǎn)換是由編譯器執(zhí)行完成的。

gcc -o hello hello.c

gcc 編譯器驅(qū)動(dòng)從源文件讀取 hello.c ，并把它翻譯成一個(gè)可執(zhí)行文件 hello。這個(gè)翻譯過(guò)程可用如下圖來(lái)表示

這就是一個(gè)完整的 hello world 程序執(zhí)行過(guò)程，會(huì)涉及幾個(gè)核心組件：預(yù)處理器、編譯器、匯編器、連接器，下面我們逐個(gè)擊破。

• 預(yù)處理階段(Preprocessing phase)，預(yù)處理器會(huì)根據(jù)開始的 # 字符，修改源 C 程序。#include <stdio.h> 命令就會(huì)告訴預(yù)處理器去讀系統(tǒng)頭文件 stdio.h 中的內(nèi)容，并把它插入到程序作為文本。然后就得到了另外一個(gè) C 程序hello.i，這個(gè)程序通常是以 .i為結(jié)尾。

• 然后是 編譯階段(Compilation phase)，編譯器會(huì)把文本文件 hello.i 翻譯成文本hello.s，它包括一段匯編語(yǔ)言程序(assembly-language program)。

• 編譯完成之后是匯編階段(Assembly phase)，這一步，匯編器 as會(huì)把 hello.s 翻譯成機(jī)器指令，把這些指令打包成可重定位的二進(jìn)制程序(relocatable object program)放在 hello.c 文件中。它包含的 17 個(gè)字節(jié)是函數(shù) main 的指令編碼，如果我們?cè)谖谋揪庉嬈髦写蜷_ hello.o 將會(huì)看到一堆亂碼。

• 最后一個(gè)是鏈接階段(Linking phase)，我們的 hello 程序會(huì)調(diào)用 printf 函數(shù)，它是 C 編譯器提供的 C 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的一部分。printf 函數(shù)位于一個(gè)叫做 printf.o文件中，它是一個(gè)單獨(dú)的預(yù)編譯好的目標(biāo)文件，而這個(gè)文件必須要和我們的 hello.o 進(jìn)行鏈接，連接器(ld) 會(huì)處理這個(gè)合并操作。結(jié)果是，hello 文件，它是一個(gè)可執(zhí)行的目標(biāo)文件（或稱為可執(zhí)行文件），已準(zhǔn)備好加載到內(nèi)存中并由系統(tǒng)執(zhí)行。

你需要理解編譯系統(tǒng)做了什么

對(duì)于上面這種簡(jiǎn)單的 hello 程序來(lái)說(shuō)，我們可以依賴編譯系統(tǒng)(compilation system)來(lái)提供一個(gè)正確和有效的機(jī)器代碼。然而，對(duì)于我們上面講的程序員來(lái)說(shuō)，編譯器有幾大特征你需要知道

• 優(yōu)化程序性能(Optimizing program performance)，現(xiàn)代編譯器是一種高效的用來(lái)生成良好代碼的工具。對(duì)于程序員來(lái)說(shuō)，你無(wú)需為了編寫高質(zhì)量的代碼而去理解編譯器內(nèi)部做了什么工作。然而，為了編寫出高效的 C 語(yǔ)言程序，我們需要了解一些基本的機(jī)器碼以及編譯器將不同的 C 語(yǔ)句轉(zhuǎn)化為機(jī)器代碼的過(guò)程。
• 理解鏈接時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤(Understanding link-time errors)，在我們的經(jīng)驗(yàn)中，一些非常復(fù)雜的錯(cuò)誤大多是由鏈接階段引起的，特別是當(dāng)你想要構(gòu)建大型軟件項(xiàng)目時(shí)。
• 避免安全漏洞(Avoiding security holes)，近些年來(lái)， 緩沖區(qū)溢出(buffer overflow vulnerabilities)是造成網(wǎng)絡(luò)和 Internet 服務(wù)的罪魁禍?zhǔn)祝晕覀冇斜匾ヒ?guī)避這種問(wèn)題。

系統(tǒng)硬件組成

為了理解 hello 程序在運(yùn)行時(shí)發(fā)生了什么，我們需要首先對(duì)系統(tǒng)的硬件有一個(gè)認(rèn)識(shí)。下面這是一張 Intel 系統(tǒng)產(chǎn)品的模型，我們來(lái)對(duì)其進(jìn)行解釋

• 總線(Buses)：在整個(gè)系統(tǒng)中運(yùn)行的是稱為總線的電氣管道的集合，這些總線在組件之間來(lái)回傳輸字節(jié)信息。通?？偩€被設(shè)計(jì)成傳送定長(zhǎng)的字節(jié)塊，也就是  字(word)。字中的字節(jié)數(shù)（字長(zhǎng)）是一個(gè)基本的系統(tǒng)參數(shù)，各個(gè)系統(tǒng)中都不盡相同?，F(xiàn)在大部分的字都是 4 個(gè)字節(jié)（32 位）或者 8 個(gè)字節(jié)（64 位）。

• I/O 設(shè)備(I/O Devices)：Input/Output 設(shè)備是系統(tǒng)和外部世界的連接。上圖中有四類 I/O 設(shè)備：用于用戶輸入的鍵盤和鼠標(biāo)，用于用戶輸出的顯示器，一個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)用來(lái)長(zhǎng)時(shí)間的保存數(shù)據(jù)和程序。剛開始的時(shí)候，可執(zhí)行程序就保存在磁盤上。

  每個(gè)I/O 設(shè)備連接 I/O 總線都被稱為控制器(controller) 或者是 適配器(Adapter)?？刂破骱瓦m配器之間的主要區(qū)別在于封裝方式?？刂破魇?I/O 設(shè)備本身或者系統(tǒng)的主印制板電路（通常稱作主板）上的芯片組。而適配器則是一塊插在主板插槽上的卡。無(wú)論組織形式如何，它們的最終目的都是彼此交換信息。

• 主存(Main Memory)，主存是一個(gè)臨時(shí)存儲(chǔ)設(shè)備，而不是永久性存儲(chǔ)，磁盤是 永久性存儲(chǔ) 的設(shè)備。主存既保存程序，又保存處理器執(zhí)行流程所處理的數(shù)據(jù)。從物理組成上說(shuō)，主存是由一系列 DRAM(dynamic random access memory) 動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)構(gòu)成的集合。邏輯上說(shuō)，內(nèi)存就是一個(gè)線性的字節(jié)數(shù)組，有它唯一的地址編號(hào)，從 0 開始。一般來(lái)說(shuō)，組成程序的每條機(jī)器指令都由不同數(shù)量的字節(jié)構(gòu)成，C 程序變量相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)項(xiàng)的大小根據(jù)類型進(jìn)行變化。比如，在 Linux 的 x86-64 機(jī)器上，short 類型的數(shù)據(jù)需要 2 個(gè)字節(jié)，int 和 float 需要 4 個(gè)字節(jié)，而 long 和 double 需要 8 個(gè)字節(jié)。

• 處理器(Processor)，CPU(central processing unit)  或者簡(jiǎn)單的處理器，是解釋（并執(zhí)行）存儲(chǔ)在主存儲(chǔ)器中的指令的引擎。處理器的核心大小為一個(gè)字的存儲(chǔ)設(shè)備（或寄存器），稱為程序計(jì)數(shù)器(PC)。在任何時(shí)刻，PC 都指向主存中的某條機(jī)器語(yǔ)言指令（即含有該條指令的地址）。

  從系統(tǒng)通電開始，直到系統(tǒng)斷電，處理器一直在不斷地執(zhí)行程序計(jì)數(shù)器指向的指令，再更新程序計(jì)數(shù)器，使其指向下一條指令。處理器根據(jù)其指令集體系結(jié)構(gòu)定義的指令模型進(jìn)行操作。在這個(gè)模型中，指令按照嚴(yán)格的順序執(zhí)行，執(zhí)行一條指令涉及執(zhí)行一系列的步驟。處理器從程序計(jì)數(shù)器指向的內(nèi)存中讀取指令，解釋指令中的位，執(zhí)行該指令指示的一些簡(jiǎn)單操作，然后更新程序計(jì)數(shù)器以指向下一條指令。指令與指令之間可能連續(xù)，可能不連續(xù)（比如 jmp 指令就不會(huì)順序讀?。?/p>

  下面是 CPU 可能執(zhí)行簡(jiǎn)單操作的幾個(gè)步驟

• 加載(Load)：從主存中拷貝一個(gè)字節(jié)或者一個(gè)字到內(nèi)存中，覆蓋寄存器先前的內(nèi)容

• 存儲(chǔ)(Store)：將寄存器中的字節(jié)或字復(fù)制到主存儲(chǔ)器中的某個(gè)位置，從而覆蓋該位置的先前內(nèi)容

• 操作(Operate)：把兩個(gè)寄存器的內(nèi)容復(fù)制到 ALU(Arithmetic logic unit)。把兩個(gè)字進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，并把結(jié)果存儲(chǔ)在寄存器中，重寫寄存器先前的內(nèi)容。

算術(shù)邏輯單元（ALU）是對(duì)數(shù)字二進(jìn)制數(shù)執(zhí)行算術(shù)和按位運(yùn)算的組合數(shù)字電子電路。

• 跳轉(zhuǎn)(jump)：從指令中抽取一個(gè)字，把這個(gè)字復(fù)制到 程序計(jì)數(shù)器(PC) 中，覆蓋原來(lái)的值

剖析 hello 程序的執(zhí)行過(guò)程

前面我們簡(jiǎn)單的介紹了一下計(jì)算機(jī)的硬件的組成和操作，現(xiàn)在我們正式介紹運(yùn)行示例程序時(shí)發(fā)生了什么，我們會(huì)從宏觀的角度進(jìn)行描述，不會(huì)涉及到所有的技術(shù)細(xì)節(jié)

剛開始時(shí)，shell 程序執(zhí)行它的指令，等待用戶鍵入一個(gè)命令。當(dāng)我們?cè)阪I盤上輸入了 ./hello 這幾個(gè)字符時(shí)，shell 程序?qū)⒆址鹨蛔x入寄存器，再把它放到內(nèi)存中，如下圖所示

當(dāng)我們?cè)阪I盤上敲擊回車鍵的時(shí)候，shell 程序就知道我們已經(jīng)結(jié)束了命令的輸入。然后 shell 執(zhí)行一系列指令來(lái)加載可執(zhí)行的 hello 文件，這些指令將目標(biāo)文件中的代碼和數(shù)據(jù)從磁盤復(fù)制到主存。

利用 DMA(Direct Memory Access) 技術(shù)可以直接將磁盤中的數(shù)據(jù)復(fù)制到內(nèi)存中，如下

一旦目標(biāo)文件中 hello 中的代碼和數(shù)據(jù)被加載到主存，處理器就開始執(zhí)行 hello 程序的 main 程序中的機(jī)器語(yǔ)言指令。這些指令將 hello,world\n 字符串中的字節(jié)從主存復(fù)制到寄存器文件，再?gòu)募拇嫫髦袕?fù)制到顯示設(shè)備，最終顯示在屏幕上。如下所示

高速緩存是關(guān)鍵

上面我們介紹完了一個(gè) hello 程序的執(zhí)行過(guò)程，系統(tǒng)花費(fèi)了大量時(shí)間把信息從一個(gè)地方搬運(yùn)到另外一個(gè)地方。hello 程序的機(jī)器指令最初存儲(chǔ)在磁盤上。當(dāng)程序加載后，它們會(huì)拷貝到主存中。當(dāng) CPU 開始運(yùn)行時(shí)，指令又從內(nèi)存復(fù)制到 CPU 中。同樣的，字符串?dāng)?shù)據(jù) hello,world \n 最初也是在磁盤上，它被復(fù)制到內(nèi)存中，然后再到顯示器設(shè)備輸出。從程序員的角度來(lái)看，這種復(fù)制大部分是開銷，這減慢了程序的工作效率。因此，對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，最主要的一個(gè)工作是讓程序運(yùn)行的越來(lái)越快。

由于物理定律，較大的存儲(chǔ)設(shè)備要比較小的存儲(chǔ)設(shè)備慢。而由于寄存器和內(nèi)存的處理效率在越來(lái)越大，所以針對(duì)這種差異，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者采用了更小更快的存儲(chǔ)設(shè)備，稱為高速緩存存儲(chǔ)器(cache memory, 簡(jiǎn)稱為 cache 高速緩存)，作為暫時(shí)的集結(jié)區(qū)域，存放近期可能會(huì)需要的信息。如下圖所示

圖中我們標(biāo)出了高速緩存的位置，位于高速緩存中的 L1高速緩存容量可以達(dá)到數(shù)萬(wàn)字節(jié)，訪問(wèn)速度幾乎和訪問(wèn)寄存器文件一樣快。容量更大的 L2 高速緩存通過(guò)一條特殊的總線鏈接 CPU，雖然 L2 緩存比 L1 緩存慢 5 倍，但是仍比內(nèi)存要快 5 - 10 倍。L1 和 L2 是使用一種靜態(tài)隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器(SRAM) 的硬件技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。最新的、處理器更強(qiáng)大的系統(tǒng)甚至有三級(jí)緩存：L1、L2 和 L3。系統(tǒng)可以獲得一個(gè)很大的存儲(chǔ)器，同時(shí)訪問(wèn)速度也更快，原因是利用了高速緩存的 局部性原理。

Again：入門程序細(xì)節(jié)

現(xiàn)在，我們來(lái)探討一下入門級(jí)程序的細(xì)節(jié)，由淺入深的來(lái)了解一下 C 語(yǔ)言的特性。

#include<stdio.h>

我們上面說(shuō)到，#include<stdio.h> 是程序編譯之前要處理的內(nèi)容，稱為編譯預(yù)處理命令。

預(yù)處理命令是在編譯之前進(jìn)行處理。預(yù)處理程序一般以 # 號(hào)開頭。

所有的 C 編譯器軟件包都提供 stdio.h 文件。該文件包含了給編譯器使用的輸入和輸出函數(shù)，比如 println() 信息。該文件名的含義是標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出 頭文件。通常，在 C 程序頂部的信息集合被稱為 頭文件(header)。

C 的第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是由 ANSI 發(fā)布的。雖然這份文檔后來(lái)被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)采納并且 ISO 發(fā)布的修訂版也被 ANSI 采納了，但名稱 ANSI C(而不是 ISO C) 仍被廣泛使用。一些軟件開發(fā)者使用ISO C，還有一些使用 Standard C。

C 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)

除了 <sdtio.h> 外，C 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)還包括下面這些頭文件

<assert.h>

提供了一個(gè)名為 assert 的關(guān)鍵字，它用于驗(yàn)證程序作出的假設(shè)，并在假設(shè)為假輸出診斷消息。

<ctype.h>

C 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的 ctype.h 頭文件提供了一些函數(shù)，可以用于測(cè)試和映射字符。

這些字符接受 int 作為參數(shù)，它的值必須是 EOF 或者是一個(gè)無(wú)符號(hào)字符

EOF是一個(gè)計(jì)算機(jī)術(shù)語(yǔ)，為 End Of File 的縮寫，在操作系統(tǒng)中表示資料源無(wú)更多的資料可讀取。資料源通常稱為檔案或串流。通常在文本的最后存在此字符表示資料結(jié)束。

C 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的 errno.h 頭文件定義了整數(shù)變量 errno，它是通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用設(shè)置的，這些庫(kù)函數(shù)表明了什么發(fā)生了錯(cuò)誤。

C 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的 float.h 頭文件包含了一組與浮點(diǎn)值相關(guān)的依賴于平臺(tái)的常量。

limits.h 頭文件決定了各種變量類型的各種屬性。定義在該頭文件中的宏限制了各種變量類型（比如 char、int 和 long）的值。

locale.h 頭文件定義了特定地域的設(shè)置，比如日期格式和貨幣符號(hào)

math.h 頭文件定義了各種數(shù)學(xué)函數(shù)和一個(gè)宏。在這個(gè)庫(kù)中所有可用的功能都帶有一個(gè) double 類型的參數(shù)，且都返回 double 類型的結(jié)果。

setjmp.h 頭文件定義了宏 setjmp()、函數(shù) longjmp() 和變量類型 jmp_buf，該變量類型會(huì)繞過(guò)正常的函數(shù)調(diào)用和返回規(guī)則。

signal.h 頭文件定義了一個(gè)變量類型 sig_atomic_t、兩個(gè)函數(shù)調(diào)用和一些宏來(lái)處理程序執(zhí)行期間報(bào)告的不同信號(hào)。

stdarg.h 頭文件定義了一個(gè)變量類型 va_list 和三個(gè)宏，這三個(gè)宏可用于在參數(shù)個(gè)數(shù)未知（即參數(shù)個(gè)數(shù)可變）時(shí)獲取函數(shù)中的參數(shù)。

stddef .h 頭文件定義了各種變量類型和宏。這些定義中的大部分也出現(xiàn)在其它頭文件中。

stdlib .h 頭文件定義了四個(gè)變量類型、一些宏和各種通用工具函數(shù)。

string .h 頭文件定義了一個(gè)變量類型、一個(gè)宏和各種操作字符數(shù)組的函數(shù)。

time.h 頭文件定義了四個(gè)變量類型、兩個(gè)宏和各種操作日期和時(shí)間的函數(shù)。

main() 函數(shù)

main 函數(shù)聽起來(lái)像是調(diào)皮搗蛋的孩子故意給方法名起一個(gè) 主要的 方法，來(lái)告訴他人他才是這個(gè)世界的中心。但事實(shí)卻不是這樣，而 main() 方法確實(shí)是世界的中心。

C 語(yǔ)言程序一定從 main() 函數(shù)開始執(zhí)行，除了 main() 函數(shù)外，你可以隨意命名其他函數(shù)。通常，main 后面的 () 中表示一些傳入信息，我們上面的那個(gè)例子中沒(méi)有傳遞信息，因?yàn)閳A括號(hào)中的輸入是 void 。

除了上面那種寫法外，還有兩種 main 方法的表示方式，一種是 void main(){} ，一種是 int main(int argc, char* argv[]) {}

• void main() 聲明了一個(gè)帶有不確定參數(shù)的構(gòu)造方法
• int main(int argc, char* argv[]) {} 其中的 argc 是一個(gè)非負(fù)值，表示從運(yùn)行程序的環(huán)境傳遞到程序的參數(shù)數(shù)量。它是指向 argc + 1 指針數(shù)組的第一個(gè)元素的指針，其中最后一個(gè)為null，而前一個(gè)（如果有的話）指向表示從主機(jī)環(huán)境傳遞給程序的參數(shù)的字符串。如果argv [0]不是空指針（或者等效地，如果argc> 0），則指向表示程序名稱的字符串，如果在主機(jī)環(huán)境中無(wú)法使用程序名稱，則該字符串為空。

注釋

在程序中，使用 /**/ 的表示注釋，注釋對(duì)于程序來(lái)說(shuō)沒(méi)有什么實(shí)際用處，但是對(duì)程序員來(lái)說(shuō)卻非常有用，它能夠幫助我們理解程序，也能夠讓他人看懂你寫的程序，我們?cè)陂_發(fā)工作中，都非常反感不寫注釋的人，由此可見注釋非常重要。

C 語(yǔ)言注釋的好處是，它可以放在任意地方，甚至代碼在同一行也沒(méi)關(guān)系。較長(zhǎng)的注釋可以多行表示，我們使用 /**/ 表示多行注釋，而 // 只表示的是單行注釋。下面是幾種注釋的表示形式

// 這是一個(gè)單行注釋

/* 多行注釋用一行表示 */

/*
  多行注釋用多行表示
    多行注釋用多行表示
      多行注釋用多行表示
        多行注釋用多行表示

*/

函數(shù)體

在頭文件、main 方法后面的就是函數(shù)體（注釋一般不算），函數(shù)體就是函數(shù)的執(zhí)行體，是你編寫大量代碼的地方。

變量聲明

在我們?nèi)腴T級(jí)的代碼中，我們聲明了一個(gè)名為 number 的變量，它的類型是 int，這行代碼叫做 聲明，聲明是 C 語(yǔ)言最重要的特性之一。這個(gè)聲明完成了兩件事情：定義了一個(gè)名為 number 的變量，定義 number 的具體類型。

int 是 C 語(yǔ)言的一個(gè) 關(guān)鍵字(keyword)，表示一種基本的 C 語(yǔ)言數(shù)據(jù)類型。關(guān)鍵字是用于語(yǔ)言定義的。不能使用關(guān)鍵字作為變量進(jìn)行定義。

示例中的 number 是一個(gè) 標(biāo)識(shí)符(identifier)，也就是一個(gè)變量、函數(shù)或者其他實(shí)體的名稱。

變量賦值

在入門例子程序中，我們聲明了一個(gè) number 變量，并為其賦值為 11，賦值是 C 語(yǔ)言的基本操作之一。這行代碼的意思就是把值 1 賦給變量 number。在執(zhí)行 int number 時(shí)，編譯器會(huì)在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中為變量 number 預(yù)留空間，然后在執(zhí)行這行賦值表達(dá)式語(yǔ)句時(shí)，把值存儲(chǔ)在之前預(yù)留的位置?？梢越o number 賦不同的值，這就是 number 之所以被稱為 變量(variable) 的原因。

printf 函數(shù)

在入門例子程序中，有三行 printf()，這是  C 語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)。圓括號(hào)中的內(nèi)容是從 main 函數(shù)傳遞給 printf 函數(shù)的。參數(shù)分為兩種：實(shí)際參數(shù)(actual argument) 和 形式參數(shù)(formal parameters)。我們上面提到的 printf 函數(shù)括號(hào)中的內(nèi)容，都是實(shí)參。

return 語(yǔ)句

在入門例子程序中，return 語(yǔ)句是最后一條語(yǔ)句。int main(void) 中的 int 表明 main() 函數(shù)應(yīng)返回一個(gè)整數(shù)。有返回值的 C 函數(shù)要有 return 語(yǔ)句，沒(méi)有返回值的程序也建議大家保留 return 關(guān)鍵字，這是一種好的習(xí)慣或者說(shuō)統(tǒng)一的編碼風(fēng)格。

分號(hào)

在 C 語(yǔ)言中，每一行的結(jié)尾都要用 ; 進(jìn)行結(jié)束，它表示一個(gè)語(yǔ)句的結(jié)束，如果忘記或者忽略分號(hào)會(huì)被編譯器提示錯(cuò)誤。

關(guān)鍵字

下面是 C 語(yǔ)言中的關(guān)鍵字，C 語(yǔ)言的關(guān)鍵字一共有 32 個(gè)，根據(jù)其作用不同進(jìn)行劃分

數(shù)據(jù)類型關(guān)鍵字

數(shù)據(jù)類型的關(guān)鍵字主要有 12 個(gè)，分別是

• char: 聲明字符型變量或函數(shù)
• double: 聲明雙精度變量或函數(shù)
• float: 聲明浮點(diǎn)型變量或函數(shù)
• int : 聲明整型變量或函數(shù)
• long: 聲明長(zhǎng)整型變量或函數(shù)
• short : 聲明短整型變量或函數(shù)
• signed : 聲明有符號(hào)類型變量或函數(shù)
• _Bool:  聲明布爾類型
• _Complex ：聲明復(fù)數(shù)
• _Imaginary: 聲明虛數(shù)
• unsigned : 聲明無(wú)符號(hào)類型變量或函數(shù)
• void : 聲明函數(shù)無(wú)返回值或無(wú)參數(shù)，聲明無(wú)類型指針

控制語(yǔ)句關(guān)鍵字

控制語(yǔ)句循環(huán)的關(guān)鍵字也有 12 個(gè)，分別是

循環(huán)語(yǔ)句

• for : for 循環(huán)，使用的最多
• do ：循環(huán)語(yǔ)句的前提條件循環(huán)體
• while：循環(huán)語(yǔ)句的循環(huán)條件
• break : 跳出當(dāng)前循環(huán)
• continue：結(jié)束當(dāng)前循環(huán)，開始下一輪循環(huán)

條件語(yǔ)句

• if：條件語(yǔ)句的判斷條件
• else : 條件語(yǔ)句的否定分支，與 if 連用
• goto: 無(wú)條件跳轉(zhuǎn)語(yǔ)句

開關(guān)語(yǔ)句

• switch: 用于開關(guān)語(yǔ)句
• case：開關(guān)語(yǔ)句的另外一種分支
• default : 開關(guān)語(yǔ)句中的其他分支

返回語(yǔ)句

retur：子程序返回語(yǔ)句（可以帶參數(shù)，也看不帶參數(shù)）

存儲(chǔ)類型關(guān)鍵字

• auto : 聲明自動(dòng)變量 一般不使用
• extern : 聲明變量是在其他文件正聲明（也可以看做是引用變量）
• register : 聲明寄存器變量
• static: 聲明靜態(tài)變量

其他關(guān)鍵字

• const: 聲明只讀變量
• sizeof : 計(jì)算數(shù)據(jù)類型長(zhǎng)度
• typedef: 用以給數(shù)據(jù)類型取別名
• volatile : 說(shuō)明變量在程序執(zhí)行中可被隱含地改變

后記

這篇文章我們先介紹了 C 語(yǔ)言的特性，C 語(yǔ)言為什么這么火，C 語(yǔ)言的重要性，之后我們以一道 C 語(yǔ)言的入門程序講起，我們講了 C 語(yǔ)言的基本構(gòu)成要素，C 語(yǔ)言在硬件上是如何運(yùn)行的，C 語(yǔ)言的編譯過(guò)程和執(zhí)行過(guò)程等，在這之后我們又加深講解了一下入門例子程序的組成特征。

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