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C語言簡單編程速成

我們將所有的 C 語言要素放置到一份易讀的備忘錄上。

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1972 年，丹尼斯·里奇Dennis Ritchie任職于貝爾實驗室Bell Labs，在幾年前，他和他的團(tuán)隊成員發(fā)明了 Unix 。在創(chuàng)建了一個經(jīng)久不衰的操作系統(tǒng)（至今仍在使用）之后，他需要一種好的方法來對這些 Unix 計算機(jī)編程，以便它們可用執(zhí)行新的任務(wù)。在現(xiàn)在看來，這很奇怪，但在當(dāng)時，編程語言相對較少，F(xiàn)ortran、Lisp、Algol 以及 B 語言都很流行，但是，對于貝爾實驗室的研究員們想要做的事情來說，它們還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。丹尼斯·里奇表現(xiàn)出一種后來被稱為程序員的主要特征的特質(zhì)：創(chuàng)造了他自己的解決方案。他稱之為 C 語言，并且在近 50 年后，它仍在廣泛的使用。

為什么你應(yīng)該學(xué)習(xí) C 語言

今天，有很多語言為程序員提供了比 C 語言更多的特性。最明顯的是 C++ 語言，這是一種以相當(dāng)露骨的方式命名的語言，它構(gòu)建在 C 語言之上，創(chuàng)建了一種很好的面向?qū)ο笳Z言。不過，許多其它語言的存在是有充分理由的。計算機(jī)擅長一致的重復(fù)，因此任何可預(yù)見的東西都可以構(gòu)建在編程語言中，對程序員來說這意味著更少的工作量。為什么在 C++ 語言中用一行語句就可以將一個 int 轉(zhuǎn)換為一個 long 時（long x = long(n);），還要在 C 語言用兩行語句呢？

然而，C 語言在今天仍然有用。

首先，C 語言是一種相當(dāng)簡約和直接的語言。除了編程的基礎(chǔ)知識之外，并沒有很高級的概念，這很大程度上是因為 C 語言實際上就是現(xiàn)代編程語言的基礎(chǔ)之一。例如，C 語言的特性之一是數(shù)組，但是它不提供字典（除非你自己寫一個）。當(dāng)你學(xué)習(xí) C 語言時，你會學(xué)習(xí)編程的基礎(chǔ)組成部分，它可以幫助你認(rèn)識到如今的編程語言的改進(jìn)及其的精心設(shè)計。

因為 C 語言是一種最小化的編程語言，你的應(yīng)用程序很可能會獲得性能上的提升，這在其它許多編程語言中是看不到的。當(dāng)你考慮你的代碼可以執(zhí)行多快的時候，很容易陷入錙銖必較的境地，因此，重要的是要問清楚你是否需要為某一特定任務(wù)提供更多的速度。與 Python 或 Java 相比，使用 C 語言，你在每行代碼中需要糾結(jié)的地方更少。C 語言程序運(yùn)行很快。這是 Linux 內(nèi)核使用 C 語言編寫的一個很好的理由。

最后，C 語言很容易入門，特別是，如果你正在運(yùn)行 Linux，就已經(jīng)能運(yùn)行 C 語言代碼了，因為 Linux 系統(tǒng)包含 GNU C 庫（glibc）。為了編寫和構(gòu)建 C 語言程序，你需要做的全部工作就是安裝一個編譯器，打開一個文本編輯器，開始編碼。

開始學(xué)習(xí) C 語言

如果你正在運(yùn)行 Linux ，你可以使用你的軟件包管理器安裝一個 C 編譯器。在 Fedora 或 RHEL 上：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. $ sudo dnf install gcc
    2.

在 Debian 及其衍生系統(tǒng)上：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. $ sudo apt install build-essential
    2.

在 macOS 上，你可以 安裝 Homebrew ，并使用它來安裝 GCC：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. $ brew install gcc
    2.

在 Windows 上, 你可以使用 MinGW 安裝一套最小的包含 GCC 的 GNU 實用程序集。

在 Linux 或 macOS 上驗證你已經(jīng)安裝的 GCC：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. $ gcc --version
    2.   
  
  
  
  2. gcc (GCC) x.y.z
    3.   
  
  
  
  3. Copyright (C) 20XX Free Software Foundation, Inc.
    4.

在 Windows 上，提供 EXE 文件的完整路徑：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. PS> C:\MinGW\bin\gcc.exe --version
    2.   
  
  
  
  2. gcc.exe (MinGW.org GCC Build-2) x.y.z
    3.   
  
  
  
  3. Copyright (C) 20XX Free Software Foundation, Inc.
    4.

C 語法

C 語言不是一種腳本語言。它是一種編譯型語言，這意味著它由 C 編譯器處理來產(chǎn)生一個二進(jìn)制可執(zhí)行文件。這不同于腳本語言（如 Bash）或混合型語言（如 Python）。

在 C 語言中，你可以創(chuàng)建函數(shù)來執(zhí)行你希望做到的任務(wù)。默認(rèn)情況下，執(zhí)行的是一個名為 main 的函數(shù)。

這里是一個使用 C 語言寫的簡單的 “hello world” 程序：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. #include 
    2.   
  
  
  
  2.  
    3.   
  
  
  
  3. int main() {
    4.   
  
  
  
  4.  printf("Hello world");
    5.   
  
  
  
  5.  return 0;
    6.   
  
  
  
  6. }
    7.

第一行包含一個被稱為 stdio.h（標(biāo)準(zhǔn)輸入和輸出）的 頭文件，它基本上是自由使用的、非常初級的 C 語言代碼，你可以在你自己的程序中重復(fù)使用它。然后創(chuàng)建了一個由一條基本的輸出語句構(gòu)成的名為 main 的函數(shù)。保存這些文本到一個被稱為 hello.c 的文件中，然后使用 GCC 編譯它：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. $ gcc hello.c --output hello
    2.

嘗試運(yùn)行你的 C 語言程序：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. $ ./hello
    2.   
  
  
  
  2. Hello world$
    3.

返回值

這是 Unix 哲學(xué)的一部分，一個函數(shù)在執(zhí)行后“返回”一些東西：在成功時不返回任何東西，在失敗時返回其它的一些東西（例如，一個錯誤信息）。這些返回的內(nèi)容通常使用數(shù)字（確切地說是整數(shù)）表示：0 表示沒有錯誤，任何大于 0 的數(shù)字都表示一些不成功的狀態(tài)。

Unix 和 Linux 被設(shè)計成在運(yùn)行成功時保持沉默是很明智的。這是為了讓你在執(zhí)行一系列命令時，假設(shè)沒有任何錯誤或警告會妨礙你的工作，從而可以始終為成功執(zhí)行做準(zhǔn)備。類似地，在 C 語言中的函數(shù)在設(shè)計上也預(yù)期不出現(xiàn)錯誤。

你可以通過一個小的修改，讓你的程序看起來是失敗的，就可以看到這一點(diǎn)：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. include 
    2.   
  
  
  
  2.  
    3.   
  
  
  
  3. int main() {
    4.   
  
  
  
  4.  printf("Hello world");
    5.   
  
  
  
  5.  return 1;
    6.   
  
  
  
  6. }
    7.

編譯它：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. $ gcc hello.c --output failer
    2.

現(xiàn)在使用一個內(nèi)置的 Linux 測試方式來運(yùn)行它。僅在成功時，&& 操作符才會執(zhí)行一個命令的第二部分。例如：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. $ echo "success" && echo "it worked"
    2.   
  
  
  
  2. success
    3.   
  
  
  
  3. it worked
    4.

在失敗時，|| 測試會執(zhí)行一個命令的第二部分。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. $ ls blah || echo "it did not work"
    2.   
  
  
  
  2. ls: cannot access 'blah': No such file or directory
    3.   
  
  
  
  3. it did not work
    4.

現(xiàn)在，嘗試你的程序，在成功時，它不返回 0；而是返回 1：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. $ ./failer && echo "it worked"
    2.   
  
  
  
  2. String is: hello
    3.

這個程序成功地執(zhí)行了，但是沒有觸發(fā)第二個命令。

變量和類型

在一些語言中，你可以創(chuàng)建變量而不具體指定變量所包含的數(shù)據(jù)的類型。這些語言如此設(shè)計使得解釋器需要對一個變量運(yùn)行一些測試來視圖發(fā)現(xiàn)變量是什么樣的數(shù)據(jù)類型。例如，var=1 定義了一個整型數(shù)，當(dāng)你創(chuàng)建一個表達(dá)式將 var 與某些東西相加時，Python 知道顯然它是一個整型數(shù)。它同樣知道當(dāng)你連接 hello 和 world 時，單詞 world 是一個字符串。

C 語言不會為你做任何這些識別和調(diào)查；你必須自己定義你的變量類型。這里有幾種變量類型，包括整型（int），字符型（char），浮點(diǎn)型（float），布爾型（boolean）。

你可能也注意到這里沒有字符串類型。與 Python 和 Java 和 Lua 以及其它的編程語言不同，C 語言沒有字符串類型，而是將字符串看作一個字符數(shù)組。

這里是一些簡單的代碼，它建立了一個 char 數(shù)組變量，然后使用 printf 將數(shù)組變量和一段簡單的信息打印到你的屏幕上：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. #include 
    2.   
  
  
  
  2.  
    3.   
  
  
  
  3. int main() {
    4.   
  
  
  
  4.  char var[6] = "hello";
    5.   
  
  
  
  5.  printf("Your string is: %s\r\n",var);
    6.   
  
  
  
  6. }
    7.

你可能會注意到，這個代碼示例向一個由五個字母組成的單詞提供了六個字符的空間。這是因為在字符串的結(jié)尾有處一個隱藏的終止符，它占用了數(shù)組中的一個字節(jié)。你可以通過編譯和執(zhí)行代碼來運(yùn)行它：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. $ gcc hello.c --output hello
    2.   
  
  
  
  2. $ ./hello
    3.   
  
  
  
  3. hello
    4.

函數(shù)

和其它的編程語言一樣，C 函數(shù)也接受可選的參數(shù)。你可以通過定義你希望函數(shù)接受的數(shù)據(jù)類型，來將參數(shù)從一個函數(shù)傳遞到另一個函數(shù)：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. #include 
    2.   
  
  
  
  2.  
    3.   
  
  
  
  3. int printmsg(char a[]) {
    4.   
  
  
  
  4.  printf("String is: %s\r\n",a);
    5.   
  
  
  
  5. }
    6.   
  
  
  
  6.  
    7.   
  
  
  
  7. int main() {
    8.   
  
  
  
  8.  char a[6] = "hello";
    9.   
  
  
  
  9.  printmsg(a);
    10.   
  
  
  
  10.  return 0;
    11.   
  
  
  
  11. }
    12.

簡單地將一個函數(shù)分解為兩個函數(shù)的這種方法并不是非常有用，但是它演示了默認(rèn)運(yùn)行 main 函數(shù)以及如何在函數(shù)之間傳遞數(shù)據(jù)。

條件語句

在真實的編程中，你通常希望你的代碼根據(jù)數(shù)據(jù)做出判斷。這是使用條件語句完成的，if 語句是其中最基礎(chǔ)的一個語句。

為了使這個示例程序更具動態(tài)性，你可以包含 string.h 頭文件，顧名思義，它包含用于檢查字符串的代碼。嘗試使用來自 string.h 文件中的 strlen 函數(shù)測試傳遞給 printmsg 函數(shù)的字符串是否大于 0：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. #include 
    2.   
  
  
  
  2. #include 
    3.   
  
  
  
  3.  
    4.   
  
  
  
  4. int printmsg(char a[]) {
    5.   
  
  
  
  5.  size_t len = strlen(a);
    6.   
  
  
  
  6.  if ( len > 0) {
    7.   
  
  
  
  7.  printf("String is: %s\r\n",a);
    8.   
  
  
  
  8.  }
    9.   
  
  
  
  9. }
    10.   
  
  
  
  10.  
    11.   
  
  
  
  11. int main() {
    12.   
  
  
  
  12.  char a[6] = "hello";
    13.   
  
  
  
  13.  printmsg(a);
    14.   
  
  
  
  14.  return 1;
    15.   
  
  
  
  15. }
    16.

正如在這個示例中所實現(xiàn)的，該條件永遠(yuǎn)都不會是非真的，因為所提供的字符串總是 hello，它的長度總是大于 0。這個不夠認(rèn)真的重新實現(xiàn)的 echo 命令的最后一點(diǎn)要做是接受來自用戶的輸入。

命令參數(shù)

stdio.h 文件包含的代碼在每次程序啟動時提供了兩個參數(shù): 一個是命令中包含多少項的計數(shù)（argc），一個是包含每個項的數(shù)組（argv）。例如， 假設(shè)你發(fā)出這個虛構(gòu)的命令：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. $ foo -i bar
    2.

argc 是 3，argv 的內(nèi)容是：

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

你可以修改示例 C 語言程序來以字符串方式接受 argv[2]，而不是默認(rèn)的 hello 嗎？

命令式編程語言

C 語言是一種命令式編程語言。它不是面向?qū)ο蟮?，也沒有類結(jié)構(gòu)。使用 C 語言的經(jīng)驗可以教你很多關(guān)于如何處理數(shù)據(jù)，以及如何更好地管理你的代碼運(yùn)行時生成的數(shù)據(jù)。多使用 C 語言，你最后能夠編寫出其它語言（例如 Python 和 Lua）可以使用的庫。

想要了解更多關(guān)于 C 的知識，你需要使用它。在 /usr/include/ 中查找有用的 C 語言頭文件，并且看看你可以做什么小任務(wù)來使 C 語言對你有用。在學(xué)習(xí)的過程中，使用來自 FreeDOS 的 Jim Hall 編寫的 C 語言忘備錄。它在一張雙面紙忘備錄上放置了所有的基本要素，所以在你練習(xí)時，可以立即訪問 C 語言語法的所有要素。


當(dāng)前文章：C語言簡單編程速成
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