第1章 初识C语言

第1章 初识C语言

1.1 C语言概述

1.1.1 C语言的发展历史

C语言的原型为ALGOL 60语言（也称A语言）。
1963年 剑桥大学将ALGOL 60语言发展成为GPL语言。
1967年 剑桥大学的Matin Richards简化GPL，产生了BGPL语言。
1970年 美国贝尔实验室的Ken Thompson将GPL语言修改为B语言。
1973年 美国贝尔实验室的Dennis M.Ritchie在B语言的基础上设计出了C语言。
1978年 Brian W.Kernighan和Dennis M.Ritchie出版了名著《The C Programming Language》。

1.1.2 C语言标准

美国国家标准协会（ANSI）组织了由硬件厂商、软件设计师、编译器设计师等成员成立的标准C委员会，建立了通用的C语言标准。第一版C语言标准在1989年颁布，称为C89。从1989年至今，陆续颁布了多个C语言标准。

1.C89（C90）标准
1989年，ANSI通过C89标准，人们习惯称为ANSI C。
1990年，ISO采用C89作为C语言国际标准。

2.C99标准
1999年，ISO和IEC发布了C99标准。C99引入了很多新特性，如变长数组，本书基于C99标准讲解。

3.C11标准
2011年，ISO和IEC发布C11标准 。C11提高了对C++的兼容性，并增加了很多新特性，如多线程。

1.1.3 C语言特点

1.表达能力强
C语言自由简洁，使用简单的方法就能构造出复杂数据类型或者数据结构，具备复杂数据结构运算能力。

2.结构化设计
C语言程序开发思路是自顶向下，模块化编程，各个功能模块之间呈现结构化特点。

3.高效性
C语言可以直接操作内存，执行效率更接近汇编。

4.可移植
C语言编译器兼容性比较强，能够移植到不同设备上，因此C语言程序的移植性也比较强。

1.1.4 C语言应用领域

1.操作系统
C语言可以用于开发操作系统，主要是个人桌面应用领域的Windows系统内核、服务器领域的Linux内核等。

2.应用软件
C语言高效、稳定，因此常用于开发企业数据管理软件，如Oracle、MySQL等。

3.嵌入式
C语言更接近底层的汇编语言，可以进行嵌入式开发，在智能领域方面有着广泛应用。

4.游戏开发
C语言具有强大的图像处理能力、可移植性、高效性等特点，因此常用于大型游戏开发，进行游戏环境渲染、图像处理等。

1.2 C语言开发环境搭建

市面上有许多支持C语言的开发工具，良好的开发环境具有以下功能：方便开发人员编写程序、方便程序调试和运行、提高开发效率。

Visual Studio
目前最流行的C语言开发工具为Visual Studio，它是微软开发的集成环境，工具齐全，支持多种语言。
目前最新版本为Visual Studio 2022。
Visual Studio 2022有3个版本：企业版、专业版、社区版。
社区版免费用于个人和开源项目开发，是教学和初学C语言者的首选。

步骤一：访问Visual Studio官网，下载Visual Studio 2022 Community版本，下载完成后双击安装包，弹出程序组件安装提示框。

步骤二：单击“继续”按钮，下载安装Visual Studio 2022需要的程序组件。

步骤三：下载安装完成之后，会弹出一个界面，让用户选择所需要的开发环境。

步骤四：选择开发需要的工具与环境，由于本教材是将Visual Studio 2022作为C语言开发环境，C++兼容C语言，所以在步骤三中选择“使用C++的桌面开发”选项即可，选择完成之后，单击安装位置后面的“更改…”链接，进入安装路径选择界面。
步骤五：选择Visual Studio 2022的安装路径、下载缓存路径。路径选择完成后，单击“安装”按钮开始安装Visual Studio 2022。
步骤六：安装完成后，打开Visual Studio 2022，首次启动时，Visual Studio 2022会提示登录。

步骤七：可以跳过账号登录，弹出主题设置界面。

步骤八：完成主题设置后，单击“启动Visual Studio”按钮，启动Visual Studio 2022。

1.3 第一个C语言程序

1.3.1 新建项目

1.在Visual Studio 2022启动界面中，单击“创建新项目”选项，弹出创建新项目对话框。

2.选择“控制台应用”选项，然后单击“下一步”按钮，进入配置新项目界面。

3.设置项目名称、选择项目存储路径，并勾选“将项目解决方案和项目放在同一个目录中”选项。配置完成之后，单击“创建”按钮完成项目创建，进入项目管理主界面。

1.3.2 编写程序代码
1.在上一页图中，选中右侧Test项目下的源文件，单击右键，选择“添加”→“新建项”。
2.单击“新建项”，系统会弹出添加新项对话框。
3.将文件命名为helloworld.c，单击“添加”按钮，helloworld.c源文件创建成功。双击打开helloworld.c文件，在文件空白区域编写代码。

1.3.3 编译运行程序

单击菜单栏的“调试”→“开始运行（不调试）”，运行程序，或单击菜单栏“本地Windows调试器”按钮运行程序。程序运行后，会弹出运行结果的命令行窗口，该窗口会输出程序的运行结果。

1.3.4 代码分析

1.4 C程序编译机制

C语言程序从源代码到可执行代码需要经过预处理、编译、汇编和链接四个步骤。

预处理

• 展开所有宏，如#define，将宏替换为它定义的值。
• 处理所有条件编译指令，如#ifdef、#ifndef、#endif。
• 处理文件包含语句，如#include，将包含的文件直接插入到语句所在处。

编译

• 删除所有注释。
• 添加行号和文件标识，以便在调试和编译出错时快速定位到错误所在行。

汇编

将生成的汇编文件*.s翻译成计算机能够执行的指令。称为目标文件或者中间文件。

• Linux系统：.o文件。
• Windows系统：.obj文件。

链接

将二进制文件与代码中用到的库文件进行绑定，这个过程称为链接，处理程序各个模块之间的关系，完成地址分配、空间分配、地址绑定等操作，链接操作完成后将生成可执行文件。

动态库与静态库*

链接分为静态库链接和动态库链接。

静态库链接

• 静态库在Linux中是.a文件，Windows下是.lib文件。
• 本质上是一组目标文件的集合。
• 链接过程：将包含该函数功能的库文件全部链接到目标文件中。
• 开发效率高，但更新难。

动态库链接

• 动态库在Linux中是.so文件，Windows下是dll文件。
• 在程序运行时只对需要的目标文件进行链接。
• 节省空间且可以共享，隐藏了细节，便于更新。