C 语言 - 概述

C 语言是一种通用的高级语言，最初由 Dennis M. Ritchie 为贝尔实验室的 UNIX 操作系统开发而开发。 C 语言最初于 1972 年在 DEC PDP-11 计算机上首次实现。

1978 年，Brian Kernighan 和 Dennis Ritchie 编写了第一份公开的 C 语言描述，现在称为 K&R 标准。

UNIX 操作系统、C 编译器以及几乎所有 UNIX 应用程序都是用 C 语言编写的。由于各种原因，C 语言现在已成为一种广泛使用的专业语言 -

• 易于学习
• 结构化语言
• 它能生成高效的程序
• 它可以处理低级活动
• 它可以在各种计算机平台上编译

关于 C 语言的事实

• C 语言的发明是为了编写一个名为 UNIX 的操作系统。

• C 语言是B 语言诞生于 20 世纪 70 年代初。

• 该语言于 1988 年由美国国家标准协会 (ANSI) 正式确定。

• UNIX 操作系统完全用 C 语言编写。

• 如今，C 语言是最广泛使用和最流行的系统编程语言。

• 大多数最先进的软件都是用 C 语言实现的。

• 当今最流行的 Linux 操作系统和关系数据库管理系统 MySQL 都是用 C 语言编写的。

为什么使用 C 语言?

C 语言最初用于系统开发工作，尤其是组成操作系统的程序。之所以采用 C 语言作为系统开发语言，是因为它生成的代码运行速度几乎与用汇编语言编写的代码一样快。

C 语言的一些使用示例如下:-

• 操作系统
• 语言编译器
• 汇编器
• 文本编辑器
• 打印后台处理程序
• 网络驱动程序
• 现代程序
• 数据库
• 语言解释器
• 实用程序

C 语言涵盖了编程的所有基本概念。它是学习面向对象编程(例如 C++、Java、.Net 等)的基础或母编程语言。许多现代编程语言，例如 C++、Java 和 Python，都借鉴了 C 语言的语法和概念。

它提供了对硬件的细粒度控制，使其非常高效。因此，C 语言通常用于开发系统级程序，例如设计操作系统、操作系统内核等，也用于开发文本编辑器、编译器、网络驱动程序等应用程序。

C 程序具有可移植性;因此它们无需进行重大修改即可在不同平台上运行。

在编程历史的长河中，C 语言一直作为一种基础编程语言发挥着举足轻重的作用。然而，与更现代的语言相比，它在应用程序开发中的流行度有所下降。这可能归因于 C 语言的低级特性，以及提供更丰富的预先存在的抽象和功能的高级语言的存在。尽管如此，在注重最佳性能、精细的系统资源管理以及对可移植性的迫切需求等因素的领域，C 语言仍然是不可或缺的。

C 语言的优势

C 语言的优势如下:

• 效率和速度 − C 语言以其高性能和高效率而闻名。它允许您在低级别操作内存，并允许直接访问硬件，使其成为需要快速且经济地利用资源的应用程序的理想选择。

• 可移植性 − C 程序可以在不同平台上编译和执行，几乎无需修改。这种可移植性是由于该语言已经标准化，并且编译器可在全球各种操作系统上使用。

• 接近硬件 − C 语言允许通过使用指针和低级操作直接操作硬件。这使得它非常适合系统编程和开发需要对硬件资源进行细粒度控制的应用程序。

• 标准库 − 对于常见任务，例如输入/输出操作、字符串操作和数学计算，C 语言附带一个大型标准库，可帮助开发人员利用预构建的函数更高效地编写代码。

• 结构化编程 − C 语言有助于将代码组织成模块化且易于理解的结构。借助函数、循环和条件语句，开发人员可以编写清晰且易于维护的代码。

• 过程式语言 − C 语言遵循过程式范式，对于某些类型的编程任务而言，这种范式通常更简单、更直接。

• 多功能性 − C 语言是一种多功能的编程语言，可用于各种类型的软件，例如系统应用程序、编译器、固件、应用软件等。

C 语言的缺点

C 语言的缺点如下:

• 手动内存管理 − C 语言需要手动内存管理，开发人员必须明确分配和释放内存。

• 无面向对象特性 − 如今，大多数编程语言都支持面向对象编程 (OOP) 特性。但 C 语言并不支持。

• 无垃圾回收 − C 语言不支持垃圾回收的概念。开发人员需要手动分配和释放内存，这很容易出错，并导致内存泄漏或内存使用效率低下。

• 无异常处理 − C 语言不提供任何用于处理异常的库。开发人员需要编写代码来处理各种类型的期望。

C 语言的应用

以下是 C 语言的应用 -

• 系统编程 - C 语言用于开发靠近硬件的系统软件，例如操作系统、固件、语言翻译器等。

• 嵌入式系统 - C 语言用于嵌入式系统编程，适用于各种设备，例如微控制器、工业控制器等。

• 编译器和解释器 - C 语言在开发语言编译器和解释器方面非常常用。

• 数据库系统 - 由于 C 语言在低级内存操作方面高效且快速，因此它用于开发 DBMS 和 RDBMS 引擎。

• 网络软件 − C 语言用于开发网络软件，例如协议、路由器和网络实用程序。

• 游戏开发 − C 语言广泛用于开发游戏、游戏应用程序和游戏引擎。

• 科学和数学应用 − C 语言在开发需要科学计算的应用程序方面非常高效。模拟、数值分​​析和其他科学计算等应用程序通常用 C 语言开发。

• 文本编辑器和 IDE − C 语言用于开发文本编辑器和集成开发环境，例如 Vim 和 Emacs。

C 语言编程入门

为了有效地学习 C 语言，我们首先需要了解它的结构。每种编程语言都有其自身的编程结构。一个典型的 C 程序结构包含几个部分。以下步骤展示了常规 C 程序的结构:

包含头文件

包含必要的头文件，这些头文件包含函数声明、常量以及可在一个或多个源代码文件中使用的宏。一些常用的头文件如下:

stdio.h − 提供输入和输出函数，例如 printf 和 scanf。

#include <stdio.h>

stdlib.h − 包含涉及内存分配、rand 函数和其他实用函数。

#include <stdlib.h>

math.h − 包含数学函数，例如 sqrt、sin、cos 等。

#include <math.h>

string.h − 包含用于操作字符串的函数，例如 strcpy、strlen 等。

#include <string.h>

ctype.h − 用于测试和映射字符的函数，例如 isalpha、isdigit 等。

#include <ctype.h>

stdbool.h − 定义布尔数据类型及其值 true 和 false。

#include <stdbool.h>

time.h − 包含用于处理日期和时间的函数。

#include <time.h>

limits.h − 定义各种特定于实现的整数类型的限制。

#include <limits.h>

宏和常量

定义将在整个程序中使用的任何宏或常量。宏和常量是可选的。

示例

#include <stdio.h>
#define PI 3.14159
int main() {
   float radius = 5.0;
   float area = PI * radius * radius;

   printf("Area of the circle: %f
", area);
   return 0;
}

输出

Area of the circle: 78.539749

C 语言中的全局声明

全局声明是可选的:

int globalVariable;
void sampleFunction();

声明将在程序不同部分使用的全局变量和函数。请看以下示例 -

#include <stdio.h>

// 全局变量声明
int globalVariable;

int main()
{
    // 程序其余部分
    return 0;
}

Main 函数

每个 C 程序都必须有一个 main 函数。它是程序的入口点。请看以下示例 -

int main() {
   float radius = 5.0;
   float area = PI * radius * radius;

   printf("Area of the circle: %f
", area);
   return 0;
}

C 语言函数

根据需要定义其他函数。主函数可能会调用这些函数。请看以下示例:

#include <stdio.h>

// 全局函数声明
void samplefunction();

int main() {
    // 编程语句
    return 0;
}

// 全局函数定义
void samplefunction () {
    // 函数编程语句实现
}

C 程序的长度可能从 3 行到数百万行不等，应将其写入一个或多个扩展名为 ".c" 的文本文件中;例如，hello.c。您可以使用"vi"、"vim"或任何其他文本编辑器将 C 程序写入文件。

本教程假设您知道如何编辑文本文件以及如何在程序文件中编写源代码。