C

Kaffa 发布于

分类: 编程 标签: C

绕不开的 C

我在大学先学习的是 Pascal，然后学习谭浩强的 C，然而听课后练习 Turbo C，却并不太懂，后来通过一本 Pascal 与 C 的比较教程进行的进一步学习，然后购买了原版的 ANSI C，又阅读了 《K&R C 2nd》，至今有些习题依然不太会。话说，任何一个 Real 的程序员都考虑或学习过 C。2023年，我试图在此记录一点关于 C 的事。

C 在哪

C 是从 B 演化诞生的，B 是 BCPL 的简化，BCPL 来自 CPL 提议。

实现 CPL 提议的，最后分为了 Lisp 和 C，两者的差异在于 C 操作数据，Lisp 不区分操作和数据更灵活。毫不夸张说，如果我们拿起放大镜进入任何一台现代计算机，我们都会发现 C 的踪迹。

BCPL 只有一种数据类型——机器字（Word），而为匹配机器的发展，C 在 B 的基础上增加了一些如字符、整数、浮点数等广泛存在于现代编程语言中的数据类型，C 也从 C++ 中轻量反哺了如泛型之类的特性。

在编程语言的班级中，C 虚心学习，足够谨慎，因而在最初的时间就做对了选择，所以在跨越了半个世纪后的今天，依然可以发现它的生命力，并受它的恩惠。

在表达机器的逻辑时，C 是一种比 ASM 语言高级且同样能操作硬件的低层级语言，它的表达与抽象也很完备，也可以编写所有的应用级软件。

而在表达人类的商业逻辑时，C 与自带“电池”（丰富的数据结构）与“充电宝”（垃圾回收机制）的其他高级语言相比，却没有太多优势。

总的来说，它更适合做的是贴近硬件的软件，如操作系统、网络协议。

在我大学的时代，程序员中广泛流传着一句话：所有严肃的程序员都应学习 C，聪明的程序员使用 Delphi (Object Pascal)。

故 C 的位置就是编程的底座。如果用希腊字母 π 的形态来比喻，π 的脚就是 C 和 ASM，它们并为软件世界的地基，深深扎在操作系统中；π 的横线则可以是 C++、Java、Python、PHP、JavaScript、MySQL，Redis 等等其它除 ASM 语言的 any 其他的语言和软件们。

C 从哪里来

我不是个考据派，只是比普通人更着迷一点计算机编程语言的历史，这些计算机科学早期的基本事实不但时代感很强，还晕染着程序员式的幽默。

编程语言的发展的传奇基本也适合这样讲述，这就是说，你可以用比较轻松的来阅读本节，而如何理解 C 的历史也并不影响你在法拉利上写代码。

通用计算机编程语言发端于上世纪 50 年代和 60 年代早期，向 C 之前追溯，会发现 C 源自于 B，幽默的说，B 烤干了 BCPL（Base Combined Programming Langurage）得其精华。

BCPL 源自 CPL，而 CPL 也有剑桥编程语言的意思，它最早叫做 Cambridge Programming Language (a.k.a. Cambridge Plus London)，而后改为 Combined Programming Language。

C 用 10 年时间就打好了占领软件世界的基础，在诸多编程语言的竞争中胜出，在后续的 40 多年几乎都是躺赢。

在计算机的世界中，很容易出现赢家通吃的现象，这与计算机的分层抽象特性有关。C 在编程语言世界所处的位置，属于一夫当关千夫莫开的那种。

毫无疑问，最早在特定的硬件上都是机器码和汇编语言，然后人们开始提议实现独立于硬件的通用代数计算机语言。可能是巧合，出现好几个 A 开头的语言，如 ALGOL、Ada，但却没有 A 语言，ALGOL 理论语言阶段的最初命名是 IAL，原是数学大会上为计算机语言脱离特定硬件体系的提议和原则。

计算理论基石科学家 Donald Knuth (a.k.a. 高德纳) 就在 Burroughs 205 上用汇编实现过 ALGOL 58 编译器，ALGOL 58 继而演化为 ALGOL 60，ALGOL 60 又演化为 CPL，然后的事你已经知道了。

通用编程语言从 ALGOL 60 的工作中广泛受益，它几乎标志着计算机科学的诞生，而后才有了今天的软件行业和程序员职业。

时间线是这样的：

1967 年，Matin Richards 在访问 MIT 时对 CPL 做了简化，推出了 BCPL 语言。

1969 年，贝尔实验室的研究员 Kenneth Lane Thompson（后文简称 Ken）设计了 B 语言。

话说那时 1969 年的美国处于一个科技爆棚、社会文化割裂、价值观颠覆、青年人叛逆的时代。在那一年，人类第一次登月，太空探索是很酷的事情，计算机是那个时代很酷的东西，于是 Ken 也做了件很酷的事，它用 B 语言写出一个计算机视频游戏 Space Travel，并灌到了大型机上。但大型机甚至和一件房子那么大，运行很贵，接入很贵，所以 Space Travel 真玩起来也很贵，分时操作系统还没搞成，于是游戏程序还会阻断其它人运行的程序。于是 Ken 想问老板要一台小型机 DEC PDP-10 玩玩，老板说会不会太奢侈了就没同意，Ken 也不死心，就找了台旧的小型机 DEC PDP-7 来重新实现 Space Travel。为让 Space Travel 在旧机器上运行，Ken 花了一个月用汇编为这台机开发了一个操作系统，叫做 Unics，在开发过程中，他也逐步沉淀了一些程序，就包括进一步简化 BCPL 后的 B 语言，这个操作系统就是原始的 UNIX 内核程序、一个编译器、一个命令解析器（Shell）、及一个小的文件系统。

话说 Ken 之所以做这些的原因，就是源自于他去年和同事实现 MULTICS 这个复杂系统积累的经验和郁闷，MULTICS 的目标很宏伟，希望能实现三百人同时接入大型机，同时运行上千个程序。当然，最后这大型项目如大象一般陷入了“焦油坑”，虽然做完了，但称不上成功。而在小型机上实现的 Unics 可谓对完善与复杂的反思，相比体系庞大的硬件和软件，实现更小的程序更不容易出错，而把小的功能专一的程序相互配合起来，则也可以完成宏伟的工作。

1971 年之前，Ken 已经告诉了他的同事 Dennis MacAlistair Ritchie（后文简称 dmr），他做了个游戏很酷，很想继续在新的小型机上玩，dmr 也觉得在新小型机上玩 Space Travel 会很酷，所以加入了 Ken 的操作系统的开发。后来 DEC PDP 10 机器升级到了 PDP 11，原本单一的数据类型计算机字分为了不同规格，有 占 1 字节的字符，占 2 字节的整数，及占 4 字节的浮点数。只有机器字的 B 语言显得不够用了，dmr 觉得 Space Travel 不能在新机器上运行这件事不够酷，于是看了看 BCPL 和 B 语言 的实现，盘算着将 B 适配这台新机器，于是增加了字符、整数、浮点数，改进的 B 命名为 C 语言。

至此，C 语言诞生了。

为了把 C 搞得更酷，Ken 和 dmr 开始用 C 重写 Unics，之后改名为 UNIX。于是，C 和 UNIX 聚齐了，硅基文明大厦的地基打好了。

可能连 C 创始人都不曾预料，C 定位简洁通用，让它在后面的二十年中风靡全世界，另一个成果 UNIX 也形成了 POSIX 标准，之后编程的传奇才得以在 GNU/Linux、BSD/MacOS、WinNT 中继续续写。

更细节的 C 的历史可见于欧洲的大学教授的课堂和贝尔实验室的回忆中，C 之后的版本特性，扩展和库一直在扩充，用 C 开发的软件中，有的随按规范一直在更新，有的用于教学用途，这些创造者们或已经老去或离开了这个世界，但他们传奇的人生背后的思想和作品一起留在了这个世界。

C 会去哪儿

如果你和我一样好奇过“未来学”，你会发现还没有人可以预言未来，但却有人不断预言未来。

适合用 C 实现的东西已用 C 实现。目前 C 已是主流操作系统（Unix/Linux/Windows/macOS）、软件库（lib）、软件包（packages）的基石，从操作系统到编程语言，到数据库和中间件，这也意味着 C 所能构建的一切非常广泛。比如 UNIX、Linux、Git、PHP、Apache、MySQL、SQLite、Lua、Redis、Memcached 等，这些软件从底层到编程语言到中间件，对现代开发都足够自洽，现代应用级软件，都是在 C 开发的软件上开发的。

不适合用 C 实现的未来也不会用 C 实现。从职业的角度上说，至少在 2023 年的当下——C 诞生 50 多年的今天，广泛的等同 C 程序员的职位一般会演化为 C++ 职位，除非业务强依赖于 C，否则不会只需要 C 程序员。这意味着，市场并没有那么多的要求纯 C 语言的程序员职位，也意味着，即使即使你非常熟悉 C，但不熟悉其他语言（即使你能很快学会其他语言），也很可能找不到 C 相关的工作。（也有例外，强如 Linus 的人除外）；另一方面，一个 C 专家肯定得是一名 Real 程序员且且英文良好，因为 C 程序员绕不开操作系统和网络的原始文档，虽然部分文档中某些重要的部分被不完整的翻译为了中文，但整体并没有实时更新的中文版本。如果公司需要 C 程序员维护现有程序，中文文档也还够，从 Unix/Linux 入手需看看 POSIX、多线程、Socket、异步编程、并发模型，性能调优，网络协议、网络安全，从 Windows 入手需懂得 Windows API 和 SDK，GUI 编程，Direct X 编程。如果公司需要创立新产品，核心部分很可能没有中文文档。

值得注意的是，我关于职业个人观点也许只适用这几年，未来如果 C 程序员就业市场发生了变化，比如新的技术兴起，IoT、边缘计算、穿戴设备，旧的技术没落都有周期，自也不必惊讶。世界本就是三十年河东、三十年河西。对于 C 来说，未来职位趋势是 L 型减少的，但已经入局的人始终可以稳固掌控计算机系统层级的东西，六十年也并不久，计算机结构依然是冯·诺依曼式的，CPU（Cache） + Memory（RAM+ROM） + Storage + IO Device，没有变化过。

所以，假设你的工作正在使用 C，这里分两种情况：你从事的领域指定使用 C，比如芯片、实时系统、 C 嵌入式开发、游戏引擎、音频、视频算法等，你可以继续在行业潜心发展；你从事的业务你所在公司用 C 实现的，但行业内还有其他语言实现，这种情况下，不妨未雨绸缪，关注系统编程语言的发展，比如考虑学习 Rust，相比其他语言，它有着结构化的竞争优势还呈快速增长趋势，已被 Linux 和 Windows 和 Web 世界接纳的系统编程语言，比如考虑学习 Go，它的作者之一，也是 C 的作者之一。

使用 C

C 优秀，但 C 也有不少陷阱与缺陷；我在其他语言的编程习惯是，只用最通用和最简单的特性，但在 C 这里会不适用了，C 的特性是为编写操作系统极致控制机器而生，C 总会使用也应使用到。

使用前

如果有本书叫做《C 的食用指南》，那么会分为几块来讲述：首先是准备食材，其次是烹饪调味，最后即可起锅食用。

准备食材。最需要了解的是 C 食谱——语法和库。遵循这些，即可编写 C 程序源代码，代码介质不重要，大脑里、写在纸上、输入在文本编辑器中——重要的是遵循语法并利用库表达程序的思想。

C 语法和库是世界标准，经历了多个版本，从最初的 K&R C、ANSI C，到 C99，C11 等，其主要成分基本不变（计算机体系结构也没有变，只是现代计算机系统相互组合为分布式了），所以一个较懒的做法是只学习一种旧的却广泛使用的标准，就是 C99。目前来看此版本会保持向后兼容，有很多库并不追新就会停留在 C99。

烹饪调味。这需要选一口好锅。即编译、调试、验证，看看程序功能是否满足预期。在进入 C 语法的讲述前，程序员们喜欢挑选一款自己喜欢的文本编辑器，这可不是一件简单的事，传说不通阵营还发生过”圣战“，可见这个过程充满仪式感，就好比哈利波特在奧利凡德商店挑选魔杖一般。如果你对此没把握或不熟悉，可以进入 C 的工具和 C 编译器中先准备准备再继续阅读。有了文本编辑器和编译器，则可以开始编译、调试、验证，一个有追求的厨师，会反复做，反复测试。

起锅食用。重复烹饪调味直到程序达到了预期后，会把得到的菜端上桌子供客人食用。菜就是编译出的最终程序。客人或许不知道你是怎么做出来的，但一定能试出菜好不好吃。

hello world

语言的创造者们，总是以 hello world 程序开始讲述，K&R C 的 hello world 程序如下，就是我们常说的源代码。

#include <stdio.h>

main()
{
    printf("hello, world\n");
}

以上文本文件通过构建会生成可执行文件，构建又可分为编译和链接两步，满足操作系统格式的可执行文件则能在操作系统中运行了。

构建（Build） = 源代码（source code）->(编译 Compile)->目标代码（object code）->(链接 Link)->可执行文件

学习使用 C 需要亲自进行构建实践，根据天赋的差异，每个人可能需要 Build 几百次到几万次不等，才会真正学会它。

假设你在 Windows 上使用，我会推荐 EverEdit 文本编辑器，它自带 C 模式中含有 TCC 编译器，是学习 C 编程的简单起点。可以通过 TCC 菜单下的 Run，运行这段代码。TCC Run 背后省略了上述过程，直接运行了生成的可执行文件。

C 语法

系统的讲述 C 语法这件事，已有非常好的出版物和在线参考，我已经将它们放在了附录部分。

C 工具

文本编辑器

文本编辑器，是初学 C 推荐的，IDE 是工作使用到。在不同的操作系统中，有许多花钱的和不花钱的。

一般不花钱的工具都需要花时间，需要自行配置一下或几下才好用，如 Emacs、VIM、NetBeans、Eclipse、VSCode、Code::Blocks、CodeLite 这几个都是跨平台的，现在 VSCode 有一统天下之势。

也有几个平台专属的好用的：Windows 上毫无疑问选 Microsoft 家的 Visual Studio Community Edition，复杂且完善，它由多个产品合并起来，其前身支持 C 的组件叫做 Visual C++ Express；被时代遗忘的源自名门 Borland Software 的被 Embarcadero 收购的 CodeGear 公司的 C++ Builder Community Edition；BloodShed 的 Dev C++ 5 之前的旧版本也不错的，虽有 bug，但在学校学习 C 是够的。Linux 上 KDevelop 和 Geany 也是有不少人用，macOS 上的 XCode 也是可以写 C 的，但更推荐用它写 Swift。

相比免费的，花钱的 IDE 更自有妙处：如宇宙第一IDE——Visual Studio、IDE中的山王工业 JetBrain CLion，文本编辑器顶流 SublimeText，十年磨一剑的国产文本编辑器 EverEdit，一次付费终身可用的业界良心等，都可以方便的编辑 C 代码。如果对文本编辑器感兴趣，可参考笔者文本编辑器系列文章。

C 编译器

C 编译器由于和平台耦合，都难跨平台。各大操作系统公司也都有自己的 C++ 编译器，一般在什么平台就用官方的就好。

  1. Windows 平台：毫无疑问是 MSVC 最棒，需要利用针对 Intel CPU 优化的也有使用 Intel 公司的。GCC 的实现有 MingW 和 Cygwin，Cygwin 需要一个 dll 中间层，MingW 演化为了 MingW64。
  2. Linux 平台，一般使用 GNU GCC 家族。
  3. macOS 平台，以前用 GCC，现在用 Clang + LLVM。

一些著名 C 语言编译器，也有人用，比如大学时代使用的命令行界面的 Borland Turbo C，小而快的 Tiny C Compiler，自带 IDE 用于教学的 lcc、Windows 的 Pelles C、Watcom C/ Open Watcom C，小型机的 IBM C Compiler，如果使用 Qt 的话，自带 QtCreator 也是不错，但更 C++。

C 更多

C 的思想

其实所谓思想，大多是成功后总结出来的，使用了未来函数，参考价值不大。思想是通过细节传播的，C 诞生于 UNIX，可以从学习《UNIX编程环境》开始进入。

C 的书籍

  • 《The C Programming Language, Second Edition》, Brian W. Kernighan, Dennis M. Ritchie：你可以一开始就看一遍，能懂多少是多少，接着每隔几年再去读一遍。
  • 《C 语言程序设计：现代方法》《C Primer Plus》：这两本可以选择一本读就好了，我个人喜欢前者，但也有很多人喜欢后者，其实只是萝卜青菜的问题，它们各自都非常OK。
  • 《C 和指针》《C 陷阱与缺陷》《C 专家编程》：这三本经常被放在一起提，是因为它们还有其他书籍所不含的东西，去到了其它书没有到过的深度来探讨问题。可以在有实际工作经验后逐步阅读。其中，《C 和指针》非常全面，可以作为复习 C 使用；《C 专家编程》讲述了 C 的历史和设计。
  • 《编写安全的代码》：这本是微软程序员必读之一
  • 《代码阅读》：这本讲解了阅读代码的技术，如果学习开源代码觉得很困难，不妨读完这本再出发。

C 参考

参考

  1. 维基百科 C (programming language) - Wikipedia

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