C语言——1.入门须知

limou34342023-11-20 15:43

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前要：先说在前头，由于对于初学者来说，很多知识模块都是缺失的，因此很多术语看不懂是很正常的（请您不要放弃）。在今后的C系列文章里，我会尽可能简化、形象化我的表述语言，并且给出一些资源链接和资源推荐。
概要：本节主要是一些对C语言的先导认知，不会讲解太深入，并且如果有些词语令您费解，那么您可以选择跳过，以后再来查看。

本文最重要的地方就是有关编译器软件Visual stdio 2022的下载。这类似写小说时需要使用的office word软件，写代码也需要使用一些软件。

1.C语言的简要概述

1.1.C语言类比自然语言

平时我们说的语言（汉语、英语...）就是人与人之间的交流语言，而编程语言就是人与计算机的交流语言。C语言就是众多编程语言中的一种（其他流行语言：python、Java、C++、C#、Go、JS）

1.2.计算机语言的发展

而计算机语言不是凭空出现的，是有一定的发展阶段的：

  1. 一开始程序员都是直接使用二进制，并且需要查询手册，使用打孔机将孔打在纸条上，有孔和没孔代表1/0两种状态，然后交给计算机处理计算

  2. 二进制使用起来过于繁琐，需要记忆不同的指令或者反复查找指令手册。

    而后来使用的汇编语言，是由一个个助记符构成的，比如说：想实现加法运算，假设加法指令的二进制代码是01011，这个时候给二进制01011命名为Add的加法指令，于是输入Add就就可以实现指令01011，其中Add就是一个助记符

  3. 后面诞生了BCPL语言、B语言，最终演化到了C语言的诞生（在当时，对比二进制输入和汇编语言，C语言是极其方便的语言）

  4. 然后就开始出现了其他语言的发展，例如：Java、C++、Python。

1.3.C语言在当今的地位

那么是否有必要学习C语言呢？C语言于1978年问世（已经是属于比较早远的语言了），可以从图中看出，即使过了这么久C语言仍然是程序员们热门的语言之一，常年占据前几名的位置，干掉了不少的语言。

补充：以上数据截止于2023年10月14日，来源TIOBE指数 - TIOBE（TIOBE编程社区指数是编程普及程度的指标语言，该指数每月更新一次）。

从使用规模上来看，C还是值得我们学习的，尽管它属于比较古老的编程语言，但是学习C的过程，会帮助我们更深入学习其他计算机知识。

1.4.C语言的优势和劣势

1.4.1.C语言的优势

下面的优势您可能现在还感觉不出来，您姑且一看即可，以后再来慢慢了解。

  1. 设计特性：其模块化设计和结构化编程的特点，使得写出的程序易懂易读（这是对比汇编语言而言的）。
  2. 高效性：由于C是偏向计算机底层的语言（用C可以很直接操控某些硬件），可以充分利用计算机的优势，具有汇编语言的微调控制能力，可以更高效使用内存、运行速度很快（对比其他语言）。
  3. 可移植性：可移植性是难得的特性，C出名原因之一就有这一点，您编写出来的同一份标准C代码在稍作修改甚至不修改的情况下，可以运行在其他机器上。不过需要注意的是，在某些硬件设备，例如：显示监视器或操作系统特殊功能编写的部分，通常是不可移植的。
  4. 强大且灵活，我曾在CoolShell上看到一句很酷的话："C语言不用多说，现今这个世界上几乎所有重要的软件都跟C有直接和间接的关系，操作系统、网络、硬件驱动等等。说得霸气一点儿，这个世界就是在C语言之上运行的"。
  5. 面向程序员：C语言满足程序员的需求，程序员可以利用C方便地访问硬件、操作内存中的位。并且C的类型检查不像C++那么严格，这样做的好处是很多任务采用C都十分简洁（坏处是容易犯错）。
  6. 库函数：包含众多程序员基础使用的C函数（但是没有直接的数据解构结构）。

1.4.2.C语言的劣势

实际上C语言的很多好处都有可能转化为坏处。

  1. C太过于自由，太信任程序员，这点在指针的使用上尤为突出，使用指针时，稍不注意就会导致程序崩溃，程序员需要对自己的C代码负责（这也提醒您，在后续学习中，遇到的第一个难点很可能就是指针）。
  2. C语言紧凑且简洁，有大量的运行，因此有可能写出令人费解的代码，甚至有"国际C语言混淆代码大赛（IOCCC）"的存在，这是只有C语言才独有的大赛。

2.C语言的应用场景

  1. 撰写操作系统：小型计算机（例如：UNIX系统，类似于Windows系统，也是一种电脑操作系统）、个人计算机、大型计算机等。
  2. 嵌入式开发：这些系统通常被嵌入到其他设备中（例如：智能手表、飞机、导弹、照相机等）C语言在单片机开发，嵌入式开发用的特别多，近几年物联网又让C语言掀起热潮！
  3. C还有一些应用场景，感兴趣的话您也可以查找一下其他相关知识。

补充：关于计算机的硬件知识，我觉得您有必要了解一下，您至少需要知道一点基础的计算机硬件知识，这对未来计算机技术的学习特别是对C语言的学习有很大的帮助。您可以看看我的另外一篇文章：《简明计算机运行结构》。

3.C语言的学习路径

相信在前面的铺垫下，您对C有了一个初步的了解，因此有必要谈及未来学习C的道路和方法。

3.1.学习目的

  1. 完整了解C语言的语法和规则
  2. 数量使用C语言的语法和规则，形成一定的编程思维，可以使用C写出一些符合要求的基本算法
  3. 借助C来理解很多计算机相关的概念

3.2.学习路径

学C好歹应该了解需要学什么板块吧？可以看看这份思维导图：C语言思维导图，看完这份思维导图可以明确C语言的大概路径。

3.3.学习资源

3.3.1.推荐书籍

  1. 首推《C primer plus》。好处很多：全面、真的很全面，几乎涵盖了C89和C99的所有C语言基本特性，有非常深入的解析，还有大量的代码例子

    不过坏处也很明显：很厚，一个新手很容易半途而废，看完这本书至少需要3个月（但是会随着对C的熟练越看越快，我自己都看了3遍，每次都很有收获）。

  2. 《明解C语言 入门篇（第三版）》这本书的作者是一个日本人，该书在日本广受欢迎，是本不错的入门书，比上面那本书要容易读一些。

3.3.2.推荐课程

首推鹏哥C语言：C语言程序设计从入门到进阶，这个教程真的秒杀市面上很多基础教程，懂得灵活用C是高手，但是会教会别人C更是高手中的高手，鹏哥完全可以胜任这份工作，这份视频也是我的第一份入门视频。

3.3.3.推荐题库

在学习C语言的过程中，最重要的是实践，也就是上机编写代码，这里推荐几个题库平台：牛客网、力扣、PTA。

这些题库很不错，都有大量的题库，不过新手推荐在有一定的C语言基础上刷下面这几个题单：

  1. 牛客网基础语法篇
  2. PTA基础编程题目
  3. PTA程序设计练习集

3.4.学习方法

3.4.1.多敲写代码

多多敲代码，不要嫌弃繁琐的敲键盘过程！

3.4.2.多撰写博客

在其他方面，我推荐您在CSDN上撰写自己的学习经历，就像我自己写的博文那样，写博文的意义有以下几个：

  1. 与他人分享知识
  2. 整理、理清自己的学习思路，更好掌握知识
  3. 方便以后自己修改复习使用
  4. 面试是一个加分选项，有博客的人和没博客的人在面试的时候是两个档次的

3.4.3.多推送代码

我推荐注册一个Gitee账户，并且在Gitee平台上推送自己的代码作为记录，这点在面试的时候也是加分项，相关的注册和使用可以看这个视频：Gitee(码云)的注册和代码提交。

对于一名"普通"在校大学生的建议节奏就是：以"上网课为主线，看书刷题为副线，博客为顺便"最好（当然，要根据实际情况）。

补充1：上面这些我写得比较简短，您还可以看一下bilibili上的这一段直播录播，里面会更加详细一些：零基础如何学好C语言？。

补充2：还有一篇2018年的文章也值得一看程序员练级攻略（2018)作者是陈皓老师，今年（2023年）因心梗去世没多久。除了这一篇文章，还写了另外一个专栏，不过那个专栏在"极客时间"平台里，是收费的（不过价格还行，内容也不错，值得买来一看）

4.C语言的各大标准

4.1."C标"的概念

一门语言需要被其他人拿去沟通，就必须拥有规则的语法体系，例如：汉语中形容词可以修饰一个名词，这是汉语的语法规则。不同语言可能会有相同的规则，也有可能会有不相同的规则。同理，要想要和计算机正常交流，就必须学好C的语法，也就是"C标准"。

C语言在一开始没有标准这一说法，各个公司使用C语言时都采用了不同的标准，于是产生了语言歧义，这个时候就出现了一些关于使用C的标准。

"C语言的标准"即"C标"，是一种编写代码的约定，"C标"让我们能够向计算机更加准确、规范表达我们的需求，一种编程语言的流行是需要一个标准的，否则很可能半途废掉。

4.2."C标"的分类

C的标准有很多，常见的有：

  1. 《The C Programming Language（C语言程序设计）》的第一版是公认的C标准，称为K&R C或"经典C"，该书的附录"C语言参考手册"是实现C的指导标准。但是这本书只是定义了什么是C语言，并没有定义C库，而C很依赖库，后来的UNIX实现提供的库逐渐变成了标准库（库就是函数库，里面存放了一些库函数，可以被直接调用，用来执行一些简短的任务）。
  2. 美国国家标准协会（ANSI）于1983年组建委员会（X3J11），在1989年公布了ANSI C标准。而国际标准化组织在1990年采用了这套标准，也叫"ISO C标准。因此"ANSI C"和"ISO C"实际上是完全相同的标准，"ANSI/ISO C"的最终版本也就是后来的"C89标准"或"C90标准"。
  3. C89（也叫ANSI C）、C90的后继标准还有：C95、C99、C11、C17......未来也还有更加新的标准，这其实也侧面说明C还是非常流行的（因为仍在不断更新），但可惜只有C99之前的标准才更加流行。

这里需要注意，语言标准并不是越新就越好，新标准需要时间的沉淀！

不过其中仍有一些新的特性也值得我们学习，例如：柔性数组、变长数组等，这一部分我们以后再提及。

5.C语言的代码结构

首先让我们了解一下C语言这类编译型语言的使用步骤：

  1. 定义程序的目标
  2. 在纸上/脑中设计程序
  3. 在编译器内编写代码
  4. 编译和运行程序
  5. 测试和调试代码
  6. 维护和修改代码

这里只是提及一下，随着语言的深入，您会明白这些步骤的。

5.1.程序文件结构

要构成完整的C程序，首先需要有三个文件：

  1. 一个文件是"头文件（.h后缀的文件）"
  2. 另外两个文件是"源文件（.c后缀的文件）"

一般来说，头文件的内容是函数的声明，另外两个源文件的内容分别是函数的定义和main()所在的文件。

补充：什么是函数呢？在编程语言的函数和数学意义上的函数有些许不同，数学意义上的函数更多是一种输入数据和输出数据的关系，但是编程语言的函数不仅仅可以做到这一点，还可以完成一些额外的任务或者动作。

而一个函数需要被定义和声明，"定义"就是定义出函数具体要做的事情，"声明"就是提前告知编译器："我要使用这个函数了，你注意一下"。

但是，我们先不纠结C程序的文件结构，我们在短时间内先只使用一个源文件来写C代码，这样更好入门，等我们学完函数后再来重新提及文件结构。

5.2.程序内容结构

我们先来讲讲单独一个源文件（.c后缀文件）内部怎么写C代码，我先给您一份实际的C代码，这份代码里暂时只有一个main()和一个printf()：

cpp 复制代码 
//源文件内部
#include <stdio.h>//包含标准头文件
int main()//main函数是主函数，每一个C语言代码的入口都在这里
{
    printf("hello word\n");//向屏幕打印一串字符"hello word"，然后换行  
    return 0;//返回返回值为0 
}

注意：以后我们会在这个main()内加入其他的内容。

这都是什么意思呢？别急，下面会一一解释。

5.2.1.主函数main()

main()叫做作"主函数"，是整个程序的入口，在整个C程序中有且只能有一个。

无论C语言的代码有多少行，都必须要先从main()开始执行，我们看一份C代码的时候，可以选择从main()开始分析代码。

这里需要注意，mian函数有多种写法：

  1. 第一种：常见的写法（比较多，初学者只需要使用这种就可以）

    cpp 复制代码 
    int main()
{  
    /*这里写上其他的C代码*/
    return 0;
}

  2. 第二种：这种写法过于古老了，不建议使用，但是有的老教材可以看到这种写法

    cpp 复制代码 
    void main()
{  
    /*这里写上其他的C代码*/
    return 0; 
}

  3. 第三种：也可以（目前很少写，以后在来讲解）

    cpp 复制代码 
    int main(int argc, char* argv[], char* env[]) 
{  
    /*这里写上其他的C代码*/
    return 0; 
}

  4. 第四种：如果这样写也可以

    cpp 复制代码 
    int main(void)
{  
    /*这里写上其他的C代码*/
    return 0; 
}

5.2.2.打印函数printf()和标准头文件stdio.h

写一个C代码需要使用（或者叫"调用"）很多函数，而一个函数需要有函数声明（告知这个函数是什么，有什么样的参数）和函数定义（这个给函数的具体实现逻辑）才可以被我们使用/调用。

而printf()是C语言已经提前定义好的库函数（不需要我们自己实现），而标准头文件stdio.h则是标准库中的其中一个头文件，内部包含printf()的声明，在代码一开头中写入#include <某个头文件.h>，就是写入了printf()的声明。

printf()可以打印出括号内的内容到控制台上（就是一个黑色的小框框），后面运行代码的时候就可以看到。

类比：这里的include的使用就相当于：使用了别人的东西（标准头文件stdio.h），需要打个招呼（#include<stdio.h>），然后才能使用printf()。

在未来我们会学习更多这样的库函数，使用这些库函数也都需要包含对应的头文件。

5.2.3.返回值return 0

简单来说：一个C代码运行成功后程序就会返回一个0值，实际上在C语言中很多函数都具有返回值，这个return 0实际上就是main()函数的返回值。

6.C代码的编译运行

通过 5.C语言的代码结构 我们得到了第一份C语言代码：

cpp 复制代码 
//源文件内部
#include <stdio.h>//包含标准头文件
int main()//main函数是主函数，每一个C语言代码的入口都在这里
{
    printf("hello word\n");//向屏幕打印一串字符"hello word"，然后换行  
    return 0;//返回返回值为0 
}

可是光有代码是不行的，我们要让代码跑起来呀！这就需要通过编译器编译C语言代码了。那么接下来我们怎么编译（也就是翻译成计算机能够识别的机器代码）这个C代码并且运行起来呢？

在不同操作系统上，不同的编译方法有很多。但是我们都需要一个编译器或者IDE软件（IDE集合了编辑器、编译器、链接器这些组件我们以后学习C语言的编译链接过程就能明白）

我们先来简单理解一下什么是编译器：C语言是给人看懂的，计算机只能读懂二进制。简单来讲，编译器可以把我们写的代码转化为二进制让电脑能够理解（编译器是一名优秀的翻译家，好的编译器能得到更好的翻译，让计算机更好的理解我们的需求，运行代码的效率就更快）

6.1.Windows下的编译运行

在Windows下，常见的编译器软件有：MSVC、GCC、Visual stdio系列、code blocks、Clang、SUBLIME、WIN-TC、Turbo C等等。

需要注意的是，VS2022应该叫集成开发环境（缩写为IDE），是编辑器、编译器（例如：msvc）、调试器等组件的集合开发环境，一体式安装，即装即用，非常适合编程新手。

而最近这几年火的VSCode是个编辑器，不能独自进行编译，但是可以安装插件形成极具个性化的开发工具，但是配置环节能难倒很多编程新手，这里我们只是简单提及一下。

在我的文章系列，有关C/C++的代码编写和运行都是使用的Visual stdio 2022，偶尔使用VSCode或者gcc，因此我推荐您下载Visual stdio 2022，有关于Visual stdio 2022的安装和使用可以到我的另外一篇博文：《安装并使用VS》

补充：如果在使用VS2022的时候出现控制台一闪而过的问题（就是闪过一个黑色小框框），可以试试在 return 0; 的前面加上 getchar()函数。

6.2.Linux下的编译运行

在Linux下编译代码一般使用gcc/g++编译器，这个我们无需理会。

我相信有很多编程新手的学习机器大都是Windows或者MacOS的电脑，因此如果您想深入了解的话，你必须懂得Linux命令行的操作，可以看看我的Linux博文系列《Linux系列》，然后再去了解使用gcc/g++编译器。

6.3.MacOS下的编译运行

由于我对MacOS并不太熟悉，您可以查询网络资料，若是以后我更换Mac机器了，我会再回来这里补充推荐。

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