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引言

筆者有十余年的C++開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，相比而言，我的C經(jīng)驗(yàn)只有一兩年，C比較簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)單到《The C Programming Language》(C程序設(shè)計(jì)語言)只有區(qū)區(qū)的200多頁，相比上千頁的C++大部頭，不得不說真的很人性化了。

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C精簡(jiǎn)的語法集和標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，讓我們可以把精力集中到設(shè)計(jì)等真正重要的事情上來，而不是迷失在語法的海洋里，這對(duì)于初學(xué)者尤其重要。雖然C有抽象不足的缺點(diǎn)，但我更喜歡它的精巧，只需要花少量的時(shí)間，研究清楚它每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，看任何C源碼就不會(huì)存在語法上的障礙，大家需要建立的知識(shí)共識(shí)足夠少，少即是多，少好于多。

我教過6個(gè)人編程，教過HTML，教過JAVA，也教過C++。最近，我在教我小孩編程，他只有十歲，很多人建議我選擇Python，但我最終選擇了C，因?yàn)镃簡(jiǎn)單且強(qiáng)大，現(xiàn)在看來，好像是個(gè)不錯(cuò)的選擇。

類型

C是強(qiáng)類型語言，有short、long、int、char、float、double等build-in數(shù)據(jù)類型，類型是貫穿c語言整個(gè)課程的核心概念。

struct、union、enum屬于c的構(gòu)造類型，用于自定義類型，擴(kuò)充類型系統(tǒng)。

變量

變量用來保存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是操作的對(duì)象，變量的變字意味著它可以在運(yùn)行時(shí)被修改。

變量由類型名+變量名決定，定義變量需要為變量分配內(nèi)存，可以在定義變量的同時(shí)做初始化。

int i;  
float f1 = 0.5, f2= 0.8; 

常量

const int i = 100; 
const char* p = "hello world"; 

運(yùn)行中恒定、不可變，編譯期便可確定。

數(shù)組

光有簡(jiǎn)單變量顯然不夠，我們需要數(shù)組，它模擬現(xiàn)實(shí)中相同類型的多個(gè)元素，這些對(duì)象是緊密相鄰的，通過數(shù)組名+位置索引便能訪問每個(gè)元素。

二維、三維、高緯數(shù)組本質(zhì)上還是線性的，二維數(shù)組通過模擬行列給人平面的感覺，實(shí)際存儲(chǔ)上還是連續(xù)內(nèi)存的方式。

數(shù)組是靜態(tài)的，在定義的時(shí)候，數(shù)組的長(zhǎng)度就已經(jīng)確認(rèn)，運(yùn)行中無法伸縮，所以有時(shí)候我們不得不為應(yīng)付擴(kuò)充多分配一些空間。數(shù)組元素不管用多用少，它都在哪里，有時(shí)候，我們會(huì)用一個(gè)int n去界定數(shù)組實(shí)際被使用的元素個(gè)數(shù)。

函數(shù)

函數(shù)封裝行為，是模塊化的最小單元，函數(shù)使得邏輯復(fù)用變得可能。

C是過程式的，現(xiàn)實(shí)世界都可以封裝為一個(gè)個(gè)過程(函數(shù))，通過過程串聯(lián)和編排模擬世界。

用C編程，行為和數(shù)據(jù)是分離的。調(diào)用函數(shù)的時(shí)候，調(diào)用者通過參數(shù)向函數(shù)傳遞信息，函數(shù)通過返回值向調(diào)用者反饋結(jié)果。

函數(shù)最好是無副作用的，函數(shù)內(nèi)應(yīng)該盡量避免修改全局變量或者靜態(tài)局部變量，更好的方式是通過參數(shù)傳遞進(jìn)來，這樣的函數(shù)只是邏輯的盒子，它滿足線程安全的要求。

有了變量和函數(shù)，就可以編寫簡(jiǎn)單的程序了。

控制語句

• 分支：if 、else、else if、switch case、?:
• 循環(huán)：while、do while、for
• break、continue、goto、default

結(jié)構(gòu)體

build-in數(shù)據(jù)類型不足以描繪現(xiàn)實(shí)世界，或者用build-in類型描述不夠直接，結(jié)構(gòu)體用來模擬復(fù)合類型，它賦予了我們擴(kuò)充類型系統(tǒng)的能力，我們把類型組合到一起構(gòu)建更復(fù)雜的類型，而每個(gè)被組合的成分就叫成員變量。

結(jié)構(gòu)體內(nèi)的成分，對(duì)象通過點(diǎn)(.)運(yùn)算符，指針通過箭頭(->)訪問成員。

指針

C的靈魂是指針，指針帶來彈性，指針的本質(zhì)是地址。

需要區(qū)分指針和指針指向的對(duì)象，多個(gè)指針變量可指向同一個(gè)對(duì)象，一個(gè)指針不能同時(shí)指向多個(gè)對(duì)象。

指針相關(guān)的基本操作包括：賦值(修改指針指向)，解引用(訪問指針指向的對(duì)象)，取地址(&variable)，指針支持加減運(yùn)算。

因?yàn)橹羔樧兞恳芨采w整個(gè)內(nèi)存空間，所以指針變量的長(zhǎng)度等于字長(zhǎng)，32位系統(tǒng)下32位4字節(jié)，64位系統(tǒng)下64位8字節(jié)。

指針的含義遠(yuǎn)比上述豐富，指針跟數(shù)組結(jié)合便有了指針數(shù)組(int* p[n])和數(shù)組指針(int (*p)[n])，指針跟函數(shù)結(jié)合便有了函數(shù)指針(ret_type (*pf)(param list))，指針跟const結(jié)合便有了const char*/char* const/const char* const，還有指向指針的指針(int **p)。

既可以定義指向build-in數(shù)據(jù)類型的指針，也可以定義指向struct的指針，void*表示通用(萬能)指針，它不能被解引用，也不能做指針?biāo)阈g(shù)運(yùn)算。

函數(shù)指針與回調(diào)(callback)

c source code被編譯鏈接后，函數(shù)被轉(zhuǎn)換到可執(zhí)行程序文件的text節(jié)，進(jìn)程啟動(dòng)的時(shí)候，會(huì)把text節(jié)的內(nèi)容裝載到進(jìn)程的代碼段，代碼段是c進(jìn)程內(nèi)存空間的一部分，所以任何c函數(shù)都會(huì)占一塊內(nèi)存空間，函數(shù)指針就是指向函數(shù)在代碼段的第一行匯編指令，函數(shù)調(diào)用就會(huì)跳轉(zhuǎn)到函數(shù)的第一個(gè)指令處執(zhí)行。

函數(shù)指針經(jīng)常被用來作為回調(diào)(callback)，c語言也會(huì)用包含函數(shù)指針成員的結(jié)構(gòu)體模擬OOP，本質(zhì)上是把C++編譯器做的事情，轉(zhuǎn)給程序員來做(C++為包含虛函數(shù)的類構(gòu)建虛函數(shù)表，為包含虛函數(shù)的類對(duì)象附加虛函數(shù)表的指針)。

字符串

char*是一類特殊的指針，它被稱為c風(fēng)格字符串，因?yàn)樗偸且?lsquo;\0’作為結(jié)尾的標(biāo)識(shí)，所以要標(biāo)識(shí)一個(gè)字符串，有一個(gè)char*指針就夠了，字符串的長(zhǎng)度被0隱式指出，跟字符串相關(guān)的STD C API大多以str打頭，比如strlen/strcpy/strcat/strcmp/strtok。

內(nèi)存和內(nèi)存管理

指針提供了c語言直接操作底層內(nèi)存的能力，c程序區(qū)分棧內(nèi)存和堆內(nèi)存，棧內(nèi)存是函數(shù)內(nèi)的局部變量，它隨程序執(zhí)行而動(dòng)態(tài)伸縮，所以不要返回臨時(shí)變量的指針，棧內(nèi)存容量有限(8/16M)，所以我們要避免在函數(shù)內(nèi)創(chuàng)建過大的局部變量，要警惕遞歸爆棧。

堆內(nèi)存也叫動(dòng)態(tài)內(nèi)存，它由一個(gè)叫動(dòng)態(tài)內(nèi)存配置器的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)組件管理，glibc的默認(rèn)動(dòng)態(tài)內(nèi)存配置器叫ptmalloc，初始版本有性能問題，但后面用線程私有解決了競(jìng)爭(zhēng)改善了性能。動(dòng)態(tài)內(nèi)存配置器是介于kernel與應(yīng)用層的一個(gè)層次，從內(nèi)核視角看ptmalloc是應(yīng)用程序，從應(yīng)用層來看ptmalloc又是系統(tǒng)庫(kù)。malloc跟free必須配對(duì)，這是程序員的職責(zé)，動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存丟失引用就會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄漏，指向已釋放的內(nèi)存塊俗稱野(懸垂)指針。

預(yù)處理

從c source file到可執(zhí)行程序需要經(jīng)過預(yù)處理-編譯-匯編-鏈接多個(gè)階段，預(yù)處理階段做替換、消除和擴(kuò)充，預(yù)處理語句以#打頭。

宏定義，#define，宏定義可以用\做行連接，#用來產(chǎn)生字符串，##用來拼接，宏定義的時(shí)候要注意加()避免操作符優(yōu)先級(jí)干擾，可以用do while(0)來把定義作為單獨(dú)語句，#undef是define的反操作。

#if #ifdef #ifndef #else #elif #endif用來?xiàng)l件編譯，為了避免頭文件重復(fù)包含，經(jīng)常用#ifndef #define #endif。

#include用來做頭文件包含;#pragma用來做行為控制;#error用來在編譯的時(shí)候輸出錯(cuò)誤信息。

__FILE__、__LINE__、_DATE_、_TIME_、_STDC_等標(biāo)準(zhǔn)預(yù)定義宏可以被用來做一些debug用途。

#typedef用來定義類型別名。比如typedef int money_t;money_t比int更有含義。

typedef也能用來為結(jié)構(gòu)體取別名，有時(shí)候會(huì)這樣寫：

typedef struct 
{ 
  int a; 
  int b; 
} xyz_t; 

這樣在定義結(jié)構(gòu)體變量的時(shí)候就可以少敲幾下鍵盤。

typedef也可以用來重定義函數(shù)指針類型，比如 typedef void (*PF) (int a, int b); PF是函數(shù)指針類型，而非函數(shù)指針變量。

枚舉

枚舉能增加代碼可讀性和可維護(hù)性，枚舉本質(zhì)上是int，只是為了更有含義，將有限取值的幾個(gè)int值放在一組，比如定義性別：enum sex { male = 1, female };

可以在定義的時(shí)候賦值，比如male=1，后面的值依次遞增1，如果不賦值則從0開始。

聯(lián)合體(union)

結(jié)構(gòu)體和聯(lián)合體(共用體)的區(qū)別在于：結(jié)構(gòu)體的各個(gè)成員會(huì)占用不同的內(nèi)存，互相之間沒有影響;而共用體的所有成員占用同一段內(nèi)存，修改一個(gè)成員會(huì)影響其余所有成員。

union u_data 
{ 
    int n; 
    char ch; 
    double f; 
}; 

其實(shí)本質(zhì)上，聯(lián)合體就是對(duì)一塊內(nèi)存的多種解釋，大小按最大的來。

位域(bitfield)

struct SNField 
{ 
       unsigned char seq:7 ;        // frame sequnce 
       unsigned char startbit:1 ;   // indicate if it's starting frame 1 for yes. 
};    

節(jié)省空間，在面向底層的編碼，或者編寫處理網(wǎng)絡(luò)等程序時(shí)候用的比較多，注意這個(gè)語法特征是跟機(jī)器架構(gòu)相關(guān)的。

位操作

1. 位與 &
2. 位或 |
3. 位取反 ~
4. 位異或 ^
5. 位移 << >>

static、extern、register、volatile、sizeof

1. static修飾全局函數(shù)，表示模塊內(nèi)(編譯單元)內(nèi)可用，不需要導(dǎo)出全局符號(hào)。
2. static修飾局部變量，意味超越函數(shù)調(diào)用的生命周期，不存儲(chǔ)在棧上，只會(huì)被初始化1次。
3. extern聲明外部變量。
4. register，寄存器變量，建議編譯器將變量放在寄存器里。
5. volatile，告訴編譯器不要做優(yōu)化，每次從內(nèi)存讀取，不做寄存器優(yōu)化。
6. sizeof求大小，可以作用于變量，類型，表達(dá)式

可變參數(shù)

void simple_printf(const char* fmt, ...) 
va_list、va_start、va_arg、va_end 

C的高級(jí)感

1. 泛型：linux內(nèi)核鏈表，通過offset和內(nèi)嵌node，寫出泛型鏈表，參考：https://www.cnblogs.com/wangzahngjun/p/5556448.html
2. OOP：通過定義帶函數(shù)指針成員變量的結(jié)構(gòu)體，在運(yùn)行中，為結(jié)構(gòu)體對(duì)象設(shè)置上函數(shù)指針，模擬運(yùn)行時(shí)綁定，實(shí)現(xiàn)類似OOP多態(tài)的感覺。

GNU C擴(kuò)展

GNU C擴(kuò)展不是標(biāo)準(zhǔn)C，建議以符合標(biāo)準(zhǔn)C的方式編寫C代碼，但如果你閱讀linux kernel code，你會(huì)發(fā)現(xiàn)有很多有趣看不懂的語法，它來自GNU C擴(kuò)展，它確實(shí)也帶來了一些便利性。

比如結(jié)構(gòu)體成員可以不按定義順序初始化：

struct test_t { int a; int b; };  
struct test_t t1 = { .b = 1, .a = 2 }; 

比如可以通過指定索引初始化數(shù)組：

int a[5] = {[2] 5，[4] 9};

或 int a[5] = { [2] = 4, [4] = 9 };

相當(dāng)于int a[5] = {0, 0, 4, 0, 9};

或者int a[100] = {[0 ... 9] = 1, [10 ... 98] = 2, 3};

比如0長(zhǎng)度數(shù)組

struct foo 
{ 
   int i; 
   char a[0]; 
}; 

比如用變量作為數(shù)組長(zhǎng)度

void f(int n) 
{ 
    char a[n]; 
    ... 
} 

比如case范圍，case 'A' ... 'Z' case 1 ... 10

比如表達(dá)式擴(kuò)展({...})，比如三元運(yùn)算符擴(kuò)展...

更多擴(kuò)展請(qǐng)參考：https://my.oschina.net/LinuxDaxingxing/blog/751319