C Primer plus 第五版

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在本章中你将学习下列内容
。C 的历史和特性
。编写程序所需的步骤
。关于编译器和链接器的一些知识
。C 的标准。
欢迎来到 C 的世界！C语言是一种强大的专业化编程语言，深受业余和专业编程人员
的欢迎。本章为学习和使用这一强大而流行的语言做准备，并介绍了开发 C程序时最
可能使用的几种环境。
首先，让我们来看看 C的起源及其特性，包括它有哪些优点和缺点。接着我们将了解
编程的起源并探讨编程的一些基本原则。最后，我们讨论在一些常见系统上运行 C程
序的方法。
1.1 C 语言的起源
贝尔实验室的 Dennis Ritchie 在1972 年开发了 C，当时他正在与 Ken Thompson 一
起设计 UNIX 操作系统 。然而，C并不是完全由 Ritchie 构想出来的。它来自
Thompson 的B语言，而 B语言则来自。。噢，这又是另外一个故事了。重要的是，C
是作为从事实际编程工作的程序的一种工具而出现的，所以其主要目标是成为一种有
用的语言。
多数语言都以实用为目标，但它们往往也会考虑其他一些方面。例如 Pascal 的主要
目标是为学习良好的编程原则提供一个扎实的基础，而 BASIC 则是模仿英语，以便让
不熟悉计算机的学生能够轻松地学会这种语言。这些目标很重要，但它们不总是与实
际的使用需要相符。而 C 则是为编程人员开发的语言，这使得它成为当今人们首先的
编程语言之一。
1.2 使用 C 语言的理由
在过去的 30 年中，C已经成为最重要和流行的编程语言之一。它之所以得到发展，
是因为人们尝试使用它后喜欢它。过去 10 年中，许多人从 C转而使用更强大的 C++语
言，但 C有其自身的优势，仍然是一种重要的语言，而且它还是通往 C++的必由之路。
学习 C的过程中，你将认识到它的许多优点（见图 1.1）。现在让我们首先来看其中的
几个优点。
1.2.1 设计特性
C 是一种融合了控制特性的现代语言，而我们已发现在计算机科学的理论和实践中，
控制特性是很重要的。其设计使得用户可以自然地采用自顶向下的规划，结构化的编
程，以及模块化的设计。这种做法使得编写出的程序更可靠，更易懂。
1.2.2 高效性
C 是一种高效的语言。 在设计上它充分利用了当前计算机在能力上的优点。C程序往
往很紧凑且运行速度快。事实上，C可以表现出通常只有汇编语言才具有的精细控制
能力（汇编语言是特定的CPU 设计所采用的一组内部指令的助记符。不同的CPU 类型
使用不同的汇编语言）。如果愿意，你可以细调程序以获得最大速度或最大内存使用
率。
1.2.3 可移植性
C 是一种可移植语言。这意味着，在一个系统上编写的 C程序经过很少改动或不经修
改就可以其他系统上运行。如果修改是必要的，则通常只须改变伴随主程序的一个头
文件中的几项内容即可。多数语言原本都想具有可移植性，但任何曾将IBM PC BASIC
程序转换为 Apple BASIC 程序（它们还是近亲）的人，或者试图在 UNIX 系统上运行
一个 IBM 大型机
FORTRAN 程序的人都知道，移植至少是在制造麻烦。C 在可移植性方面处于领先地位。
C 编译器（将 C代码转换为计算机内部使用的指令的程序）在大约40 多种系统上可用，
包括从使用 8位微处理器的计算机到 Cray 超级计算机。不过要知道，程序中为访问特
定硬件设备（例如显示器）或操作系统（如 Windows XP 或OS X）的特殊功能而专门
编写的部分，通常是不能移植的。
由于 C与UNIX 的紧密联系，UNIX 系统通常都带有一个 C编译器作为程序包的一部
分。Linux 中同样也包括一个 C编译器。个人计算机，包括运行不同版本的 Windows
和 Macintosh 的PC，可使用若干种C编译器。所以不论你使用的是家用计算机，专业
工作站还是大型机，都很容易得到针对你特定系统的 C编译器。
1.2.4 强大的功能和灵活性
C 强大而又灵活（计算机世界中经常使用的两个词）。例如，强大而灵活的 UNIX 操
作系统的大部分便是用 C编写的。其他语言（如
FORTRAN，Perl，Python，Pascal，LISP，Logo 和BASIC）的许多编译器和解释器也
都用 C编写的。结果是，当你在一台UNIX 机器上使用 FORTRAN 时，最终是由一个 C
程序负责生成最后的可执行程序的。C程序已经用于解决物理学和工程学问题，甚至
用来为《角斗士》这样的电影制造特殊效果。
1.2.5 面向编程人员
C 面向编程人员的需要。它允许你访问硬件，并可以操纵内存中的特定位。它具有丰
富的运算符供选择，让你能够简洁地表达自己的意图。在限制你所能做的事情方面，C
不如 Pascal 这样的语言严格。这种灵活性是优点，同时也是一种危险。优点在于：许
多任务（如转换数据形式）在 C中都简单得多。危险在于：使用 C时，你可能会犯在
使用其他一些语言时不可能犯的错误。C给予你更多的自由，但同时也让你承担更大
的风险。
另外，多数 C实现都有一个大型的库，其中包含有用的 C函数。这些函数能够处理编
程人员通常会面对的许多需求。
1.2.6
C 确实有一些缺点。和人一样，缺点和优点往往是同一特征相对的两个方面。例如，
我们前面曾说过，C在表达方面的自由会增加风险，尤其是 C 对指针（在本书后面部
分将学到）的使用，意味着你可能会犯非常难以追踪的编程错误。正如以前一位计算
机专家曾经指出的，自由的代价是永远的警惕。
C 的简洁性与其丰富的运算符相结合，使其可能会编写出极难理解的代码。没有谁强
迫你编写含糊难懂的代码，但存在这样的可能性。试问，除 C 之外还有哪种语言存在
一年一度的“含糊代码”（Obfuscated Code）竞赛呢？
此外，C 还有许多的优点，但毫无疑问，C 还有一些缺点。我们不想在这一点上多费
笔墨，还是换一个新的话题吧。
1.3 C 语言的发展方向
20 世纪80 年代初，C 在 UNIX 系统的小型机世界中已经是主导语言了，从那时开始，
它已经扩展到个人计算机（微型机）和大型机（庞然大物）， 许多软件开发商都首选
C 语言来开发其子处理程序，电子表格软件，编译器和其他产品。这些公司知道，C
可以产生紧凑而高效的程序。更重要的是，他们知道这些程序易于修改而且易于适应
新的计算机模式。
对于公司和熟悉 C 语言的人有益的东西，对其他用户同样有益。越来越多的计算机
用户已转身使用 C 以便利用其优点。不一定非得是计算机专业人员才能使用 C
在20 世纪90 年代，许多软件开发商开始转身使用 C++语言来进行大的编程项目。
C++向 C 语言嫁接了面向对象编程工具（面向对象编程是一种哲学思想，它试图让语
言来适应问题，而不是让问题来适应语言）。C++差不多是 C 的一个超集，意味着任
何 C 程序都同时是，或差不多是一个有效的 C++程序。通过学习 C，你还会学习到
C++的许多知识。
不管 C++ 和 Java 这样较新的语言如何流行，C 在软件产业中仍然是一种重要的技
能，在最想获得的技能中，它一般都列在前 10 名。特别是在嵌入式系统的编程中，C
已经开始流行。也就是说，它将用来为汽车，照相机，DVD 播放器和其他现代化设备
中逐渐普及的微处理器编程。同样，C 已开始进入长期以来一直属于 FORTRAN 的科
学编程领域。最后，由于它是一种适合用来开发操作系统的语言，C 在 Linux 的开发中
也扮演着重要的角色。因此，在 21 世纪的前 10 年中，C 仍将保持强劲的势头。
简言之，C 是最重要的编程语言之一，并将继续如此，如果你想找一份编写软件的工
作，则首先你应该能够回答“是”的一个问题就是：“请问 ，你会使用 C吗？”
1.4 计算机工作的基本原理
既然打算学习如何用 C 编程，你就应了解计算机工作原理方面的一些知识。这些知
识会帮助你理解用 C 编写程序与运行该程序时最终会发生的事情之间的联系。
现代计算机可分为几个部件。中央处理单元（或称 CPU）担负着绝大部分的计算工作，
随机访问存储器（或称 RAM）作为一个工作区来保存程序和文件；永久存储器，一般
是硬盘，即使在计算机关机时也能记下程序和文件；还有各种外围设备（如键盘，鼠
标和监视器）用来提供人与计算机之间的通信。CPU 负责处理程序，所以我们集中来
讨论它的功能。
CPU 的工作非常简单，至少在我们所做的这一简短的描述中是这样的。它从内存中获
取一个指令并执行该指令，然后从内存中获取下一个指令并执行，。一个千兆 CPU 可
以在一秒种内进行大约一亿次这样的操作，所以 CPU 能以惊人的速度来从事其枯燥的
工作。CPU 有自己的小工作区，该工作区由若干个寄存器（registers)组成，每个寄存
器可以保存一个数。一个寄存器保存下一条指令的内存地址，CPU 使用该信息获取下
一条指令。获取一条指令后，CPU 在另一个寄存器中保存该指令并将第一个寄存器的
值更新为下一条指令的地址。CPU 只能理解有限的指令（指令集）。还有，这些指令
是相当具体的，其中许多指令要求计算机将一个数从一个位置移动到另一个位置，例
如，从内存单元移到寄存器。
摘要：

在本章中你将学习下列内容。C的历史和特性。编写程序所需的步骤。关于编译器和链接器的一些知识。C的标准。欢迎来到C的世界！C语言是一种强大的专业化编程语言，深受业余和专业编程人员的欢迎。本章为学习和使用这一强大而流行的语言做准备，并介绍了开发C程序时最可能使用的几种环境。首先，让我们来看看C的起源及其特性，包括它有哪些优点和缺点。接着我们将了解编程的起源并探讨编程的一些基本原则。最后，我们讨论在一些常见系统上运行C程序的方法。1.1C语言的起源贝尔实验室的DennisRitchie在1972年开发了C，当时他正在与KenThompson一起设计UNIX操作系统。然而，C并不是完全由Ritchie...

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