c语言快速入门2020版2快速入门

2021-06-23  本文已影响0人  python测试开发

本章将开发你的第一个C语言程序：传统的 "Hello, world!"程序。然后讨论一些编辑器和编译器的选项，并阐述移植性问题。

Hello, world!

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void) {
    puts("Hello, world!");
    return EXIT_SUCCESS;
}

在Linux和其他类似Unix的操作系统上，你可以用cc命令调用系统编译器:

$cc hello.c
$ls
a.out  hello.c
$./a.out
Hello, world!
% cc -o hello hello.c
% ./hello 
Hello, world!

cc命令有许多标志和编译器选项。例如，-o文件标志让你给可执行文件起名字，而不是a.out。下面的编译器调用命名了可执行文件hello。

hello.c程序的前两行使用了#include预处理器指令，它的行为就像你在完全相同的位置用指定文件的内容替换它一样。我们包括<stdio.h>和<stdlib.h>头文件来访问这些头文件中声明的函数，然后我们可以在程序中调用这些函数。puts函数在<stdio.h>中声明，而EXIT_SUCCESS宏在<stdlib.h>中定义。正如文件名所示，<stdio.h>包含了C语言标准I/O函数的声明，而<stdlib.h>则包含了一般实用函数的声明。你需要包括你在程序中使用的任何库函数的声明。

C定义了两种可能的执行环境：独立的和托管的。独立环境可能不提供操作系统，通常用于嵌入式编程。这些执行环境提供了一套最小的库函数，程序启动时调用的函数的名称和类型是执行环境定义的。

我们定义main返回int类型的值，并将void放在括号内，表示该函数不接受参数。int类型是有符号的整数类型，可以用来表示正、负整数值以及零。与其他程序性语言类似，C语言程序由可以接受参数和返回值的过程(称为函数)组成。每个函数都可重用，你可以根据需要在程序中频繁调用。在本例中，主函数返回的值表示程序是否成功终止。
puts("Hello, world!")打印出"Hello, world!"。 puts函数是标准库函数，它将字符串参数写入stdout（通常代表控制台或终端窗口），并在输出中附加一个换行符。

return语句退出程序，向主机环境或调用脚本返回一个整数值。EXIT_SUCCESS是类似对象的宏，通常扩展为0，通常定义为:#define EXIT_SUCCESS 0。

检查函数的返回值

函数通常会返回一个计算结果的值，或者表示函数是否成功完成了它的任务。例如，我们在 "Hello, world!"程序中使用的puts函数需要打印字符串并返回一个int类型的值。如果发生写入错误，puts函数返回宏EOF的值（一个负整数）；否则，它返回一个非负的整数值。

尽管对于我们的简单程序来说，puts函数不太可能失败并返回EOF，但这是可能的。因为对puts的调用可能会失败并返回EOF，这意味着你的第一个C程序有bug，或者，可以按以下方法改进。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void) {
    if (puts("Hello, world!") == EOF) {
        return EXIT_FAILURE;
    }
    return EXIT_SUCCESS;
}

注意(puts("Hello, world!")一定要有括号，否则编译会报错：

c$ cc hello2.c 
hello2.c: In function ‘main’:
hello2.c:5:5: error: expected ‘(’ before ‘puts’
    5 |  if puts("Hello, world!") == EOF {
      |     ^~~~
      |     (

格式化的输出

puts函数是一种将字符串写入stdout的简单好方法，但最终你会需要使用printf函数来打印格式化的输出--例如，打印字符串以外的参数。printf函数接收一个定义了输出格式的格式化字符串，然后是可变数量的参数，这些参数是你想打印的实际数值。例如，如果你想用printf函数来打印Hello, world！，你可以这样写。
printf("%s\n", "Hello, world!")。

第一个参数是格式字符串"%s\n"。%s是一个转换规范，指示printf函数读取第二个参数（一个字符串字面）并将其打印到stdout。\n是一个字母转义序列，用于表示非图形字符，并告诉函数在该字符串后面包括新行。

注意不要将用户提供的数据作为第一个参数的一部分传递给printf函数，因为这样做会导致格式化输出的安全漏洞（Seacord 2013）。
输出字符串的最简单方法是使用puts函数，如前所述。如果你在修订版的 "Hello, world!"程序中真的使用printf而不是puts，你会发现它不再有效，因为printf函数返回与puts不同。printf函数如果成功返回打印的字符数，如果发生输出或编码错误，则返回一个负值。

编辑器和集成开发环境

可以使用各种编辑器和集成开发环境来开发你的C语言程序。图1-1显示了最常用的编辑器，根据2018年JetBrains的调查。

对于Microsoft Windows，Microsoft的Visual Studio IDE（https://visualstudio.microsoft.com/）是不错的选择。Visual Studio有三个版本。社区版、专业版和企业版。社区版的优点是免费，而其他版本的功能则需要付费。

对于Linux来说，Vim、Emacs、Visual Studio Code和Eclipse都可选择。Vim是许多开发者和高级用户的首选编辑器。它是一个基于vi编辑器的文本编辑器，由Bill Joy在1970年代为Unix的一个版本编写。它继承了vi的按键绑定，但也增加了原vi所缺少的功能和可扩展性。你可以选择安装Vim插件，如YouCompleteMe（https://github.com/Valloric/YouCompleteMe/）或deoplete（https://github.com/Shougo/deoplete.nvim/），为C语言编程提供本地语义完成。

GNU Emacs是可扩展的、可定制的、免费的文本编辑器。它的核心是Emacs Lisp的解释器，这是一种Lisp编程语言的方言，具有支持文本编辑的扩展功能--尽管我从未发现这是个问题。

Visual Studio Code（VS Code）是精简的代码编辑器，支持开发操作，如调试、任务运行和版本控制。它提供了开发人员所需的工具，以实现快速的代码构建--调试循环。VS Code可以在macOS、Linux和Windows上运行，对私人或商业使用都是免费的。

编译器

现在有很多C语言编译器，他么编译器实现了不同版本的C标准。许多用于嵌入式系统的编译器只支持C89/C90。用于Linux和Windows的流行编译器更努力地支持现代版本的C标准，直到并包括对C2x的支持。

GCC已经被采纳为Linux系统的标准编译器，尽管也有用于微软Windows、macOS和其他平台的版本。在Linux上安装GCC很容易。例如，下面的命令在Ubuntu上安装GCC 8。

$ sudo apt-get install gcc-9
$ gcc --version
gcc (Ubuntu 9.3.0-17ubuntu1~20.04) 9.3.0
Copyright (C) 2019 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.
$ sudo dnf install gcc # Fedora

$ sudo apt-get install clang

你可以用下面的命令测试你所使用的Clang的版本。
% clang --version
$ clang --version
clang version 10.0.0-4ubuntu1 
Target: x86_64-pc-linux-gnu
Thread model: posix
InstalledDir: /usr/bin

Windows最流行的开发环境是Microsoft Visual Studio，它包括IDE和编译器。它与Visual C++ 2019捆绑在一起，其中包括C和C++编译器。
你可以在项目属性页上为Visual Studio设置选项。在C/C++下的高级选项卡上，确保你通过使用编译为C代码（/TC）选项而不是编译为C++代码（/TP）选项来编译为C代码。默认情况下，当你命名一个以.c为扩展名的文件时，它是用/TC编译的。如果文件被命名为.cpp、.cxx或其他一些扩展名，则用/TP编译。

移植性

每个C语言编译器的实现都至少有一点不同。编译器不断发展，因此，例如，像GCC这样的编译器可能提供对C17的完全支持，但正在努力实现对C2x的支持，在这种情况下，它可能有一些C2x的功能实现，但没有其他。因此，编译器支持全部的C标准版本（包括中间的版本）。C语言实现的总体发展是缓慢的，许多编译器明显落后于C标准。

如果为C语言编写的程序只使用标准中规定的语言和库的那些功能，就可以认为是严格符合标准的。这些程序的目的是为了最大限度地提高可移植性。然而，由于实现行为的范围，现实世界中没有一个C语言程序是严格符合要求的，也不会是（可能也不应该是）。相反，C标准允许你编写符合要求的程序，这些程序可能依赖于非可移植的语言和库特性。

通常的做法是为一个参考实现编写代码，或者有时为几个实现编写代码，这取决于你打算在哪个平台上部署你的代码。C标准是确保这些实现不会有太大的差异，并允许你一次针对几个实现，而不必每次都学习一种新的语言。
在C标准文件的附件J中列举了五种可移植性问题。

实现定义的行为大多是无害的，但在移植到不同的实现时可能会导致缺陷。在可能的情况下，避免编写依赖于实现定义的行为的代码，这些行为在你可能用来编译你的代码的C实现中是不同的。C标准的附件J.3中列举了实现定义行为的完整列表。你可以通过使用static_assert声明来记录你对这些实现定义的行为的依赖。

未指定的行为是指标准提供了两个或多个选项的程序行为。该标准对在任何情况下选择哪个选项没有要求。每次执行一个给定的表达式可能会有不同的结果，或者产生与之前执行相同表达式不同的值。未指定行为的一个例子是函数参数存储布局，它在同一程序中的不同函数调用中可能会有所不同。避免编写依赖于C标准附件J.1中列举的非指定行为的代码。

开发者经常误认为未定义的行为是C标准中的错误或遗漏，但将行为归为未定义的决定是有意的，也是经过考虑的。C标准委员会将行为归类为未定义的行为是为了做到以下几点。

这些选项都不是很好（尤其是第一个），所以最好避免未定义的行为，除非实现指定这些行为的定义是为了让你调用一个语言增强功能。

特定于本地的行为取决于每个实现所记录的国籍、文化和语言的本地惯例。通用扩展在许多系统中被广泛使用，但并不能移植到所有的实现中。

小结

在这章中，你学会了如何编写简单的C语言程序，编译它，并运行它。然后，我们看了几个编辑器和交互式开发环境，以及一些编译器，你可以用它们来开发Windows、Linux和macOS系统上的C语言程序。一般来说，你应该使用较新版本的编译器和其他工具，因为它们往往支持C编程语言的较新功能，并提供更好的诊断和优化。如果较新版本的编译器破坏了你现有的代码，或者你正准备部署你的代码，你可能不想使用较新版本的编译器，以避免在你已经测试过的应用程序中引入不必要的变化。在本章的最后，我们讨论了C语言程序的可移植性。

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