C、C++

【C语言】概述-001

2019-09-30  本文已影响0人  CodeDove

第一章 C语言概述

1.1 什么是C语言


一提到语言这个词语，自然会想到的是像英语、汉语等这样的自然语言，因为它是人和人交换信息不可缺少的工具。

而今天计算机遍布了我们生活的每一个角落，除了人和人的相互交流之外，我们必须和计算机角落。

用什么的什么样的方式和计算机做最直接的交流呢？人们自然想到的是最古老也最方便的方式——语言，而C语言就是人和计算机交流的一种语言。

语言是用来交流沟通的。有一方说，有另一方听，必须有两方参与，这是语言最重要的功能：

语言是人和人交流，C语言是人和机器交流。只是，人可以不听另外一个人，但是，计算机是无条件服从。

语言有独特的语法规则和定义，双方必须遵循这些规则和定义才能实现真正的交流。

1.2 计算机介绍

1.2.1 计算机结构组成

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1.2.2 计算机系统组成

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1.2.3 程序和指令

1.3 语言发展历程

1.3.1 机器语言

计算机的大脑或者说心脏就是CPU，它控制着整个计算机的运作。每种CPU，都有自己的指令系统。这个指令系统，就是该CPU的机器语言。

机器语言是一组由0和1系列组成的指令码，这些指令码，是CPU制作厂商规定出来的，然后发布出来，请程序员遵守。

要让计算机干活，就得用机器语言(二级制数)去命令它。这样的命令，不是一条两条，而是上百条。而且不同型号的计算机其机器语言是不相通的，按着一种计算机的机器指令编制的程序，不能在另一种计算机上执行。

1.3.2 汇编语言和编译器

机器语言编程是不是很令人烦恼呢，终于出现了汇编语言，就是一些标识符取代0与1。一门人类可以比较轻松认识的编程语言。

只是这门语言计算机并不认识，所以人类还不能用这门语言命令计算机做事情。这正如如何才能让中国人说的话美国人明白呢？——翻译！

所以，有一类专门的程序，既认识机器语言，又认识汇编语言，也就是编译器，将标识符换成0与1，知道怎么把汇编语言翻译成机器语言。

1.3.3 高级语言

汇编语言和机器语言都是面向机器的，机器不同，语言也不同。既然有办法让汇编语言翻译成机器语言，难道就不能把其他更人性化的语言翻译成机器语言？

1954年，Fortran语言出现了，其后相继出现了其他的类似语言。这批语言，使程序员摆脱了计算机硬件的限制，把主要精力放在了程序设计上，不在关注低层的计算机硬件。这类语言，称为高级语言。

同样的，高级语言要被计算机执行，也需要一个翻译程序将其翻译成机器语言，这就是编译程序，简称编译器。
这类高级语言解决问题的方法是分析出解决问题所需要的步骤，把程序看作是数据被加工的过程。基于这类方法的程序设计语言成为面向过程的语言。C语言就是这种面向过程的程序设计语言。

1.3.4 语言的层次

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1.3.5 语言进化史

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1.4 为什么要学习C语言

1.4.1 C语言特点

  1. 优点
  1. 缺点

1.4.2 学习C语言理由

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1.4.3 C语言应用领域

C语言的应用极其广泛，从网站后台，到底层操作系统，从多媒体应用到大型网络游戏，均可使用C语言来开发：

1.4.4 C语言的简洁

C语言仅有32个关键字，9种控制语句，34种运算符，却能完成无数的功能：


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1.4.5 学习C语言的常见困惑

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1.5 第一个C语言程序：HelloWorld

1.5.1 编写C语言代码：hello.c

#include <stdio.h>

int main()
{
    //这是第一个C语言代码
    printf("hello world\n");

    return 0;
}

C语言的源代码文件是一个普通的文本文件，但扩展名必须是.c。

1.5.2 通过gcc编译C代码

1.gcc编译器介绍
编辑器(如vi、记事本)是指我用它来写程序的（编辑代码），而我们写的代码语句，电脑是不懂的，我们需要把它转成电脑能懂的语句，编译器就是这样的转化工具。就是说，我们用编辑器编写程序，由编译器编译后才可以运行！
编译器是将易于编写、阅读和维护的高级计算机语言翻译为计算机能解读、运行的低级机器语言的程序。
gcc（GNU Compiler Collection，GNU 编译器套件），是由 GNU 开发的编程语言编译器。gcc原本作为GNU操作系统的官方编译器，现已被大多数类Unix操作系统（如Linux、BSD、Mac OS X等）采纳为标准的编译器，gcc同样适用于微软的Windows。

gcc最初用于编译C语言，随着项目的发展gcc已经成为了能够编译C、C++、Java、Ada、fortran、Object C、Object C++、Go语言的编译器大家族。

编译命令格式：

gcc [-option1] ... <filename>
g++ [-option1] ... <filename>

gcc、g++编译常用选项说明：

选项 含义
-o file 指定生成的输出文件名为file
-E 只进行预处理
-S(大写) 只进行预处理和编译
-c(小写) 只进行预处理、编译和汇编

2.Linux平台下编译代码

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3.Windows平台下gcc环境配置
windows命令行界面下，默认是没有gcc编译器，我们需要配置一下环境。由于我们安装了Qt，Qt是一个集成开发环境，内部集成gcc编译器，配置一下环境变量即可使用gcc。

a)进入Qt安装目录：

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b)拷贝gcc所在的路径（不同安装目录有所差异）

C:\Qt\Qt5.5.0\Tools\mingw492_32\bin
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c) 设置windows环境变量
计算机（右击）－> 属性：

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如果是win7，双击Path后，把拷贝的路径追加到后面，路径之间需要英文” ; ”分隔：
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如果是win10，界面做得友好一下，新建添加路径即可：
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d)测试gcc命令：

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4.Windows平台下编译代码

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5.注意事项

1.5.3 代码分析

1.include头文件包含

#include< > 与 #include ""的区别：

stdio.h是在操作系统的系统目录下：

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2.main函数

3.{} 括号，程序体和代码块

4.注释

5.printf函数

6.return语句

1.6 system函数

1.6.1 system函数的使用

#include <stdlib.h>
int system(const char *command);

功能：在已经运行的程序中执行另外一个外部程序
参数：外部可执行程序名字
返回值：
成功：不同系统返回值不一样
失败：通常是 - 1

示例代码：

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

int main()
{
    //system("calc"); //windows平台
    system("ls"); //Linux平台, 需要头文件#include <stdlib.h>

    return 0;
}

1.6.2 system返回值不同系统结果不一样

C语言所有的库函数调用，只能保证语法是一致的，但不能保证执行结果是一致的，同样的库函数在不同的操作系统下执行结果可能是一样的，也可能是不一样的。

在学习Linux发展史时，我们得知Linux的发展离不开POSIX标准，只要符合这个标准的函数，在不同的系统下执行的结果就可以一致。

Unix和linux很多库函数都是支持POSIX的，但Windows支持的比较差。
如果将Unix代码移植到Linux一般代价很小，如果把Windows代码移植到Unix或者Linux就比较麻烦。

1.6.3 Qt图形界面调用system

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void Widget::on_pushButton_clicked()
{
    //system("calc"); //需要头文件：#include <stdlib.h>
    WinExec("calc", SW_NORMAL); //需要头文件：#include <windows.h>
}

void Widget::on_pushButton_2_clicked()
{
    system("notepad");
}

void Widget::on_pushButton_3_clicked()
{
    system("mmc");
}

1.6.4 MFC图形界面调用system

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void CvssystemDlg::OnBnClickedButton1()
{
    // TODO:  在此添加控件通知处理程序代码
    //WinExec("calc", SW_NORMAL); 需要头文件：#include <windows.h>
    system("calc"); //需要头文件：#include <stdlib.h>
}

void CvssystemDlg::OnBnClickedButton2()
{
    // TODO:  在此添加控件通知处理程序代码
    //WinExec("notepad", SW_NORMAL);
    system("notepad");
}

1.7 C语言编译过程

1.7.1 C程序编译步骤

C代码编译成可执行程序经过4步：

  1. 预处理：宏定义展开、头文件展开、条件编译等，同时将代码中的注释删除，这里并不会检查语法
  2. 编译：检查语法，将预处理后文件编译生成汇编文件
  3. 汇编：将汇编文件生成目标文件(二进制文件)
  4. 链接：C语言写的程序是需要依赖各种库的，所以编译之后还需要把库链接到最终的可执行程序中去
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1.7.2 gcc编译过程

  1. 分步编译

    预处理：gcc -E hello.c -o hello.i
    编 译：gcc -S hello.i -o hello.s
    汇 编：gcc -c hello.s -o hello.o
    链 接：gcc hello.o -o hello_elf

选项 含义
-E 只进行预处理
-S(大写) 只进行预处理和编译
-c(小写) 只进行预处理、编译和汇编
-o file 指定生成的输出文件名为 file
文件后缀 含义
.c C 语言文件
.i 预处理后的 C 语言文件
.s 编译后的汇编文件
.o 编译后的目标文件
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  1. 一步编译

gcc hello.c -o demo（还是经过：预处理、编译、汇编、链接的过程）：

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1.7.3 查找程序所依赖的动态库

1）Linux平台下，ldd(“l”为字母) 可执行程序：

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2）Windows平台下，需要相应软件(Depends.exe)：
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1.8 CPU内部结构与寄存器(了解)

1.8.1 64位和32位系统区别

1.8.2 寄存器名字(了解)

8位 16位 32位 64位
A AX EAX RAX
B BX EBX RBX
C CX ECX RCX
D DX EDX RDX

1.8.3 寄存器、缓存、内存三者关系

按与CPU远近来分，离得最近的是寄存器，然后缓存(CPU缓存)，最后内存。

CPU计算时，先预先把要用的数据从硬盘读到内存，然后再把即将要用的数据读到寄存器。于是 CPU<--->寄存器<--->内存，这就是它们之间的信息交换。

那为什么有缓存呢？因为如果老是操作内存中的同一址地的数据，就会影响速度。于是就在寄存器与内存之间设置一个缓存。

因为从缓存提取的速度远高于内存。当然缓存的价格肯定远远高于内存，不然的话，机器里就没有内存的存在。

由此可以看出，从远近来看：CPU〈---〉寄存器〈---> 缓存 <---> 内存。

1.9 汇编语言

1.9.1 VS中C语言嵌套汇编代码(了解)

#include <stdio.h>

int main()
{
    //定义整型变量a, b, c
    int a;
    int b;
    int c;

    __asm
    {
        mov a, 3    //3的值放在a对应内存的位置
        mov b, 4    //4的值放在a对应内存的位置
        mov eax, a  //把a内存的值放在eax寄存器
        add eax, b  //eax和b相加，结果放在eax
        mov c, eax  //eax的值放在c中
    }
    
    printf("%d\n",  c);//把c的值输出

    return 0;//成功完成
}

1.9.2 VS反汇编

#include <stdio.h>

int main()
{
    //定义整型变量a, b, c
    int a;
    int b;
    int c;

    a = 3;
    b = 4;
    c = a + b;
    
    printf("%d\n",  c);//把c的值输出

    return 0;//成功完成
}

1.设置断点F9

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2.选择反汇编按钮
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3.根据汇编代码分析程序
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1.10 集成开发环境IDE

集成开发环境（IDE，Integrated Development Environment ）是用于提供程序开发环境的应用程序，一般包括代码编辑器、编译器、调试器和图形用户界面工具。集成了代码编写功能、分析功能、编译功能、调试功能等一体化的开发软件服务套。所有具备这一特性的软件或者软件套（组）都可以叫集成开发环境。

1.10.1 Qt Creator

Qt Creator是跨平台的 Qt IDE， Qt Creator 是 Qt 被 Nokia 收购后推出的一款新的轻量级集成开发环境（IDE）。此 IDE 能够跨平台运行，支持的系统包括 Linux（32 位及 64 位）、Mac OS X 以及 Windows。根据官方描述，Qt Creator 的设计目标是使开发人员能够利用 Qt 这个应用程序框架更加快速及轻易的完成开发任务。

快捷键 含义
Ctrl + i 自动格式化代码
Ctrl + / 注释/取消注释
Alt + Enter 自动完成类函数定义
F4 .h 文件和对应.cpp 文件切换
F9 设置断点
F5 调试运行
Ctrl + r 编译，但不调试运行
Ctrl + b 编译，不运行
F10 next调试
F11 step调试

1.10.2 Microsoft Visual Studio

Microsoft Visual Studio（简称VS）是美国微软公司的开发工具包系列产品。VS是一个基本完整的开发工具集，它包括了整个软件生命周期中所需要的大部分工具，如UML工具、代码管控工具、集成开发环境(IDE)等等,所写的目标代码适用于微软支持的所有平台。Visual Studio是目前最流行的Windows平台应用程序的集成开发环境。

1.VS常用快捷键

快捷键 含义
Ctrl + k,Ctrl + f 自动格式化代码
Ctrl + k,Ctrl + c 注释代码
Ctrl + k,Ctrl + u 取消注释代码
F9 设置断点
F5 调试运行
Ctrl + F5 不调试运行
Ctrl + Shift + b 编译，不运行
F10 next调试
F11 step调试

2.VS2013的C4996错误
由于微软在VS2013中不建议再使用C的传统库函数scanf,strcpy,sprintf等，所以直接使用这些库函数会提示C4996错误：

在这里插入图片描述
VS建议采用带_s的函数，如scanf_s、strcpy_s，但这些并不是标准C函数。

要想继续使用此函数，需要在源文件中添加以下指令就可以避免这个错误提示：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS     //这个宏定义最好要放到.c文件的第一行
#pragma warning(disable:4996)   //或者使用这个
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