求C语言的发展和现在应用

C语言
维 基
http://zh.w-i-k-i-p-e-d-i-a.org/zh/C%E8%AF%AD%E8%A8%80

编程范型
程序式
发行时间
1972年
设计者
丹尼斯·里奇（Dennis Ritchie）
实作者
丹尼斯·里奇（Dennis Ritchie）和肯·汤普逊（Ken Thompson）
最新发行时间 C99 (2000年3月)
启发语言
B语言、组合语言
影响语言
awk, BitC, csh, C++, C#, Concurrent C, D, Java, JavaScript, Objective-C, Perl, PHP
作业系统
跨平台
C语言，是一种通用的、程序式的程式语言，广泛用于系统与应用软件的开发。具有高效、灵活、功能丰富、表达力强和较高的移植性等特点，在程序员中备受青睐。
C语言是由UNIX的研制者丹尼斯·里奇（Dennis Ritchie）和肯·汤普逊（Ken Thompson）於1970年研制出的B语言的基础上发展和完善起来的。目前，C语言编译器普遍存在於各种不同的操作系统中，例如UNIX、MS-DOS、Microsoft Windows及Linux等。C语言的设计影响了许多后来的程式语言，例如C++、Objective-C、Java、C#等。
后来於1980年代，为了避免各开发厂商用的C语言语法产生差异，由美国国家标准局（American National Standard Institution）为C语言订定了一套完整的国际标准语法，称为ANSI C，作为C语言的标准。1980年代至今的有关程式开发工具，一般都支持符合ANSI C的语法。
目录 [隐藏]
1 设计哲学
2 特色
3 历史
3.1 早期发展
3.2 K&R C
3.3 ANSI C 和 ISO C
3.4 C99
4 语法
4.1 Hello World 程序
4.2 进一步了解
4.3 复合语句
4.4 条件语句
4.5 循环语句
4.6 跳转语句
4.7 在C99中的运算符号
4.8 数据类型
4.8.1 基础数据类型
4.8.2 阵列
4.8.3 指针
4.8.4 字串
4.9 文件输入／输出
4.9.1 标准输入／输出
5 内存管理
6 安全问题
7 库
8 保留关键字
8.1 C99新增关键字
9 C//
10 参考文献
11 外部连结
12 参见
[编辑]设计哲学

C语言是一个程序语言，设计目标是提供一种能以简易的方式编译、处理低阶记忆体、产生少量的机械码以及不需要任何执行环境支援便能执行的程式语言。C语言也很适合搭配汇编语言来使用。尽管C语言提供了许多低阶处理的功能，但仍然保持著良好跨平台的特性，以一个标准规格写出的C语言程式可在许多电脑平台上进行编译，甚至包含一些嵌入式处理器（微控制器或称MCU）以及超级电脑等作业平台。
[编辑]特色

C语言是一个有结构化程式设计、具有变量作用域（variable scope）以及递回功能的程序式语言。
传递参数是以值传递（Pass-by-value），也可以透过指针来传递参数（Pass-by-address）。
不同的变数类型可以用结构体（struct）组合在一起。
只有32个保留字（reserved keywords），使变量、函数命名有更多弹性。
部份的变量类型可以转换，例如整型和字符型变量。
透过指针（pointer），C语言可以容易的对记忆体进行低阶控制。
编译预处理（preprocessor）让C语言的编译更具有弹性。
[编辑]历史

[编辑]早期发展
C语言的第一次发展在1969年到1973年之间。之所以被称为“C”是因为C语言的很多特性是由一种更早的被称为B语言的程式语言中发展而来。早期作业系统的核心大多由组合语言组成，随著C语言的发展，C语言已经可以用来编写作业系统的核心。1973年，Unix作业系统的核心正式用C语言改写，这是C语言第一次应用在作业系统的核心编写上。
[编辑]K&R C
1978年，丹尼斯·里奇（Dennis Ritchie）和Brian Kernighan合作出版了《C程序设计语言》的第一版。书中介绍的C语言标准也被C语言程式设计师称作“K&R C”，第二版的书中也包含了一些ANSI C的标准。K&R C主要介绍了以下特色：
结构（struct）类型
长整数（long int）类型
无号整数（unsigned int）类型
把运算符=+和=-改为+=和-=。因为=+和=-会使得编译器不知道使用者要处理i = +10还是i =- 10，使得处理上产生混淆。
即使在后来ANSI C标准被提出的许多年后，K&R C仍然是许多编译器的最低标准要求，许多老旧的编译仍然运行K&R C的标准。
[编辑]ANSI C 和 ISO C
主条目：ANSI C
1989年，C语言被 ANSI 标准化（ANSI X3.159-1989）。标准化的一个目的是扩展K&R C。这个标准包括了一些新特性。在K&R出版后，一些新特性被非官方地加到C语言中。
void 函数
函数返回 struct 或 union 类型
void * 数据类型
在ANSI标准化自己的过程中，一些新的特性被加了进去。ANSI也规定了一套标准函数库。ANSI ISO（国际标准化组织）成立 ISO/IEC JTC1/SC22/WG14 工作组，来规定国际标准的C语言。通过对ANSI标准的少量修改，最终通过了 ISO 9899:1990。随后，ISO标准被 ANSI 采纳。
传统C语言到ANSI/ISO标准C语言的改进包括：
增加了真正的标准库
新的预处理命令与特性
函数原型允许在函数申明中指定参数类型
一些新的关键字，包括 const、volatile 与 signed
宽字符、宽字符串与字节多字符
对约定规则、声明和类型检查的许多小改动与澄清
WG14工作小组之后又於1995年，对1985年颁布的标准做了两处技术修订（缺陷修复）和一个补充（扩展）。下面是 1995 年做出的所有修改：
3 个新的标准库头文件 iso646.h、wctype.h 和 wchar.h
几个新的记号与预定义宏，用于对国际化提供更好的支持
printf/sprintf 函数一系列新的格式代码
大量的函数和一些类型与常量，用于多字节字符和宽字节字符
[编辑]C99
在ANSI的标准确立后，C语言的规范在一段时间内没有大的变动，然而C++在自己的标准化建立过程中继续发展壮大。《标准修正案一》在1995年为C语言建立了一个新标准，但是只修正了一些C89标准中的细节和增加更多更广得国际字符集支持。不过，这个标准引出了1999年ISO 9899:1999的发表。它通常被称为C99。C99被ANSI于2000年3月采用。
在C99中包括的特性有：
对编译器限制增加了，比如源程序每行要求至少支持到 4095 字节，变量名函数名的要求支持到 63 字节（extern 要求支持到 31）
预处理增强了。例如：
巨集支持取可变参数 #define Macro(...) __VA_ARGS__
使用巨集的时候，参数如果不写，巨集里用 #,## 这样的东西会扩展成空串。（以前会出错的）
支持 // 行注释（这个特性实际上在C89的很多编译器上已经被支持了）
增加了新关键字 restrict, inline, _Complex, _Imaginary, _Bool
支持 long long, long double _Complex, float _Complex 这样的类型
支持 <: :> <% %> %: %:%: ，等等奇怪的符号替代，D&E 里提过这个
支持了不定长的数组。数组的长度就可以用变量了。声明类型的时候呢，就用 int a[*] 这样的写法。不过考虑到效率和实现，这玩意并不是一个新类型。所以就不能用在全局里，或者 struct union 里面，如果你用了这样的东西，goto 语句就受限制了。
变量声明不必放在语句块的开头，for 语句提倡这么写 for(int i=0;i<100;++i) 就是说，int i 的声明放在里面，i 只在 for 里面有效。
当一个类似结构的东西需要临时构造的时候，可以用（type_name）{xx,xx,xx} 这有点像 C++ 的构造函数
初始化结构的时候现在可以这样写：
struct {int a[3]，b;} hehe[] = { [0].a = {1}, [1].a = 2 };
struct {int a, b, c, d;} hehe = { .a = 1, .c = 3, 4, .b = 5} // 3,4 是对 .c,.d 赋值的
字符串里面，\u 支持 unicode 的字符
支持 16 进制的浮点数的描述
所以 printf scanf 的格式化串多支持了 ll / LL（VC6 里用的 I64）对应新的 long long 类型。
浮点数的内部数据描述支持了新标准，这个可以用 #pragma 编译器指定
除了已经有的 __line__ __file__ 以外，又支持了一个 __func__ 可以得到当前的函数名
对于非常数的表达式，也允许编译器做化简
修改了对于／% 处理负数上的定义，比如老的标准里 -22 / 7 = -3, -22 % 7 = -1 而现在 -22 / 7 = -4, -22 % 7 = 6(根据本人的测试，使用c99标准时结果仍未-3和-1，本人使用的编译器是gcc4.4.3）
取消了不写函数返回类型默认就是 int 的规定
允许 struct 定义的最后一个数组写做 [] 不指定其长度描述
const const int i；将被当作 const int i；处理
增加和修改了一些标准头文件，比如定义 bool 的 <stdbool.h> 定义一些标准长度的 int 的 <inttypes.h> 定义复数的 <complex.h> 定义宽字符的 <wctype.h> 有点泛型味道的数学函数 <tgmath.h> 跟浮点数有关的 <fenv.h>。<stdarg.h> 里多了一个 va_copy 可以复制 ... 的参数。<time.h> 里多了个 struct tmx 对 struct tm 做了扩展
输入输出对宽字符还有长整数等做了相应的支持
但是各个公司对C99的支持所表现出来的兴趣不同。当GCC和其它一些商业编译器支持C99的大部分特性的时候，微软和Borland却似乎对此不感兴趣。
[编辑]语法

[编辑]Hello World 程序
下面是一个在标准输出设备 (stdout) 上，印出 "Hello World" 字串的简单程序，这样子的程序，通常作为初学编程语言时的第一个程序：
#include <stdio.h>

int main(void)
{
printf("Hello, world!\n");
return 0;
}
[编辑]进一步了解
C语言由函数和变量组成。C的函数就像是Fortran中的子程序和函数。
在C语言中，程序从main开始执行。main函数通过调用和控制其他函数进行工作。例如上面的printf。程序员可以自己写函数，或从库中调用函数。在上面的return 0;使得main返回一个值给调用程序的外壳，表明程序已经成功运行。
一个C语言的函数由返回值、函数名、参数列表（或void表示没有返回值）和函数体组成。函数体的语法和其它的复合的语句部分是一样的。
[编辑]复合语句
C语言中的复合语句（或称语句块）的格式为：
{语句;语句;……}
复合语句可以使得几个语句从文法上变成一个语句。
[编辑]条件语句
C语言有三种条件语句形式。两种是if，另一种是switch。
两种if包括：
if（运算式）
语句;
以及
if（运算式）
语句;
else
语句;
运算式的值非零表示条件为真；如果条件为假，程式将跳过if处的语句，直接执行if后面的语句。但是如果if后面有else，则当条件为假时，程式跳到else处执行。if和else后面的语句可以是另个if语句，这种套叠式的结构，允许更复杂的逻辑控制流程得以实现。在一般情况下，else一定与最接近的if成对，必要时可用括弧{}越过此限制。比较下面两种情况：
if（运算式）
if (运算式)
语句;
else
语句;
if（运算式）{
if (运算式)
语句;
}
else
语句;
switch通常用於对几种有明确值的条件进行控制。它要求的条件值通常是整数或字元。与switch搭配的条件转移是case。使用case后面的标值，控制程式将跳到满足条件的case处一直往下执行，直到语句结束或遇到break。通常可以使用default把其他例外的情况包含进去。如果switch语句中的条件不成立，控制程式将跳到default处执行；如果省略default子句，则直接执行下一语句。switch是可以嵌套的。
switch (<运算式>) {
case <值1>:
<语句>
break;
case <值2>:
<语句>
default :
<语句>
}
[编辑]循环语句
C语言有三种形式的循环语句：
do
<语句>
while (<表达式>);

while (<表达式>)
<语句>;

for (<表达式1> ; <表达式2> ; <表达式3>)
<语句>;
在while和do中，语句将执行到表达式的值为零时结束。在do...while语句中，循环体将至少被执行一次。这三种循环结构可以互相转化：
for (<表达式1>; <表达式2>; <表达式3>)
<语句>;
如果<语句>中不使用continue语句的话，相当于
<表达式1>;
while (<表达式2>) {
<语句>;
<表达式3>;
}
当循环条件一直为真时，将产生死循环。
[编辑]跳转语句
跳转语句包括四种：goto，continue，break和return。
goto语句是无条件转移语句：
goto 标记；
标记必须在当前函数中定义，使用“标记：”的格式定义。程式将跳到标记处继续执行。由於goto容易产生阅读上的困难，所以应该尽量少用。
continue语句用在回圈语句中，作用是结束当前一轮的回圈，马上开始下一轮回圈。
break语句用在回圈语句或switch中，作用是结束当前回圈，跳到循环体外继续执行。但是使用break只能跳出一层回圈。在要跳出多重回圈时，可以使用goto使得程式更为简洁。
当一个函数执行结束后要返回一个值时，使用return。return可以跟一个运算式或变数。如果return后面没有值，将执行不返回值。
[编辑]在C99中的运算符号
()、 []、 -> 、 .、 !、 ++、 -- 、(cast) 括号、指标、成员、逻辑非、自加、自减、强制转换
++ 、 -- 、 * 、 & 、 ~ 、 ! 、 + 、 - 、 sizeof 单目运算符
* 、 / 、 % 算术运算符
+ 、 - 算术运算符
<< 、 >> 位运算符
< 、 <= 、 > 、 >= 关系运算符
== 、 != 关系运算符号
& 位与
^ 位异或
| 位或
&& 逻辑与
|| 逻辑或
? 、 : 条件运算符
= 、 += 、 -= 、 *= 、 /= 、 %= 、 < 、 <= 、 > 、 >= 、 &= 、 |= 、 ^= 赋值运算符
, 顺序运算符
比较特别的是，位元右移（>>）运算子可以是算术（左端补最高有效位）或是逻辑（左端补 0）位移。例如，将 11100011 右移 3 位元，算术右移后成为 11111100，逻辑右移则为 00011100。因算术位元右移较适於处理带负号整数，所以几乎所有的编译器都是算术位元右移。（经测试，gcc4.4.3使用c99依然是00011100，即逻辑移位）
[编辑]数据类型
[编辑]基础数据类型
注意：以下是典型的数据位长和范围。但是编译器可能使用不同的数据位长和范围。这取决于使用的编译器。请参考具体的参考手册。
在头文件<limits.h>和<float.h>中说明了基础数据的长度。float，double和long double的范围就是在IEEE 754标准中提及的典型数据。
关键字 位长 范围 printf chars
char 1 -128..127（或0..255，与体系结构相关） %c
unsigned char 1 0..255
signed char 1 -128..127
int 2 or
4 -32768..32767 or
-2147483648..2147483647 %i, %d
unsigned int 2 or
4 0..65535 or
0..4294967295 %u
signed int 2 or
4 -32768..32767 or
-2147483648..2147483647 %i, %d
short int 2 -32768..32767 %hi
unsigned short 2 0..65535 %hu
signed short 2 -32768..32767
long int 4 -2147483648..2147483647 %li, %ld
unsigned long 4 0..4294967295 %lu
signed long 4 -2147483648..2147483647
long long 8 -9223372036854775808..9223372036854775807 %lli
unsigned long long 8 0..18446744073709551615 %llu
float 4 3.4x10-38..3.4x10+38 (7 sf) %f, %e, %g
double 8 1.7x10-308..1.7x10+308 (15 sf) %f, %e, %g
long double 8 或以上 编译器相关 %Lf, %Le, %Lg
[编辑]阵列
如果一个变数名后面跟著一个有数字的中括弧，这个声明就是阵列声明。字串也是一种阵列。它们以ASCII的NUL作为阵列的结束。要特别注意的是，方括内的索引值是从0算起的。
例如：
int myvector [100]；/* 从myvector[0]至myvector[99]止共100个元素 */
char mystring [80]；
float mymatrix [3] [2] = {2.0 , 10.0, 20.0, 123.0, 1.0, 1.0};
int notfull [3][3] = {{1},{1,2,3},{4,5}}; (*)
char lexicon [10000] [300]；/* 共一万个最大长度为300的字元阵列。*/
int a[3][4]；
上面最后一个例子创建了一个阵列，但也可以把它看成是一个多维阵列。注意阵列的下标从0开始。这个阵列的结构如下：
a[0][0] a[0][1] a[0][2] a[0][3]
a[1][0] a[1][1] a[1][2] a[1][3]
a[2][0] a[2][1] a[2][2] a[2][3]
例子（*）创建了一个3*3的二维阵列，初始化时有些元素并未赋值。如下：
1 0 0
1 2 3
4 5 0
为0的位置的数值是随机的。
[编辑]指针
如果一个变量声明时在前面使用 * 号，表明这是个指针型变量。换句话说，该变量存储一个地址，而 * 则是取内容操作符，意思是取这个内存地址里存储的内容。指针是 C 语言区别于其他同时代高级语言的主要特征之一。
指针是一把双刃剑，许多操作可以通过指针自然的表达，但是不正确的或者过分的使用指针又会给程序带来大量潜在的错误。
例如：
int *pi; /* 指向整型数据的指针变量 */
int *api[3]；/* 由指向整型数据的指针构成的数组，长度为 3 */
char **argv; /* 指向一个字符指针的指针 */
储存在指针中的地址所指向的数值在程序中可以由 * 读取。例如，在第一个例子中， *pi 是一个整型数据。这叫做引用一个指针。
另一个运算符 &，叫做取地址运算符，它将返回一个变量、数组或函数的存储地址。因此，下面的例子：
int i, *pi; /* int and pointer to int */
pi = &i;
i 和 *pi 在程序中可以相互交替使用，直到 pi 被改变成指向另一个变量的地址。
[编辑]字串
C语言的字符串其实就是char型数组，所以使用字串并不需要引用库。但是C标准库确实包含了一些用於对字串进行操作的函数，使得它们看起来就像字串而不是阵列。使用这些函数需要引用标头档<string.h>。

[编辑]文件输入／输出
在C语言中，输入和输出是经由标准函式库中的一组函数来实现的。在ANSI/ISO C中，这些函数被定义在标头档<stdio.h>中。
[编辑]标准输入／输出
有三个标准输入／输出是标准I/O库预先定义的：
stdin 标准输入
stdout 标准输出
stderr 输入输出错误

下面的这个例子显示了一个过滤程式（filter program）是怎样构成的。
#include <stdio.h>

int main(void)
{
int c;
while (1)
{
c = getchar();
if (c==EOF)
{
perror("getchar()");
return -1;
}
putchar(c);
}

return 0;
}
[编辑]内存管理

C语言的特色之一是：程序员必须亲自处理内存的分配细节。
C语言使用栈(Stack)来保存函数返回地址／栈祯基址、完成函数的参数传递和函数局部变量的存储。 如果程序需要在运行的过程中动态分配内存，可以利用堆(Heap)来实现。
基本上C程序的元素存储在内存的时候有3种分配策略：
静态分配
如果一个变量声明为全局变量或者是函数的静态变量，这个变量的存储将使用静态分配方式。静态分配的内存一般会被编译器放在数据段或代码段来存储，具体取决于实现。这样做的前提是，在编译时就必须确定变量的大小。 以 IA32 的 x86 平台及 gcc 编译器为例，全局及静态变量放在数据段的低端；全局及静态常量放在代码段的高端。
自动分配
函数的自动局部变量应该随着函数的返回会自动释放（失效），这个要求在一般的体系中都是利用栈(Stack)来满足的。相比于静态分配，这时候，就不必绝对要求这个变量在编译时就必须确定变量的大小，运行时才决定也不迟，但是C89仍然要求在编译时就要确定，而C99放松了这个限制。但无论是C89还是C99，都不允许一个已经分配的自动变量运行时改变大小。
所以说C函数永远不应该返回一个局部变量的地址。
要指出的是，自动分配也属于动态分配，甚至可以用alloca(3)函数来像分配堆(Heap)一样进行分配，而且释放是自动的。
动态分配
还有一种更加特殊的情况，变量的大小在运行时有可能改变，或者虽然单个变量大小不变，变量的数目却有很大弹性，不能静态分配或者自动分配，这时候可以使用堆(Heap)来满足要求。ANSI C 定义的堆操作函数是malloc(3)、calloc(3)、realloc(3)和free(3)。
使用堆(Heap)内存将带来额外的开销和风险。
[编辑]安全问题

C语言的特色之一是：语言不负责内存边界检查。
[编辑]库

C语言的标准文档要求了一个平台移植C语言的时候至少要实现的一些功能和封装的集合，称为“标准库”，标准库的声明头部通过预处理器命令#include进行引用。
在C89标准中：
文件 简介说明
<assert.h> 断言相关
<ctype.h> 字符类型判断
<errno.h> 标准报错机制
<float.h> 浮点运算
<limits.h> 各种体系结构限制
<locale.h> 本地化接口
<math.h> 数学函数
<setjmp.h> 跨函数跳转
<signal.h> 信号（类似UNIX的信号定义，但是差很远）
<stdarg.h> 可变参处理
<stddef.h> 一些标准宏定义
<stdio.h> 标准I/O库
<stdlib.h> 标准工具库函数
<string.h> ASCIIZ字符串及任意内存处理函数
<time.h> 时间相关
在95年的修正版中
<iso646.h>
<wchar.h>
<wctype.h>
在C99中增加了六个函式库
<complex.h>
<fenv.h>
<inttypes.h>
<stdbool.h>
<stdint.h>
<tgmath.h>
以上是C语言的标准，而各个平台各自又对C库函数进行的各种扩充，就浩如烟海了。如POSIX C、GNU C等。
[编辑]保留关键字

char short int unsigned
long float double struct
union void enum signed
const volatile typedef auto
register static extern break
case continue default do
else for goto if
return switch while sizeof
[编辑]C99新增关键字
_Bool _Complex _Imaginary inline restrict
[编辑]C//

C//是一种结构化的并行语言，读作C parallel。它基于标准C语言但扩展了为数不多的构造用来表示并行性和进程交互。C//的核心是称为一致区域的构造，它方便了结构化的、确定的、终止的和复合的并行程序的开发。
[编辑]参考文献

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