C語言 - 第零章 | 開卷

終於決定開始進入C語言地獄⋯
看到人家說「C語言，從崩潰到放棄」
我想在怎麼說C語言還是人看得懂的語言，還不至於到學不來吧？！反正反匯編都在分析在學習(組合語言、機器碼)，這應該不會難到哪⋯

讓我們開始一步一步踏入C語言的世界裡面⋯
後面大概的順序是：

• C語言歷史

• C語言特性

• 說明低中高階語言

• 瞭解IDE是什麼

• 學會安裝IDE

• 學會基本IDE操作(包含C語言練習)

• C語言的基礎學習

C語言歷史

早期發展

C語言最早由丹尼斯·里奇（Dennis Ritchie）為了在PDP-11電腦上運行的Unix系統所設計出來的程式語言，第一次發展在1969年到1973年之間。

C源於BCPL語言，後者由馬丁·理察德（Martin Richards）於1967年左右設計實現。BCPL是一門”無類型”的程式語言：它僅能操作一種資料類型，即機器字（machine word）。1970年，肯·湯普遜為執行在PDP-7上的首個Unix系統設計了一個精簡版的BCPL，這個語言被稱為B語言，它也是無類型的。

Unix最早運行在PDP-7上，是以組合語言寫成。在PDP-11出現後，丹尼斯·里奇與肯·湯普遜著手將Unix移植到PDP-11上，無類型的語言在PDP-11上愈發顯得合適。PDP-11提供了多種不同規格大小的基本物件：一位元組長的字元，兩位元組長的整型數以及四位元組長的浮點數。B語言無法處理這些不同規格大小的物件，也沒有提供單獨的運算子去操作它們。

C語言最初嘗試通過向B語言中增加資料類型的想法來處理那些不同類型的資料。和大多數語言一樣，在C中，每個物件都有一個類型以及一個值；類型決定了可用於值的操作的含義，以及物件占用的儲存空間大小。

1973年，Unix作業系統的核心正式用C語言改寫，這是C語言第一次應用在作業系統的核心編寫上。

1975年C語言開始移植到其他機器上使用。史蒂芬·強生實現了一套「可移植編譯器」，這套編譯器修改起來相對容易，並且可以為不同的機器生成程式碼。從那時起，C在大多數電腦上被使用，從最小的微型電腦到與CRAY-2超級電腦。C語言很規範，即使沒有一份正式的標準，你也可以寫出C程式，這些程式無須修改就可以執行在任何支援C語言和最小執行時環境的電腦上。

C最初在小型機器上實現，並且繼承了一系列小語種程式語言的特點；與功能相比，C的設計者更傾向於簡單和優雅。此外，從一開始，C語言就是為系統級編程而設計，程式的執行效率至關重要，因此，C語言與真實機器能力的良好匹配也就不足為奇。例如，C語言為典型硬體所直接支援的物件：字元，整數（也許有多種大小），以及浮點數（同樣可能有多種大小）提供了相應的基本資料類型。

K&R C

1978年，丹尼斯·里奇和布萊恩·柯林漢合作出版了《C程式設計語言》的第一版。書中介紹的C語言標準也被C語言程式設計師稱作「K&R C」（柯里C），第二版的書中也包含了一些ANSI C的標準。

K&R C主要引入了以下語言特性：

• 標準I/O庫
• 結構（struct）類型
• 長整數（long int）類型
• 無號整數（unsigned int）類型
• 把運算子=+和=-改為+=和-=。因為=+和=-會使得編譯器不知道使用者要處理i = -10還是i =- 10，使得處理上產生混淆。
• 即使在後來ANSI C標準被提出的許多年後，K&R C仍然是許多編譯器的最低標準要求，許多老舊的編譯仍然運行K&R C的標準。

ANSI C 和 ISO C

1989年，C語言被美國國家標準協會（ANSI）標準化，編號為ANSI X3.159-1989。這個版本又稱為C89。標準化的一個目的是擴充K&R C，增加了一些新特性。

• void 函式
• 函式返回 struct 或 union 類型
• void * 資料類型

1990年，國際標準化組織（ISO）成立 ISO/IEC JTC1/SC22/WG14 工作群組，來規定國際標準的C語言，通過對ANSI標準的少量修改，最終製定了 ISO 9899:1990，又稱為C90。隨後，ANSI亦接受國際標準C，並不再發展新的C標準。

K&R C語言到ANSI/ISO標準C語言的改進包括：

• 增加了真正的標準庫
• 新的預處理命令與特性
• 函式原型允許在函式申明中指定參數類型
• 一些新的關鍵字，包括 const、volatile 與 signed
• 寬字元、寬字串與多位元組字元
• 對約定規則、聲明和型別檢查的許多小改動與澄清

WG14工作小組之後又於1994年，對1985年頒布的標準做了兩處技術修訂（缺陷修復）和一個補充（擴充）。下面是 1994 年做出的所有修改：

• 3 個新的標準庫標頭檔 iso646.h、wctype.h 和 wchar.h
• 幾個新的記號與預定義巨集，用於對國際化提供更好的支援
• printf/sprintf 函式一系列新的格式程式碼
• 大量的函式和一些類型與常數，用於多位元組字元和寬位元組字元

C99

在ANSI的標準確立後，C語言的規範在一段時間內沒有大的變動，然而C++在自己的標準化建立過程中繼續發展壯大。《標準修正案一》在1994年為C語言建立了一個新標準，但是只修正了一些C89標準中的細節和增加更多更廣的國際字元集支援。不過，這個標準引出了1999年ISO 9899:1999的發表。它通常被稱為C99。C99被ANSI於2000年3月採用。

在C99中包括的特性有：

• 增加了對編譯器的限制，比如源始碼每行要求至少支援到 4095 位元組，變數名函式名的要求支援到 63 位元組（extern 要求支援到 31）。
• 增強了預處理功能。例如：
  • 巨集支援取可變參數 #define Macro(…) __VA_ARGS__
  • 使用巨集的時候，允許省略參數，被省略的參數會被擴充成空串。
  • 支援 // 開頭的單行注釋（這個特性實際上在C89的很多編譯器上已經被支援了）
• 增加了新關鍵字 restrict, inline, _Complex, _Imaginary, _Bool
  • 支援 long long, long double _Complex, float _Complex 等類型
• 支援不定長的陣列，即陣列長度可以在執行時決定，比如利用變數作為陣列長度。聲明時使用 int a[var] 的形式。不過考慮到效率和實現，不定長陣列不能用在全域，或 struct 與 union 。
• 變數聲明不必放在語句塊的開頭，for 語句提倡寫成 for(int i=0;i<100;++i) 的形式，即i 只在 for 語句塊內部有效。
• 允許採用（type_name）{xx,xx,xx} 類似於 C++ 的建構函式的形式構造匿名的結構體。
• 初始化結構的時候允許對特定的元素賦值，形式為：

1

struct test{int a[3]，b;} foo[] =  { [0].a = {1}, [1].a = 2 };

1

struct test{int a, b, c, d;} foo =  { .a = 1, .c = 3, 4, .b = 5 };  // 3,4 是對 .c,.d 賦值的

• 格式化字串中，利用 \u 支援 unicode 的字元。
• 支援 16 進位的浮點數的描述。
• printf scanf 的格式化串增加了對 long long int 類型的支援。
• 浮點數的內部資料描述支援了新標準，可以使用 #pragma 編譯器指令指定。
• 除了已有的 __line__ __file__ 以外，增加了 __func__ 得到目前的函式名。
• 允許編譯器化簡非常數的運算式。
• 修改了 / % 處理負數時的定義，這樣可以給出明確的結果，例如在C89中-22 / 7 = -3, -22 % 7 = -1，也可以-22 / 7= -4, -22 % 7 = 6。 而C99中明確為 -22 / 7 = -3, -22 % 7 = -1，只有一種結果。
• 取消了函式返回類型預設為 int 的規定。
• 允許在 struct 的最後定義的陣列不指定其長度，寫做 [](flexible array member)。
• const const int i 將被當作 const int i 處理。
• 增加和修改了一些標準標頭檔，比如定義 bool 的 <stdbool.h> ，定義一些標準長度的 int 的 <inttypes.h> ，定義複數的 <complex.h> ，定義寬字元的 <wctype.h> ，類似於泛型的數學函式 <tgmath.h>， 浮點數相關的 <fenv.h>。 在<stdarg.h> 增加了 va_copy 用於複製 … 的參數。<time.h> 里增加了 struct tmx ，對 struct tm 做了擴充。
• 輸入輸出對寬字元以及長整數等做了相應的支援。

但是各個公司對C99的支援所表現出來的興趣不同。當GCC和其它一些商業編譯器支援C99的大部分特性的時候，微軟和Borland卻似乎對此不感興趣。

C11

2011年12月8日，ISO正式發布了新的C語言的新標準C11，之前被稱為C1X，官方名稱為ISO/IEC 9899:2011。新的標準提高了對C++的相容性，並增加了一些新的特性。這些新特性包括泛型巨集、多執行緒、帶邊界檢查的函式、匿名結構等。

C18

C18沒有引入新的語言特性，只對C11進行了補充和修正。

C語言特性

它的特性，總歸一句話「就是沒有特性」

由於很接近底層的組合語言，所以能做很多事情，透過指標，能夠直接控制、管理記憶體。
C語言的設計理念是把工程師視為「成人」、「工程師」應該知道自己該做什麼，
不像「小孩」需要特別的保護，他盡量給予工程師最大的彈性、自由，所以若是對C語言了解不夠深，就容易寫出有漏洞的程式，成為駭客攻擊的目標。

簡單的說，基本上，C語言「想做什麼，就做什麼，做錯什麼，自己負責」。

低中高階語言

程式語言就是人與電腦溝通的橋樑，就像世界上有很多語言，像是中文、英文、日文等等，
程式語言也有很多種，像是C、C++、Java、Python，使用程式語言寫程式即可電腦溝通。

CPU只看得懂一種語言，叫做機器碼(Machine code)，
所以需要跟CPU溝通的話就需要翻譯的存在， 將程式碼轉換成機器碼有三種方式，組譯、編譯、直譯

• 組譯(Assembling)
  • 將組合語言轉換成機器語言
  • 反過來將機器語言變成組合語言(Disassemble)
    • 玩資安，寫外掛的重要技能
  • ex. 組合語言使用組譯器
• 直譯
  • 透過直譯器(interpreter)對原始碼進行一邊讀解，一邊執行的動作
  • 優點，在每個指令打完後就可以知道結果，較適合新手(but直譯跳到編譯難)
  • 每次執行每次直譯
  • ex. python使用直譯器
• 編譯
  • 將原始程式碼透過編譯器(Compiler)轉換成機器碼，再直接執行機器碼
  • 優點；轉換速度快，可以一次找出不合文法的內容
  • 原始程式 –> 經由編譯器 –> 變成目的檔 –> 經由連結器 –> 變成執行檔
  • SOURCE.C –> COMPILER –> SOURCE.OBJ –> LINKER –> SOURCE.EXE
  • 編譯過一次後，以後只需要執行機器碼
  • ex. C語言使用編譯器

越接近CPU語言的叫低階語言，
越接近人類語言的較高階語言，
還有個剛好在中間的叫做中階語言。

• 低階語言

  • 每一道指令對應一個 CPU 控制碼、程式碼超級多、重複性大
  • 對硬體控制較好
  • 程式效能較高
  • 比較難懂
  • ex. 組合語言、機器碼

• 中階語言

  • 原本C也算是高階語言，不過有些高階語言使用C編譯完的函式庫(Library)
  • 因此有些人也稱C為高階語言
  • ex. C語言

• 高階語言

  • 比較好懂，程式碼較少
  • 較容易撰寫、除錯
  • 對硬體控制能力較差、程式效能也較差
  • ex. python、Java

同一件事情，假設高階語言要寫十行程式碼，
低階語言可能需要五百行，
但，低階語言能直接做到很多高階語言不容易做到的事情。

註：以上參考了
wiki C語言
hackersir gitbooks