第1章 概论

本章内容

• C语言的发展历史
• C语言的特点
• 简单C程序介绍
• C程序的开发过程
• 常用开发环境

C语言的诞生

• 1969年，Ken Thompson 在 PDP-7 上用汇编语言写出了 Unix 的雏形
• 1970年，Dennis Ritchie 加入 Bell Labs，与 Thompson 合作开发 Unix
• 汇编语言可移植性差——换个硬件就得重写，于是需要一种高级语言
• 1972年，Ritchie 在 B语言（Ken Thompson 设计）基础上开发了 C语言
• C语言最初的目的：用高级语言重写 Unix，使其可移植

"C is quirky, flawed, and an enormous success." — Dennis Ritchie

C语言标准演进

为什么关注标准？

• 编译器对标准的支持程度不同
  • GCC 默认 -std=gnu17（C17 + GNU 扩展）
  • MSVC 长期停留在 C89/C90，近年才逐步支持 C11
  • Clang 紧跟 GCC
• 本课程以 C99/C11 为基准
• 编译时可指定标准：gcc -std=c99、gcc -std=c11

C语言的特点

C语言的应用领域

• 操作系统：Linux 内核、Windows 内核（部分）、macOS（XNU）
• 嵌入式系统：单片机、IoT 固件、RTOS
• 数据库：MySQL、PostgreSQL、SQLite
• 语言运行时：CPython、CPython 解释器、Lua VM
• 图形/游戏：SDL、OpenGL、Unreal Engine（底层）
• 网络/安全：OpenSSL、nginx、curl
• 科学计算：很多数值库（BLAS/LAPACK）的 C 接口

"C is the lingua franca of systems programming."

简单C程序介绍

#include <stdio.h>          // 预处理指令：包含标准 I/O 头文件

int main(void) {             // 主函数：程序入口
    printf("Hello, World!\n"); // 库函数调用：输出字符串
    return 0;                  // 返回值 0 表示正常结束
}

• #include <stdio.h> — 预处理，将 stdio.h 的声明引入
• int main(void) — 标准定义，返回 int，参数 void 表示不接受命令行参数
• printf — 格式化输出函数，声明在 stdio.h 中
• return 0 — 向操作系统报告退出状态，0 = 成功

程序结构解析

┌─────────────────────────────────────┐
│  预处理指令区                         │
│  #include <stdio.h>                  │
│  #define PI 3.14159                  │
├─────────────────────────────────────┤
│  全局声明区                           │
│  int global_var;                     │
├─────────────────────────────────────┤
│  函数定义区                           │
│  int main(void) {                    │
│      局部变量声明;                    │
│      执行语句;                        │
│      return 0;                       │
│  }                                   │
│  int add(int a, int b) { ... }      │
└─────────────────────────────────────┘

• 一个 C 程序有且仅有一个 main 函数
• 函数由函数头（返回类型 + 函数名 + 参数表）和函数体（{} 包围的语句块）组成
• 语句以分号 ; 结尾

带输入的程序

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int a, b, sum;

    printf("请输入两个整数：");
    scanf("%d%d", &a, &b);

    sum = a + b;
    printf("%d + %d = %d\n", a, b, sum);

    return 0;
}

• scanf("%d%d", &a, &b) — 从标准输入读两个整数，& 取地址
• %d — 格式控制符，表示十进制整数
• 运行示例：输入 3 5，输出 3 + 5 = 8

带自定义函数的程序

#include <stdio.h>

int max(int a, int b) {        // 自定义函数：返回较大值
    return a > b ? a : b;
}

int main(void) {
    int x, y;

    printf("请输入两个整数：");
    scanf("%d%d", &x, &y);
    printf("较大者为 %d\n", max(x, y));

    return 0;
}

• 函数先声明/定义，后调用
• a > b ? a : b — 条件运算符（三目运算符）

C程序的开发过程

  源文件(.c) ──→ [预处理] ──→ 展开后的源码 ──→ [编译] ──→ 汇编代码(.s) ──→ [汇编] ──→ 目标文件(.o) ──→ [链接] ──→ 可执行文件
                  cpp               cc1                 as                   ld               a.out / .exe

一步编译 vs 分步编译

一步到位（最常用）：

gcc -o hello hello.c

分步观察（调试时有用）：

gcc -E hello.c -o hello.i    # 只预处理
gcc -S hello.i -o hello.s    # 只编译到汇编
gcc -c hello.s -o hello.o    # 只汇编
gcc    hello.o -o hello      # 只链接

• -E / -S / -c 分别停在预处理、编译、汇编阶段
• 不加 -o 则默认输出 a.out

常用 GCC 编译选项

推荐日常编译：

gcc -Wall -Wextra -std=c11 -g -o hello hello.c

常用开发环境

命令行 + 编辑器

• GCC (GNU Compiler Collection) — Linux/macOS 默认编译器
• Clang — macOS 默认，错误提示更友好
• 编辑器：VS Code + C/C++ 扩展、Vim、Emacs

集成开发环境 (IDE)

• Visual Studio — Windows 上最强大，内置 MSVC 编译器
• Code::Blocks — 跨平台、轻量、自带 GCC
• Dev-C++ — 简单易上手（教学常用，但已较旧）
• CLion — JetBrains 出品，CMake 项目支持好

VS Code + GCC 配置要点

1. 安装 VS Code
2. 安装扩展：C/C++（Microsoft）、Code Runner
3. 安装编译器
   • Windows：安装 MinGW-w64 或 WSL
   • macOS：xcode-select --install
   • Linux：sudo apt install gcc
4. 验证：终端输入 gcc --version

// .vscode/tasks.json 编译任务示例
{
    "version": "2.0.0",
    "tasks": [{
        "label": "build",
        "type": "shell",
        "command": "gcc",
        "args": ["-Wall", "-std=c11", "-g", "-o", "${fileDirname}/${fileBasenameNoExtension}", "${file}"]
    }]
}

编码规范入门

良好的编码习惯从第一天开始：

• 缩进：统一 4 空格或 1 个 Tab（不要混用）
• 命名：变量用小写+下划线 student_count，常量全大写 MAX_SIZE
• 花括号：K&R 风格（开括号跟在同行）或 Allman 风格（开括号独占一行），保持一致
• 注释：
  • // 单行注释（C99 起）
  • /* ... */ 多行注释
• 一行一条语句，避免 a=1; b=2; 挤在一行
• 先声明后使用

代码是写给人看的，顺便让机器执行。

本章小结

1. C 语言诞生于 1972 年，为 Unix 而生，是系统编程的基石
2. 标准从 K&R → C89 → C99 → C11 → C23 不断演进
3. C 的核心优势：高效、底层访问、可移植
4. C 程序 = 预处理指令 + 全局声明 + 函数定义，main 是唯一入口
5. 编译四阶段：预处理 → 编译 → 汇编 → 链接
6. 推荐使用 GCC + VS Code，编译时加上 -Wall -std=c11 -g
7. 从第一天就养成良好编码习惯

下一章：第2章 基本元素——数据类型、常量变量、运算符和表达式