本節書摘來自華章計算機《C語言編程魔法書：基于C11標準》一書中的第1章，第1.1節,作者： 陳軼 更多章節內容可以訪問云棲社區“華章計算機”公眾號查看。

第一篇　預備知識篇

第1章 C魔法概覽

本章內容主要對C編程語言（以下簡稱C語言）進行大體介紹，包括它的歷史以及C語言標準的演化進程。然后介紹一下C語言編程思想，當前主流C語言編譯器以及GNU語法擴展。最后簡單介紹一下從用C語言編寫程序到編譯、構建一個可執行程序的大致過程。
計算機編程語言從對計算機硬件底層的抽象程度進行分類，可分為：機器語言、匯編語言以及高級語言。下面由底層到高層分別介紹這幾種類別的編程語言。

1.1　例說編程語言

1）機器語言是直接通過十六進制數表示當前處理器架構的機器指令碼。指令碼包含了當前指令的功能（比如算術邏輯運算、移位、分支、中斷、I/O等）、寄存器、立即數等多種元素。每種處理器架構所對應的機器碼的字節長度也各不相同，有些是固定長度的（比如ARM、MIPS等架構），有些是可變長度的（比如x86架構）。
2）匯編語言（Assembly Language）通過簡單的指令助記符（memonics）來表示對應機器指令的功能、寄存器編號、立即數（immediates）等元素。匯編語言是對機器指令的簡單抽象，通過匯編器（assembler）可以將匯編語句翻譯成對應的機器指令碼。
3）高級語言的表達形式更為抽象且貼近我們日常的語言表述。而且，高級語言比起匯編語言往往更具有表達力，且擁有更加豐富的語法特性，以便將程序進行結構化和模塊化。比如，高級語言具有自定義變量標識符、自定義數據結構、分支與循環、更形象自然的表達式等。高級語言一般通過編譯器（compiler）可直接將表達式翻譯為對應的機器指令碼；也可以將高級語言先翻譯為中間語言（類似于匯編，但可能比匯編適用范圍更廣、更利于跨平臺的字節碼），最后將中間語言翻譯為最終的機器指令碼。
當然，有些書中還介紹了第四代語言，它基于高級語言，比高級語言更抽象，只需要一些簡單的描述語句就能讓計算機做比較復雜的工作。比如SQL（結構化查詢語言，用于數據庫查詢）算是一種第四代語言。
下面，為了能讓大家對這三種層次的編程語言有一個感性的認識，這里將列舉ARMv8架構處理器下的機器語言、匯編語言，加上它們相應的C語言。讀者如果手頭有Xcode，并且有包含Apple A7或更高版本處理器的iOS設備的話，可以直接編譯運行，并能看到最終效果。
下面首先列出一個文件名為my_sub.s的匯編源文件，其中包含了機器語言和匯編語言。見代碼清單1-1：

代碼清單1-1　機器語言與匯編語言 .text .align 4#ifdef __arm64__.globl _my_sub_machine .globl _my_sub_assembly// 用機器語言實現減法操作 _my_sub_machine:.long 0x4b010000.long 0xd65f03c0// 用匯編語言實現減法操作 _my_sub_assembly:sub w0, w0, w1ret#endif

在代碼清單1-1中，_my_sub_machine程序片段中的兩條.long語句即為機器指令。這兩條機器指令正好與_my_sub_assembly中的兩條匯編指令相對應。也就是說，“0x4b010000”這串32位的十六進制代碼意思就是“sub w0, w0, w1”，表示將寄存器w0與寄存器w1的值進行相減，然后將結果寫回w0寄存器中。而“0xd65f03c0”指令碼對應于“ret”（更確切地說是ret x30），表示返回當前過程（procedure）。在匯編語言中，一般會使用過程或者例程（routine）來表示一個可執行的程序片段。在C語言中一般都用函數（function）表示。我們在這里能夠明顯看到，匯編語言采用指令助記符的方式比寫機器指令碼要直觀得多，而且也不容易出錯。“sub”指令的功能從助記符上就能知道是“減法”功能；而w0、w1也明確指明了使用的寄存器是w0和w1。這些在“0x4b010000”這種機器指令碼上都無法直觀地表現出來。
代碼清單1-2列出C語言是如何表達一個減法操作的。

代碼清單1-2　減法操作對應的C語言 static int my_sub_c(int a, int b) {return a - b; }

代碼清單1-2所列出的C語言代碼與代碼清單1-1中的機器指令碼和匯編語言完全對應，意思一目了然——將參數變量a的值與參數變量b的值進行相減，然后將結果返回。從這里我們就能看到機器語言、匯編語言以及以C語言為代表的高級語言之間在表達力上的差距了。高級語言的目的就是為了給程序員提供更良好的編程工具，更簡潔、更富有表達力的語言，使得我們程序員能提升生產力，并且能構思出更多精彩炫酷的應用，而不是把太多的精力都投入在如何讓計算機執行的細節上。
代碼清單1-3能讓我們在主函數或其他函數中測試上述已經編寫好的函數。

代碼清單1-3　展示減法操作的結果 #ifdef __arm64__extern int my_sub_machine(int a, int b); extern int my_sub_assembly(int a, int b);int result_machine = my_sub_machine(10, 2); int result_assembly = my_sub_assembly(5, 3); int result_c = my_sub_c(6, 2);printf("Three results: %d, %d, %d\n", result_machine, result_assembly, result_c);#endif

執行了上述代碼之后，我們最后能在控制臺看到輸出結果：“Three results: 8, 2, 4”。可見，上述三種不同的編程語言，計算功能是完全一致的，都是對兩個輸入參數做減法操作，然后返回差值。然而就可讀性、可理解性以及編程便利性而言，顯然C語言比起其他兩者要強得多。而可讀性最差的無疑就是機器指令碼了。
1.C語言的類別與產生
對于高級語言來說，從表達上又可分為命令式編程語言（imperative programming language）和陳述型編程語言（declarative programming language）。命令式語言主要包括過程式（procedural）、結構化（structured）以及面向對象（object-oriented）的編程語言；陳述型編程語言主要包括函數式（functional）以及邏輯型（logical）編程語言。而C語言則屬于結構化的命令式編程語言。不過現在很多命令式編程語言也包含了一些函數式編程語言的特征。在本書中，后面第18章中談到的Blocks語法就是一個很典型的函數式編程語言的語法。
C語言最初由Dennis Ritchie于1969年到1973年在AT&T貝爾實驗室里開發出來，主要用于重新實現Unix操作系統。此時，C語言又被稱為K&R C。其中，K表示Kernighan的首字母，而R則是Ritchie的首字母。K&R C語言與后來標準化的C語言有很大差異。比如，如果函數返回類型為int，則int可省：int my_function() { }，也可以寫成my_function(){ }。編譯器不會有任何警告，更不會報錯。另外，還有現在看來比較奇葩的函數定義，像我們現在定義這么一個函數——void my_function(int a, char p){ }，如果是用K&R C語法定義的話要寫成：void my_function(a, p) int a; char p; { }。K&R的C語法中，定義一個函數時，其形參列表先列出形參的標識符，然后在函數聲明的后面緊跟著對形參標識符的完整聲明，最后是函數體。這在現行標準中已經被逐步廢棄使用了。另外，當時的第一本C語言專業書《The C Programming Language》也并非一個正式的編程語言規范，但被用了許多年。
2.C90標準
由于C語言被各大公司所使用（包括當時處于鼎盛時期的IBM PC），因此到了1989年，C語言由美國國家標準協會（ANSI）進行了標準化，此時C語言又被稱為ANSI C。而僅過一年，ANSI C就被國際標準化組織ISO給采納了。此時，C語言在ISO中有了一個官方名稱——ISO/IEC 9899：1990。其中，9899是C語言在ISO標準中的代號，像C++在ISO標準中的代號是14882。而冒號后面的1990表示當前修訂好的版本是在1990年發布的。對于ISO/IEC 9899：1990的俗稱或簡稱，有些地方稱為C89，有些地方稱為C90，或者C89/90。不管怎么稱呼，它們都指代這個最初的C語言國際標準。這個版本的C語言標準作為K&R C的一個超集（即K&R C是此標準C的一個子集），把后來引入的許多非官方特性也一起整合了進去。其中包括了從C++借鑒的函數原型（Function Prototypes），指向void的指針，對國際字符集以及本地語言環境的支持。在此標準中，盡管已經將函數定義的方式改為現在我們常用的那種方式，不過K&R的語法形式仍然兼容。
3.C99標準
在隨后的幾年里，C語言的標準化委員會又不斷地對C語言進行改進，到了1999年，正式發布了ISO/IEC 9899:1999，簡稱為C99標準。C99標準引入了許多特性，包括內聯函數（inline functions）、可變長度的數組、靈活的數組成員（用于結構體）、復合字面量、指定成員的初始化器、對IEEE754浮點數的改進、支持不定參數個數的宏定義，在數據類型上還增加了long long int以及復數類型。毫不夸張地說，即便到目前為止，很少有C語言編譯器是完整支持C99的。像主流的GCC以及Clang編譯器都能支持高達90%以上，而微軟的Visual Studio 2015中的C編譯器只能支持到70%左右。
4.C11標準
2007年，C語言標準委員會又重新開始修訂C語言，到了2011年正式發布了ISO/IEC 9899:2011，簡稱為C11標準。C11標準新引入的特征盡管沒C99相對C90引入的那么多，但是這些也都十分有用，比如：字節對齊說明符、泛型機制（generic selection）、對多線程的支持、靜態斷言、原子操作以及對Unicode的支持。本書將主要針對C11標準為大家詳細講解C編程語言
筆者近兩年也是在不斷地了解C語言標準委員會的最新動態，其中看到有人提出想為C語言添加面向對象的特性，包括增加類、繼承、多態等已被C++語言所廣泛使用的語法特性，但是最終被委員會駁回了。因為這些復雜的語法特性并不符合C語言的設計理念以及設計哲學，況且C++已經有了這些特性，C語言無需再對它們進行支持。筆者將在第19章給大家談談C語言設計理念與發展方向。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的《C语言编程魔法书：基于C11标准》——第一篇　预备知识篇 第1章 C魔法概览1.1　例说编程语言...的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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