C語言基礎（一）—— C語言概述（領域、編譯過程、IDE）

1. 什麼是C語言

語言是人和人交流，C語言就是人和計算機交流的一種語言

2. 為什麼要學習C語言

2.1 C語言特點

優點：

代碼量小

執行速度快

功能強大

程式設計自由

缺點：

寫代碼實作周期長

可移植性較差

過于自由，經驗不足易出錯

對平台庫依賴較多

2.2 學習C語言理由

2.3 C語言應用領域

C語言的應用極其廣泛，從網站背景，到底層作業系統，從多媒體應用到大型網絡遊戲，均可使用C語言來開發：

• C語言可以寫網站背景程式

• C語言可以專門針對某個主題寫出功能強大的程式庫

• C語言可以寫出大型遊戲的引擎

• C語言可以寫出另一個語言來

• C語言可以寫作業系統和驅動程式，并且隻能用C語言編寫

• 任何裝置隻要配置了微處理器，就都支援C語言。從微波爐到手機，都是由C語言技術來推動的

2.4 C語言的簡潔

C語言僅有32個關鍵字，9種控制語句，34種運算符，卻能完成無數的功能：

2.5 學習C語言的常見困惑

3 第一個C語言程式：HelloWorld

3.1 編寫C語言代碼：hello.c

#include <stdio.h>

int main()
{
    //這是第一個C語言代碼 
    printf("hello world\n");
    return 0;
}
           

C語言的源代碼檔案是一個普通的文本檔案，但擴充名必須是.c

3.2 通過gcc編譯C代碼

3.2.1 gcc編譯器介紹

編輯器(如vi、記事本)是指我用它來寫程式的（編輯代碼），而我們寫的代碼語句，電腦是不懂的，我們需要把它轉成電腦能懂的語句，編譯器就是這樣的轉化工具。就是說，我們用編輯器編寫程式，由編譯器編譯後才可以運作！

編譯器是将易于編寫、閱讀和維護的進階計算機語言翻譯為計算機能解讀、運作的低級機器語言的程式。

gcc（GNU CompilerCollection，GNU 編譯器套件），是由 GNU 開發的程式設計語言編譯器。gcc原本作為GNU作業系統的官方編譯器，現已被大多數類Unix作業系統（如Linux、BSD、Mac OS X等）采納為标準的編譯器，gcc同樣适用于微軟的Windows。

gcc最初用于編譯C語言，随着項目的發展gcc已經成為了能夠編譯C、C++、Java、Ada、fortran、Object C、Object C++、Go語言的編譯器大家族。

編譯指令格式：

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

• 指令、選項和源檔案之間使用空格分隔

• 一行指令中可以有零個、一個或多個選項

• 檔案名可以包含檔案的絕對路徑，也可以使用相對路徑

• 如果指令中不包含輸出可執行檔案的檔案名，可執行檔案的檔案名會自動生成一個預設名，Linux平台為a.out，Windows平台為a.exe

gcc、g++編譯常用選項說明：

選項	含義
-o file	指定生成的輸出檔案名為file
-E	隻進行預處理
-S(大寫)	隻進行預處理和編譯
-c(小寫)	隻進行預處理、編譯和彙編

3.2.2 Windows平台下gcc環境配置

windows指令行界面下，預設是沒有gcc編譯器，我們需要配置一下環境。由于安裝了Qt，Qt是一個內建開發環境，内部內建gcc編譯器，配置一下環境變量即可使用gcc。

參考文章：QT環境變量配置

3.2.3 Windows平台下編譯代碼

3.3 代碼分析

3.3.1 include頭檔案包含

#include的意思是頭檔案包含，#include <stdio.h>代表包含stdio.h這個頭檔案

使用C語言庫函數需要提前包含庫函數對應的頭檔案，如這裡使用了printf()函數，需要包含stdio.h頭檔案

可以通過man 3 printf檢視printf所需的頭檔案

#include< > 與 #include ""的差別：

< > 表示系統直接按系統指定的目錄檢索

"" 表示系統先在 "" 指定的路徑(沒寫路徑代表目前路徑)查找頭檔案，如果找不到，再按系統指定的目錄檢索

stdio.h是在作業系統的系統目錄下：

3.3.2 main函數

• 一個完整的C語言程式，是由一個、且隻能有一個main()函數(又稱主函數，必須有)和若幹個其他函數結合而成（可選）。

• main函數是C語言程式的入口，程式是從main函數開始執行。

3.3.3 {} 括号，程式體和代碼塊

• {}叫代碼塊，一個代碼塊内部可以有一條或者多條語句

• C語言每句可執行代碼都是";"分号結尾

• 所有的#開頭的行，都代表預編譯指令，預編譯指令行結尾是沒有分号的

• 所有的可執行語句必須是在代碼塊裡面

3.3.4 注釋

• //叫行注釋，注釋的内容編譯器是忽略的，注釋主要的作用是在代碼中加一些說明和解釋，這樣有利于代碼的閱讀

• 叫塊注釋

• 塊注釋是C語言标準的注釋方法

• 行注釋是從C++語言借鑒過來的

3.3.5 printf函數

• printf是C語言庫函數，功能是向标準輸出裝置輸出一個字元串

• printf(“hello world\n”);//\n的意思是回車換行

3.3.6 return語句

• return代表函數執行完畢，傳回return代表函數的終止

• 如果main定義的時候前面是int，那麼return後面就需要寫一個整數；如果main定義的時候前面是void，那麼return後面什麼也不需要寫

• 在main函數中return 0代表程式執行成功，return -1代表程式執行失敗

• int main()和void main()在C語言中是一樣的，但C++隻接受int main這種定義方式

4. system函數

4.1 system函數的使用

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

功能：在已經運作的程式中執行另外一個外部程式
參數：外部可執行程式名字
傳回值：
    成功：0
    失敗：任意數字
           

示例代碼：

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

int main()
{
    //system("calc"); //windows平台
    system("ls"); //Linux平台, 需要頭檔案#include <stdlib.h>

    return 0;
}
           

5. C語言編譯過程

5.1 C程式編譯步驟

C代碼編譯成可執行程式經過4步：

1. 預處理：宏定義展開、頭檔案展開、條件編譯等，同時将代碼中的注釋删除，這裡并不會檢查文法

1. 編譯：檢查文法，将預處理後檔案編譯生成彙編檔案

1. 彙編：将彙編檔案生成目标檔案(二進制檔案)

1. 連結：C語言寫的程式是需要依賴各種庫的，是以編譯之後還需要把庫連結到最終的可執行程式中去

5.2 gcc編譯過程

1) 分步編譯

預處理：gcc -E hello.c -o hello.i

編 譯：gcc -S hello.i -o hello.s

彙 編：gcc -c hello.s -o hello.o

鍊 接：gcc hello.o -o hello

選項	含義
-E	隻進行預處理
-S(大寫)	隻進行預處理和編譯
-c(小寫)	隻進行預處理、編譯和彙編
-o file	指定生成的輸出檔案名為 file

檔案字尾	含義
.c	C 語言檔案
.i	預處理後的 C 語言檔案
.s	編譯後的彙編檔案
.o	編譯後的目标檔案

2) 一步編譯

gcc hello.c -o demo（還是經過：預處理、編譯、彙編、連結的過程）：

5.3 查找程式所依賴的動态庫

Windows平台下，需要相應軟體(Depends.exe)：

6. CPU内部結構與寄存器

6.1 64位和32位系統差別

• 寄存器是CPU内部最基本的存儲單元

• CPU對外是通過總線(位址、控制、資料)來和外部裝置互動的，總線的寬度是8位，同時CPU的寄存器也是8位，那麼這個CPU就叫8位CPU

• 如果總線是32位，寄存器也是32位的，那麼這個CPU就是32位CPU

• 有一種CPU内部的寄存器是32位的，但總線是16位，準32為CPU

• 所有的64位CPU相容32位的指令，32位要相容16位的指令，是以在64位的CPU上是可以識别32位的指令

• 在64位的CPU構架上運作了64位的軟體作業系統，那麼這個系統是64位

• 在64位的CPU構架上，運作了32位的軟體作業系統，那麼這個系統就是32位

• 64位的軟體不能運作在32位的CPU之上

6.2 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

6.3 寄存器、緩存、記憶體三者關系

按與CPU遠近來分，離得最近的是寄存器，然後緩存(CPU緩存)，最後記憶體。

CPU計算時，先預先把要用的資料從硬碟讀到記憶體，然後再把即将要用的資料讀到寄存器。于是 CPU<--->寄存器<--->記憶體，這就是它們之間的資訊交換。

那為什麼有緩存呢？因為如果經常操作記憶體中的同一址地的資料，就會影響速度。于是就在寄存器與記憶體之間設定一個緩存。

因為從緩存提取的速度遠高于記憶體。當然緩存的價格肯定遠遠高于記憶體，不然的話，機器裡就沒有記憶體的存在。

由此可以看出，從遠近來看：CPU〈---〉寄存器〈---> 緩存 <---> 記憶體。

7. 內建開發環境IDE

內建開發環境（IDE，IntegratedDevelopment Environment ）是用于提供程式開發環境的應用程式，一般包括代碼編輯器、編譯器、調試器和圖形使用者界面工具。內建了代碼編寫功能、分析功能、編譯功能、調試功能等一體化的開發軟體服務套。所有具備這一特性的軟體或者軟體套（組）都可以叫內建開發環境。

7.1 Qt Creator

Qt Creator是跨平台的 Qt IDE， Qt Creator 是 Qt 被 Nokia 收購後推出的一款新的輕量級內建開發環境（IDE）。此 IDE 能夠跨平台運作，支援的系統包括 Linux（32 位及 64 位）、Mac OS X 以及 Windows。根據官方描述，Qt Creator 的設計目标是使開發人員能夠利用 Qt 這個應用程式架構更加快速及輕易的完成開發任務。

快捷鍵	含義
Ctrl + i	自動格式化代碼
Ctrl + /	注釋/取消注釋
Alt + Enter	自動完成類函數定義
F4	.h 檔案和對應.cpp 檔案切換
F9	設定斷點
F5	調試運作
Ctrl + r	編譯，但不調試運作
Ctrl + b	編譯，不運作
F10	next調試
F11	step調試

7.2 Microsoft Visual Studio

Microsoft Visual Studio（簡稱VS）是美國微軟公司的開發工具包系列産品。VS是一個基本完整的開發工具集，它包括了整個軟體生命周期中所需要的大部分工具，如UML工具、代碼管控工具、內建開發環境(IDE)等等,所寫的目标代碼适用于微軟支援的所有平台。Visual Studio是目前最流行的Windows平台應用程式的內建開發環境。

1) VS常用快捷鍵

快捷鍵	含義
Ctrl + k,Ctrl + f	自動格式化代碼
Ctrl + k,Ctrl + c	注釋代碼
Ctrl + k,Ctrl + u	取消注釋代碼
F9	設定斷點
F5	調試運作
Ctrl + F5	不調試運作
Ctrl + Shift + b	編譯，不運作
F10	next調試
F11	step調試

2) VS2013的C4996錯誤

由于微軟在VS2013中不建議再使用C的傳統庫函數scanf,strcpy,sprintf等，是以直接使用這些庫函數會提示C4996錯誤：

VS建議采用帶_s的函數，如scanf_s、strcpy_s，但這些并不是标準C函數。

要想繼續使用此函數，需要在源檔案中添加以下指令就可以避免這個錯誤提示：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS     //這個宏定義最好要放到.c檔案的第一行

#pragma warning(disable:4996)    //或者使用這個
           

8. 彙編語言

8.1 VS中C語言嵌套彙編代碼(了解)

#include <stdio.h>

int main()
{
    //定義整型變量a, b, c
    int a;
    int b;
    int c;

    __asm
    {
        mov a, 3    //3的值放在a對應記憶體的位置
        mov b, 4    //4的值放在b對應記憶體的位置
        mov eax, a    //把a記憶體的值放在eax寄存器
        add eax, b    //eax和b相加，結果放在eax
        mov c, eax    //eax的值放在c中
    }
    
    printf("%d\n",  c);//把c的值輸出

    return 0;//成功完成
}
           

8.2 VS反彙編

#include <stdio.h>

int main()
{
    //定義整型變量a, b, c
    int a;
    int b;
    int c;

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

    return 0;//成功完成
}
           

1. 設定斷點F9

1. 選擇反彙編按鈕

1. 根據彙編代碼分析程式