C语言

C语言 （正體）

C语言，是一种通用的、程序式的编程语言，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）于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于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编程语言，例如C++、Java、C#等。

后来于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年代至今的有关程序开发工具，一般都支持符合ANSI C的语法。

设计哲学

C语言是一个程序语言，设计目标是提供一种能简易的方式编译、处理低阶内存、产生少量的机器码以及不需要任何执行环境支援便能执行的编程语言。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，但仍然保持着良好跨平台的特性，以一个标准规格写出的C语言程序可在许多的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。

特色

• C语言是一个有结构化程序设计、具有变量作用域（variable scope）以及递归功能的程序式语言。
• 传递参数是以值传递（Pass-by-value），也可以透过指针来传递参考（Pass-by-address）。
• 不同的变量类型可以用结构（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，例如整数和字符变量。
• 透过指针（pointer），C语言可以容易的对内存进行低阶控制。
• 预处理器（preprocessor）让C语言的编译更具有弹性。

历史

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语言的编程语言中发展而来。早期操作系统的核心大多由组合语言组成，随着C语言的发展，C语言已经可以用来编写操作系统的核心。1973年，Unix操作系统的核心正式用C语言改写，这是C语言第一次应用在操作系统的核心编写上。

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语言程序设计师称作“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。 The Life of David Gale is completely irrelevant to this topic.

ANSI C 和 ISO C（1985年）

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的加到 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 也规定一套了标准函数库。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

ANSI C 和 ISO C（1995年）

作为对标准的维护与更新，WG14 工作小组在 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

C99

在ANSI的标准确立之后，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。它通常被成为C99。C99被ANSI于2000年三月采用。

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：
  • 宏支持取可变参数 #define Macro(...) __VA_ARGS__
  • 使用宏的时候，参数如果不写，宏里用 #,## 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
• 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。

语法

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;
}

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。

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变成一个语句。

但一般情况下，我们不推荐这样多个语句顺序书写， 因为这样会使其可读性减弱，加大代码维护难度。

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 (條件運算式)
     語句;

以及

if (條件運算式)
     語句;
else
     語句;

在条件运算式中，任何非零的值表示条件为真；如果条件不满足，程序将跳过if后面的语句，直接执行if后面的语句。但是如果if后面有else，则当条件不成立时，程序跳到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，必要时可用括号{}越过此限制。比较下面两种情况：

if (條件運算式)
     if (條件運算式)
         語句; 
     else
         語句;

if (條件運算式) {
     if (條件運算式)
         語句;
}
else 
     語句;

switch通常用于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符。与switch搭配的条件转移是case。使用case后面的标值，控制程序将跳到满足条件的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，控制程序将跳到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 (<運算式>) {
    case <值1>:
        <語句>
    break;
    case <值2>:
        <語句>
    default :
        <語句>
}

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。

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 標記;

标记必须在当前函数中定义，使用“标记：”的格式定义。程序将跳到标记处继续执行。由于goto容易产生阅读上的困难，所以应该尽量少用。

continue语句用在循环语句中，作用是结束当前一轮的循环，马上开始下一轮循环。

break语句用在循环语句或switch中，作用是结束当前循环，跳到循环体外继续执行。但是使用break只能跳出一层循环。在要跳出多重循环时，可以使用goto使得程序更为简洁。

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量。如果return后面没有值，将执行不返回值。

在C99中的运算符号

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于处理带负号整数，所以几乎所有的编译器都是算术位元右移。

数据类型

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。

数组

如果一个变量名后面跟着一个有数字的中括号，这个声明就是数组声明。字串也是一种数组。它们以ASCII的NUL作为数组的结束。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] = Template:1,{1,2,3},{4,5}}; (*)

char lexicon [10000] [300]; /* 共一万个最大长度为300的字符数组。*/

int a[3][4];

上面最后一个例子创建了一个数组，但也可以把它看成是一个多维数组。注意数组的下标从0开始。这个数组的结构如下：

例子(*)创建了一个3*3的二维数组,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.

指针

如果一个变量声明时在前面使用 * 号，表明这个变量是一个指针。换句话说，该变量是一个地址，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 */
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指针。

字串

要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于对字串进行操作的函数，使得它们看起来就像字串而不是数组。使用这些函数需要引用标头档<string.h>。

• strcat(dest, source) - 连接两个字串，把source加到dest末尾。
• strchr(s, c) - 在字串c中找出字符s第一次出现的位置。当没有找到时，返回Null。
• strcmp(a, b) - 比较字串a和b的大小。如果两个字串相同，返回0；如果a>b，返回正数；如果a<b，返回负数。
• strcpy(dest, source) - 把字串source全拷贝到字串dest中。
• strncat(dest, source, n) - 把source中的n个字符追加到dest后面。null后面的值将不会被添加。
• strncmp(a, b, n) - 比较字串a和b中n个字符的大小。如果两个字串相同，返回0；如果a>b，返回正数；如果a<b，返回负数。
• strncpy(dest, source, n) - 把字串source拷贝到字串dest中。（最多拷贝n个）
• strrchr(s, c) - 在s中查找最后一次出现c的位置。返回这个位置。如果找不到，返回null。

档输入/输出

在C语言中，输入和输出是经由标准函数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。

标准输入/输出

有三个标准输入/输出是预先定义的：

• stdin 标准输入
• stdout 标准输出
• stderr 输入输出错误

这些定义在运行过程中是自动的打开和关闭的，所以它们并不需要进行显示定义。

下面的这个例子显示了一个过滤程序（filter program）是怎样构成的。

#include <stdio.h>
 
int main(void)
{
    int c;
    while (( c = getchar()) != EOF ) 
    {
        if (anErrorOccurs) 
        {
            fputs("an error eee occurred\n", stderr);
            break;
        }
        putchar(c);
    }
}

传递命令行参数

在命令行赋予程序的参数将通过在main()函数中定义一个整型参数（int）和一个指向字符指针的指针型参数（char **）来实现，前者传递命令行参数的个数，后者传递命令行参数内容。习惯上将这两个参数分别命名为argc和argv。程序文件名被作为第一个命令行参数。

对于下列程序：

#include <stdio.h>
 
int main(int argc, char **argv) {
    int i;
    for(i=0;i<argc;i++)
        printf("%d:%s\n",i,argv[i]);
    return 0;
}

输入命令（假设该程序生成C:\TC\a.exe）： a one two three

则会得到下面的输出结果：

0:C:\TC\A.EXE
1:one
2:two
3:three

标准函数库

以下列出由C语言提供的标准函数库,函数库通过#include进行引用。

在C89标准中:

• <assert.h>
• <ctype.h>
• <errno.h>
• <float.h>
• <limits.h>
• <locale.h>
• <math.h>
• <setjmp.h>
• <signal.h>
• <stdarg.h>
• <stddef.h>
• <stdio.h>
• <stdlib.h>
• <string.h>
• <time.h>

在95年的修正版中

• <iso646.h>
• <wchar.h>
• <wctype.h>

在C99中增加了六个函数库

• <complex.h>
• <fenv.h>
• <inttypes.h>
• <stdbool.h>
• <stdint.h>
• <tgmath.h>

保留关键字

C99新增关键字

参考文献

外部链接

• C 语言学习笔记
• 美丽 C 世界(C语言教学讲义)
• Full guide for ANSI standard C programming language.
• C Programming Course
• C Programming Notes
• C Standard Library
• （英文）Visual Studio Express 首页
• （英文）Visual Studio Express 下载页面
• （正体中文）Visual Studio Express 首页
• （正体中文）Visual Studio Express Visual C++ 下载页面

参见

• 计算机科学课程列表
• ISO/IEC 9899. C99标准的官方网站。目前（2006年）可直接下载的标准文本是ISO/IEC 9899:TC2.

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