1.1 C語言概述
1.1 C語言概述
1.1.1 什么是C語言
編程語言是用來控制計算機(jī)的一系列指令（Instruction），它有固定的格式和詞匯（不同編程語言的格式和詞匯不一樣），必須遵守，否則就會出錯，達(dá)不到工作的目的。
計算機(jī)編程語言的種類非常多，總的來說可以分成機(jī)器語言、匯編語言和高級語言三大類。
機(jī)器語言：機(jī)器語言是指一臺計算機(jī)全部的指令集合。電子計算機(jī)所使用的是由“0”和“1”組成的二進(jìn)制數(shù)，二進(jìn)制是計算機(jī)語言的基礎(chǔ)。計算機(jī)發(fā)明之初，人們寫出一串串由“0”和“1”組成的指令序列，交由計算機(jī)執(zhí)行，這種計算機(jī)能夠識別的語言，就是機(jī)器語言，即第一代計算機(jī)語言。
匯編語言：為了減輕使用機(jī)器語言編程的痛苦，人們做出了一種有益的改進(jìn)，即用一些簡潔的英文字母、符號串來替代一個特定指令的二進(jìn)制串。比如，用“ADD”代表加法，“MOV”代表數(shù)據(jù)傳遞等，這樣一來，人們很容易讀懂并理解程序在干什么，糾錯及維護(hù)都變得簡便、快捷，這種程序設(shè)計語言就稱為匯編語言，即第二代計算機(jī)語言。
高級語言：計算機(jī)語言具有高級語言和低級語言之分。而高級語言又主要是相對于機(jī)器語言和匯編語言而言的，它是較接近自然語言和數(shù)學(xué)公式的編程，基本脫離了機(jī)器的硬件系統(tǒng)，用人們更易理解的方式編寫程序。編寫的程序稱之為源程序。
高級語言并不是特指的某一種具體的語言，而是包括很多編程語言，如流行的Java、C、C++、C#、Python等，這些語言的語法、命令格式都不相同。
根據(jù)C語言的發(fā)明者丹尼斯·里奇（Dennis Ritchie，見圖1.1）說，C語言最重要的研發(fā)時期是在1972年。C語言之所以命名為C，是因為C語言源自Ken Thompson發(fā)明的B語言，而B語言則源自BCPL語言。
C語言的誕生是和UNIX操作系統(tǒng)的開發(fā)密不可分的，原先的UNIX操作系統(tǒng)都是用匯編語言寫的。1973年，UNIX操作系統(tǒng)的核心用C語言改寫，從此以后，C語言成為編寫操作系統(tǒng)的主要語言。在ANSI C標(biāo)準(zhǔn)確立之后，C語言的規(guī)范在很長一段時間內(nèi)都沒有大的變動。1995年，WG14小組對C語言進(jìn)行了一些修改，這個版本成為后來1999年發(fā)布的ISO/IEC 9899：1999標(biāo)準(zhǔn)，通常被稱為C99。
C語言是一種結(jié)構(gòu)化語言，它層次清晰，便于按模塊化方式組織程序，易于調(diào)試和維護(hù)。C語言的表現(xiàn)能力和處理能力極強(qiáng)。它不僅具有豐富的運(yùn)算符和數(shù)據(jù)類型，便于實現(xiàn)各類復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，還可以直接訪問內(nèi)存的物理地址，進(jìn)行位（bit）一級的操作。由于C語言實現(xiàn)了對硬件的編程操作，因此C語言集高級語言和低級語言的功能于一體。既可用于系統(tǒng)軟件的開發(fā)，也適合于應(yīng)用軟件的開發(fā)。此外，C語言還具有效率高、可移植性強(qiáng)等特點(diǎn)，因此廣泛地移植到了各類型計算機(jī)上，從而形成了多種版本的C語言。
1.1.2 為什么學(xué)習(xí)C語言
C語言除了能讓你了解編程的相關(guān)概念，帶你走進(jìn)編程的大門，還能讓你明白程序的運(yùn)行原理，比如，計算機(jī)的各個部件是如何交互的，程序在內(nèi)存中是一種怎樣的狀態(tài)，操作系統(tǒng)和用戶程序之間有著怎樣的關(guān)系，這些底層知識決定了你的發(fā)展高度，也決定了你的職業(yè)生涯。如果你希望成為出類拔萃的人才，而不僅僅是“碼農(nóng)”，這些知識就是不可逾越的。也只有學(xué)習(xí)C語言，才能更好地了解它們。有了足夠的基礎(chǔ)，以后學(xué)習(xí)其他語言，就會觸類旁通。
C++：包括了所有C的特性，但增加了類和其他特性以支持面向?qū)ο缶幊獭?/p>
Java：是基于C++基礎(chǔ)上開發(fā)的，所以也繼承了許多C的特性。
C#：是由C++和Java發(fā)展起來的一種高級語言。
Perl：最初是一種簡單的腳本語言，在發(fā)展過程中采用了C的許多特性。
這么多新的計算機(jī)語言，我們?yōu)槭裁催€要學(xué)習(xí)C語言呢？第一，學(xué)習(xí)C語言有助于更好地理解C++、Java、C#及其他基于C的語言特性，一開始就學(xué)習(xí)其他語言的程序員往往不能很好地掌握繼承自C語言的基本特性；第二，目前仍有許多C程序，我們需要讀懂并維護(hù)這些代碼，況且有大量的現(xiàn)成代碼可以利用，這就可以在過去程序的基礎(chǔ)上，快速和高效地編寫新的算法和函數(shù)；第三，C語言仍然廣泛應(yīng)用于新軟件開發(fā)，特別是在內(nèi)存和處理能力受限的情況下以及需要使用C語言簡單特性的地方；第四，C語言在各種考試和算法描述上仍被廣泛使用，如C語言版的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》。
我們之所以選擇C語言作為計算機(jī)編程語言的入門語言，除了上述原因外，C語言本身的特點(diǎn)也非常適合初學(xué)者。
1.語言簡潔、緊湊，使用方便
C語言一共只有32個關(guān)鍵字、9種控制語句，程序書寫形式自由，區(qū)分大小寫。它把高級語言的基本結(jié)構(gòu)和語句與低級語言的實用性結(jié)合起來。C語言可以像匯編語言一樣對位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作，而這三者是計算機(jī)最基本的工作單元。
2.運(yùn)算符豐富
C語言的運(yùn)算符包含的范圍很廣泛，共有34種運(yùn)算符。C語言把括號、賦值、強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換等都作為運(yùn)算符處理，從而使C語言的運(yùn)算類型更豐富，表達(dá)式類型更多樣化。靈活使用各種運(yùn)算符可以實現(xiàn)在其他高級語言中難以實現(xiàn)的運(yùn)算。
3.數(shù)據(jù)類型豐富
C語言的數(shù)據(jù)類型有：整型、實型、字符型、數(shù)組類型、指針類型、結(jié)構(gòu)體類型、共用體類型等。能用來實現(xiàn)各種復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的運(yùn)算，并引入了指針概念，使程序效率更高。
4.表達(dá)方式靈活
C語言提供多種運(yùn)算符和表達(dá)式值的方法，對問題的表達(dá)可通過多種途徑獲得，其程序設(shè)計更主動、靈活。它的語法限制不太嚴(yán)格，程序設(shè)計自由度大，如對整型量與字符型數(shù)據(jù)及邏輯型數(shù)據(jù)可以通用等。
5.允許直接訪問物理地址，對硬件進(jìn)行操作
由于C語言允許直接訪問物理地址，可以直接對硬件進(jìn)行操作，因此它既具有高級語言的功能，又具有低級語言的許多功能，能夠像匯編語言一樣對位（bit）、字節(jié)和地址進(jìn)行操作，而這三者是計算機(jī)最基本的工作單元，可用來寫系統(tǒng)軟件。
6.生成目標(biāo)代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高
C語言描述問題比匯編語言迅速，工作量小、可讀性好，易于調(diào)試、修改和移植，而代碼質(zhì)量與匯編語言相當(dāng)。C語言一般只比匯編程序生成的目標(biāo)代碼效率低10%~20%。
7.可移植性好
C語言在不同機(jī)器上的C編譯程序，86%的代碼是公共的，所以C語言的編譯程序便于移植。在一個環(huán)境上用C語言編寫的程序，不改動或稍加改動，就可移植到另一個完全不同的環(huán)境中運(yùn)行。
8.表達(dá)力強(qiáng)
C語言有豐富的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和運(yùn)算符，包含了各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如整型、數(shù)組類型、指針類型和聯(lián)合類型等，用來實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的運(yùn)算。C語言具有強(qiáng)大的圖形功能，支持多種顯示器和驅(qū)動器，且計算功能、邏輯判斷功能強(qiáng)大。