【C語言】01－概述

一、計算機常識

在學習C語言之前，先要了解一些計算機常識

1.計算機隻能識别0和1

• 大家都知道，計算機要通電才能工作，說白了，它跟電視、洗衣機一樣，都是電器。電器都有個共同的能力：懂得判斷通電還是斷電，通電就能工作，斷電就停止工作。是以，從根本上講，計算機隻能識别電信号：高電平信号（通電）、低電平信号（斷電），它隻知道某個開關是通電還是斷電。我們用1代表高電平，0代表低電平。
• 也就說，計算機隻能識别0和1。

2.二進制

因為計算機隻能識别0和1，是以計算機所能識别的指令和資料都是用二進制數（0和1）來表示的。所謂二進制，就是用0和1來表示所有的數。不過我們日常生活中最常用的是十進制，用0~9來表示所有的數

1> 二進制指令

給計算機灌輸一些指令，它就能執行相應的操作，而計算機隻能識别由0和1組成的指令。在計算機發展初期，計算機的指令長度為16，即以16個二進制數（0或1）組成一條指令，例如，用1011011000000000這條指令，是讓計算機進行一次加法運算。是以，如果要想計算機執行一系列的操作，就必須編寫許多條由0和1組成的指令，可以想象的到，這個工作量是如此巨大。

2> 二進制資料

平時我們在計算機中存儲的一些資料，比如文檔、照片、視訊等，都是以0和1的形式存儲的。隻不過計算機解析了這一大堆的0和1，以圖形界面的形式将資料展示在我們眼前。

二、程式設計語言發展史

我們可以利用程式設計語言來編寫程式，再将編好的程式運作到計算機上，計算機就能夠按照程式中所說的去做。從計算機誕生至今，程式設計語言大緻經曆了3個發展階段：機器語言、彙編語言、進階語言。其中，C語言屬于進階語言。

1.機器語言

1> 什麼是機器語言

在電腦誕生初期， 所有的計算機程式都是直接用計算機能識别的二進制指令來編寫的，也就是說所有的代碼裡面隻有0和1。這種程式設計語言就是“機器語言”。這些由0和1組成的二進制指令，又叫做“機器指令”

2> 優點

• 由于機器語言編寫出來的代碼是能被計算機直接識别的，是以機器語言是直接對硬體産生作用的，程式的執行效率非常高。
• 機器語言能直接通路、控制計算機的各種硬體裝置，如磁盤、存儲器、CPU、I/O端口等。

3> 缺點

• 用機器語言編寫程式，程式設計人員要首先熟記所用計算機的全部指令和指令的涵義，指令又多又難記。
• 編出的程式全是些0和1的指令代碼，可讀性差，還容易出錯。
• 由于機器語言是直接對硬體産生作用的，對硬體的依賴性很強，是以不同型号計算機的機器語言又不一樣。也就是說，如果2台不同型号的機器想實作一樣的功能，需要編寫2套完全不同的代碼。

可以看出，機器語言很難掌握和推廣，現在除了計算機生産廠家的專業人員外，絕大多數的程式員已經不再去學習機器語言了。

2.彙編語言

1> 什麼是彙編語言

• 由于機器語言的種種弊端，嚴重影響開發效率，後面就出現了彙編語言。彙編語言其實就是符号化的機器語言，它用一個符号（英文單詞、數字）來代表一條機器指令。比如，在機器語言中，用1011011000000000這條指令，是讓計算機進行一次加法運算；而在彙編語言中，用英文單詞“ADD”就可以表示加法運算。一個有意義的英文單詞，很明顯比一串又臭又長的二進制指令，直覺好記多了。
• 由于計算機隻能識别0和1，用彙編語言編寫的代碼是不能被計算機所識别的，像剛才的“ADD”，計算機肯定不知道是什麼意思。是以，用彙編語言編寫的代碼需要翻譯成二進制指令後，才能被計算機識别。這個翻譯的工作交給“編譯器”去做。

2> 優點

• 對比機器語言，彙編語言的代碼可讀性好
• 彙編語言能像機器語言一樣，可以直接通路、控制計算機的各種硬體裝置，如磁盤、存儲器、CPU、I/O端口等。使用彙編語言，可以通路所有能夠被通路的軟、硬體資源。
• 目标代碼簡短（目标代碼就是經編譯器翻譯過後的二進制代碼），占用記憶體少，執行速度快。（計算機中所有程式的運作都是在記憶體中進行的，是以記憶體的性能對計算機的影響非常大。其作用是用于暫時存放CPU中的運算資料，以及與硬碟等外部存儲器交換的資料。隻要計算機在運作中，CPU就會把需要運算的資料調到記憶體中進行運算，當運算完成後CPU再将結果傳送出來，記憶體的運作也決定了計算機的穩定運作。）計算機的記憶體是有限的，是以一個應用程式運作時所占用的記憶體越少越好。

3> 缺點

• 彙編語言是面向機器的，通常是為特定的計算機或系列計算機專門設計的。是以，不同的機器有不同的彙編語言文法和編譯器，代碼缺乏可移植性，也就是說，一個程式隻能在一種機器上運作，換到其他機器上就不能運作。
• 彙編語言的符号非常多、難記，即使是完成簡單的功能也需要大量的彙編語言代碼，很容易産生BUG，難于調試
• 使用彙編語言必須對硬體非常了解，開發效率很低，周期長且單調

3.進階語言

由于彙編語言依賴于硬體，代碼可移植性差，符号又多又難記，于是人類就發明了非常接近自然語言的進階語言。後面要學習的C語言就是進階語言。

1> 優點

• 簡單、易用、易于了解，文法和結構類似于普通英文，且遠離對硬體的直接操作，使得一般人經過學習之後都可以程式設計，而不用太熟悉硬體知識
• 寫出來的程式更加簡潔。比如要計算2個數的和，在進階語言中可以寫得非常簡潔：d=a+b;。但是在機器語言和彙編語言中，就需要幾條甚至幾十條指令，而且不同機器還要編寫不同的指令代碼
• 用進階語言編寫的同一個程式還可以在不同的機器上運作，具有可移植性

2> 注意

用進階語言編寫的程式不能直接被計算機識别，需要經編譯器翻譯成二進制指令後，才能運作到計算機上

三、C語言簡史

• C語言于1972年發明，首次使用是用于重寫UINX作業系統(UNIX以前主要是用彙編語言寫的，它奠定了作業系統的基礎)
• 随着UNIX作業系統的成功，C語言也得到了大幅度地推廣，被先後使用到大、中、小、微型主機上，至今還是世界上最流行、使用最廣泛的進階程式設計語言之一
• C語言是一門面向過程的語言，非面向對象的語言。（究竟什麼是面向過程、面向對象，暫時不用去了解，隻需要知道C語言是面向過程就Ok了）

下面是2013年3月份的程式設計語言熱門排行榜

從C語言誕生至今，它的熱度一點也沒減過，前兩名基本上都是Java和C

四、C語言的特點

1.豐富的運算符

計算機的基本功能就是計算，是以一門程式設計語言的計算能力是非常重要的。C語言提供了34種運算符，計算類型極其豐富，其中包括了最基本的加減乘除運算。

2.豐富的資料類型

• C語言的生命力之是以如何強大，很大一部分是因為它擁有豐富的資料類型。
• 正因為C語言資料類型豐富，運算能力極強，是以很多資料庫都是用C語言編寫的，比如DB2、Oracle等。

3.可以直接操作硬體 

跟彙編語言一樣，C語言可以直接操作硬體，允許直接對位、位元組、位址進行操作（位、位元組、位址是計算機最基本的工作單元），可以說幾乎沒有C語言做不了的事情。

4.高效率的目标代碼

目标代碼，就是經編譯器翻譯後的二進制代碼。C語言的目标代碼執行效率非常高。

5.可移植性好

在一個環境上用C語言編寫的程式，不改動或稍加改動，就可移植到另一個完全不同的環境中運作。

上面所說的都是C語言的優點，它有個非常明顯的缺點：文法限制不嚴格。這樣就導緻初學者對C語言文法不能了解得很透徹，而且在開發過程中也會帶來很多容易忽略的問題。 

五、C語言的作用

• 由于C語言具有強大的資料處理能力，而且允許直接通路記憶體位址，直接對硬體操作，是以它适于編寫系統軟體、圖形處理、單片機程式、嵌入式系統開發甚至是用于科研。
• 很有遊戲外挂都是用C語言寫的
• 很多作業系統的底層都是用C語言寫的，比如android 

六、C語言的版本問題

從UNIX作業系統的成功後，C語言得到了廣泛地應用，從大型主機到小型微機，都有C語言活躍的身影，也衍生了很多個版本的C語言。長期以往，C語言将可能成為一門有多個變種、松散的語言。一門正式的語言，肯定要有個标準才行，不然就亂套了。為了改變這種局面，1983年美國國家标準局(American National Standards Institute，簡稱ANSI)成立了一個委員會，開始制定C語言标準的工作。1989年C語言标準被準許，這個版本的C語言标準通常被稱為ANSI C