C語言編程核心要點，男人看了沉默，女人看了流淚
本文轉載自微信公眾號「碼磚雜役 」，作者我不想種地。轉載本文請聯系我不想種地公眾號。
引言
筆者有十余年的C++開發經驗，相比而言，我的C經驗只有一兩年，C比較簡單，簡單到《The C Programming Language》(C程序設計語言)只有區區的200多頁，相比上千頁的C++大部頭，不得不說真的很人性化了。
C精簡的語法集和標準庫，讓我們可以把精力集中到設計等真正重要的事情上來，而不是迷失在語法的海洋里，這對于初學者尤其重要。雖然C有抽象不足的缺點，但我更喜歡它的精巧，只需要花少量的時間，研究清楚它每一個知識點，看任何C源碼就不會存在語法上的障礙，大家需要建立的知識共識足夠少，少即是多，少好于多。
我教過6個人編程，教過HTML，教過JAVA，也教過C++。最近，我在教我小孩編程，他只有十歲，很多人建議我選擇Python，但我最終選擇了C，因為C簡單且強大，現在看來，好像是個不錯的選擇。
類型
C是強類型語言，有short、long、int、char、float、double等build-in數據類型，類型是貫穿c語言整個課程的核心概念。
struct、union、enum屬于c的構造類型，用于自定義類型，擴充類型系統。
變量
變量用來保存數據，數據是操作的對象，變量的變字意味著它可以在運行時被修改。
變量由類型名+變量名決定，定義變量需要為變量分配內存，可以在定義變量的同時做初始化。
- int i;
- float f1 = 0.5, f2= 0.8;
常量
- const int i = 100;
- const char* p = "hello world";
運行中恒定、不可變，編譯期便可確定。
數組
光有簡單變量顯然不夠，我們需要數組，它模擬現實中相同類型的多個元素，這些對象是緊密相鄰的，通過數組名+位置索引便能訪問每個元素。
二維、三維、高緯數組本質上還是線性的，二維數組通過模擬行列給人平面的感覺，實際存儲上還是連續內存的方式。
數組是靜態的，在定義的時候，數組的長度就已經確認，運行中無法伸縮，所以有時候我們不得不為應付擴充多分配一些空間。數組元素不管用多用少，它都在哪里，有時候，我們會用一個int n去界定數組實際被使用的元素個數。
函數
函數封裝行為，是模塊化的最小單元，函數使得邏輯復用變得可能。
C是過程式的，現實世界都可以封裝為一個個過程(函數)，通過過程串聯和編排模擬世界。
用C編程，行為和數據是分離的。調用函數的時候，調用者通過參數向函數傳遞信息，函數通過返回值向調用者反饋結果。
函數最好是無副作用的，函數內應該盡量避免修改全局變量或者靜態局部變量，更好的方式是通過參數傳遞進來，這樣的函數只是邏輯的盒子，它滿足線程安全的要求。
有了變量和函數，就可以編寫簡單的程序了。
控制語句
- 分支：if 、else、else if、switch case、?:
- 循環：while、do while、for
- break、continue、goto、default
結構體
build-in數據類型不足以描繪現實世界，或者用build-in類型描述不夠直接，結構體用來模擬復合類型，它賦予了我們擴充類型系統的能力，我們把類型組合到一起構建更復雜的類型，而每個被組合的成分就叫成員變量。
結構體內的成分，對象通過點(.)運算符，指針通過箭頭(->)訪問成員。
指針
C的靈魂是指針，指針帶來彈性，指針的本質是地址。
需要區分指針和指針指向的對象，多個指針變量可指向同一個對象，一個指針不能同時指向多個對象。
指針相關的基本操作包括：賦值(修改指針指向)，解引用(訪問指針指向的對象)，取地址(&variable)，指針支持加減運算。
因為指針變量要能覆蓋整個內存空間，所以指針變量的長度等于字長，32位系統下32位4字節，64位系統下64位8字節。
指針的含義遠比上述豐富，指針跟數組結合便有了指針數組(int* p[n])和數組指針(int (*p)[n])，指針跟函數結合便有了函數指針(ret_type (*pf)(param list))，指針跟const結合便有了const char*/char* const/const char* const，還有指向指針的指針(int **p)。
既可以定義指向build-in數據類型的指針，也可以定義指向struct的指針，void*表示通用(萬能)指針，它不能被解引用，也不能做指針算術運算。
函數指針與回調(callback)
c source code被編譯鏈接后，函數被轉換到可執行程序文件的text節，進程啟動的時候，會把text節的內容裝載到進程的代碼段，代碼段是c進程內存空間的一部分，所以任何c函數都會占一塊內存空間，函數指針就是指向函數在代碼段的第一行匯編指令，函數調用就會跳轉到函數的第一個指令處執行。
函數指針經常被用來作為回調(callback)，c語言也會用包含函數指針成員的結構體模擬OOP，本質上是把C++編譯器做的事情，轉給程序員來做(C++為包含虛函數的類構建虛函數表，為包含虛函數的類對象附加虛函數表的指針)。
字符串
char*是一類特殊的指針，它被稱為c風格字符串，因為它總是以‘\0’作為結尾的標識，所以要標識一個字符串，有一個char*指針就夠了，字符串的長度被0隱式指出，跟字符串相關的STD C API大多以str打頭，比如strlen/strcpy/strcat/strcmp/strtok。
內存和內存管理
指針提供了c語言直接操作底層內存的能力，c程序區分棧內存和堆內存，棧內存是函數內的局部變量，它隨程序執行而動態伸縮，所以不要返回臨時變量的指針，棧內存容量有限(8/16M)，所以我們要避免在函數內創建過大的局部變量，要警惕遞歸爆棧。
堆內存也叫動態內存，它由一個叫動態內存配置器的標準庫組件管理，glibc的默認動態內存配置器叫ptmalloc，初始版本有性能問題，但后面用線程私有解決了競爭改善了性能。動態內存配置器是介于kernel與應用層的一個層次，從內核視角看ptmalloc是應用程序，從應用層來看ptmalloc又是系統庫。malloc跟free必須配對，這是程序員的職責，動態分配的內存丟失引用就會導致內存泄漏，指向已釋放的內存塊俗稱野(懸垂)指針。
預處理
從c source file到可執行程序需要經過預處理-編譯-匯編-鏈接多個階段，預處理階段做替換、消除和擴充，預處理語句以#打頭。
宏定義，#define，宏定義可以用\做行連接，#用來產生字符串，##用來拼接，宏定義的時候要注意加()避免操作符優先級干擾，可以用do while(0)來把定義作為單獨語句，#undef是define的反操作。
#if #ifdef #ifndef #else #elif #endif用來條件編譯，為了避免頭文件重復包含，經常用#ifndef #define #endif。
#include用來做頭文件包含;#pragma用來做行為控制;#error用來在編譯的時候輸出錯誤信息。
__FILE__、__LINE__、_DATE_、_TIME_、_STDC_等標準預定義宏可以被用來做一些debug用途。
#typedef用來定義類型別名。比如typedef int money_t;money_t比int更有含義。
typedef也能用來為結構體取別名，有時候會這樣寫：
- typedef struct
- {
- int a;
- int b;
- } xyz_t;
這樣在定義結構體變量的時候就可以少敲幾下鍵盤。
typedef也可以用來重定義函數指針類型，比如 typedef void (*PF) (int a, int b); PF是函數指針類型，而非函數指針變量。
枚舉
枚舉能增加代碼可讀性和可維護性，枚舉本質上是int，只是為了更有含義，將有限取值的幾個int值放在一組，比如定義性別：enum sex { male = 1, female };
可以在定義的時候賦值，比如male=1，后面的值依次遞增1，如果不賦值則從0開始。
聯合體(union)
結構體和聯合體(共用體)的區別在于：結構體的各個成員會占用不同的內存，互相之間沒有影響;而共用體的所有成員占用同一段內存，修改一個成員會影響其余所有成員。
- union u_data
- {
- int n;
- char ch;
- double f;
- };
其實本質上，聯合體就是對一塊內存的多種解釋，大小按最大的來。
位域(bitfield)
- struct SNField
- {
- unsigned char seq:7 ; // frame sequnce
- unsigned char startbit:1 ; // indicate if it's starting frame 1 for yes.
- };
節省空間，在面向底層的編碼，或者編寫處理網絡等程序時候用的比較多，注意這個語法特征是跟機器架構相關的。
位操作
- 位與 &
- 位或 |
- 位取反 ~
- 位異或 ^
- 位移 << >>
static、extern、register、volatile、sizeof
- static修飾全局函數，表示模塊內(編譯單元)內可用，不需要導出全局符號。
- static修飾局部變量，意味超越函數調用的生命周期，不存儲在棧上，只會被初始化1次。
- extern聲明外部變量。
- register，寄存器變量，建議編譯器將變量放在寄存器里。
- volatile，告訴編譯器不要做優化，每次從內存讀取，不做寄存器優化。
- sizeof求大小，可以作用于變量，類型，表達式
可變參數
- void simple_printf(const char* fmt, ...)
- va_list、va_start、va_arg、va_end
C的高級感
- 泛型：linux內核鏈表，通過offset和內嵌node，寫出泛型鏈表，參考：https://www.cnblogs.com/wangzahngjun/p/5556448.html
- OOP：通過定義帶函數指針成員變量的結構體，在運行中，為結構體對象設置上函數指針，模擬運行時綁定，實現類似OOP多態的感覺。
GNU C擴展
GNU C擴展不是標準C，建議以符合標準C的方式編寫C代碼，但如果你閱讀linux kernel code，你會發現有很多有趣看不懂的語法，它來自GNU C擴展，它確實也帶來了一些便利性。
比如結構體成員可以不按定義順序初始化：
- struct test_t { int a; int b; };
- struct test_t t1 = { .b = 1, .a = 2 };
比如可以通過指定索引初始化數組：
int a[5] = {[2] 5，[4] 9};
或 int a[5] = { [2] = 4, [4] = 9 };
相當于int a[5] = {0, 0, 4, 0, 9};
或者int a[100] = {[0 ... 9] = 1, [10 ... 98] = 2, 3};
比如0長度數組
- struct foo
- {
- int i;
- char a[0];
- };
比如用變量作為數組長度
- void f(int n)
- {
- char a[n];
- ...
- }
比如case范圍，case 'A' ... 'Z' case 1 ... 10
比如表達式擴展({...})，比如三元運算符擴展...
更多擴展請參考：https://my.oschina.net/LinuxDaxingxing/blog/751319
