C編程語(yǔ)言已經(jīng)存在很長(zhǎng)時(shí)間了—它的權(quán)威參考資料是其創(chuàng)建者Kernighan和Ritchie寫的一本書[1978]。從那時(shí)起，C語(yǔ)言就開始被大量應(yīng)用。用C語(yǔ)言編寫的程序和系統(tǒng)無(wú)處不在：個(gè)人計(jì)算機(jī)、電話、照相機(jī)、機(jī)頂盒、冰箱、汽車、大型機(jī)、衛(wèi)星……基本上在任何有可編程接口的現(xiàn)代設(shè)備中都能找到。

與C程序和系統(tǒng)的普遍存在相比，人們對(duì)C語(yǔ)言的認(rèn)知和了解要少得多。即便是經(jīng)驗(yàn)豐富的C程序員，也會(huì)對(duì)C語(yǔ)言的現(xiàn)代演變表現(xiàn)出一定程度的知識(shí)缺乏。一個(gè)可能的原因是，C語(yǔ)言被看作一種“容易學(xué)習(xí)”的語(yǔ)言，它允許缺乏經(jīng)驗(yàn)的程序員快速地編寫或復(fù)制代碼段，這些代碼段至少看起來(lái)是在做它應(yīng)該做的事情。在某種程度上，C語(yǔ)言并沒(méi)有激發(fā)用戶學(xué)習(xí)更高層次知識(shí)的積極性。

本書的目的是改變這種普遍的態(tài)度，所以它的內(nèi)容分為4級(jí)，以反映對(duì)C語(yǔ)言和編程的熟悉程度。這種結(jié)構(gòu)可能與讀者的一些習(xí)慣相違背，特別是，它將一些困難的主題（如指針）分成不同的層次，以避免過(guò)早地向讀者提供錯(cuò)誤的信息。我們稍后將更詳細(xì)地解釋本書的組織結(jié)構(gòu)。

一般來(lái)說(shuō)，盡管本書會(huì)提出許多普遍適用的思想（也適用于其他編程語(yǔ)言如Java、Python、Ruby、C#或C++），但本書主要討論C語(yǔ)言中特有的或者在用C語(yǔ)言編程時(shí)具有特殊價(jià)值的概念和實(shí)踐。

C語(yǔ)言的版本

正如本書的書名所提示的那樣，今天的C語(yǔ)言與它的創(chuàng)建者Kernighan和Ritchie最初設(shè)計(jì)的C語(yǔ)言（通常稱為K&R C）不同。特別是，它經(jīng)歷了一個(gè)重要的標(biāo)準(zhǔn)化和擴(kuò)展過(guò)程，現(xiàn)在由ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）進(jìn)行推動(dòng)。這導(dǎo)致了在1989年、1999年、2011年和2018年一系列C標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，它們通常被稱為C89、C99、C11和C17。C標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)做了大量工作來(lái)保證向后兼容，比如用早期版本（如C89）編寫的代碼應(yīng)該使用新版本的編譯器編譯成語(yǔ)義上等價(jià)的可執(zhí)行文件。不幸的是，這種向后兼容產(chǎn)生了我們不希望看到的副作用，即那些原本可以從新特性中獲益的項(xiàng)目沒(méi)有動(dòng)力來(lái)更新自己的代碼庫(kù)。

在本書中，我們將主要參考JTC1/SC22/WG14[2018]中定義的C17，但是在撰寫本書時(shí)，一些編譯器并沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。如果你想編譯本書中的示例，至少需要一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)C99大部分功能的編譯器。對(duì)于將C11添加到C99所要做的修改，使用一個(gè)仿真層（比如我的宏包P99）就足夠了，該軟件包可在 http://p99.gforge.inria.fr上找到。

C和C++

編程已經(jīng)成為一種非常重要的文化和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，C語(yǔ)言仍然是編程界的一個(gè)重要元素。與所有人類活動(dòng)一樣，C語(yǔ)言的進(jìn)步是由許多因素驅(qū)動(dòng)的：企業(yè)或個(gè)人的利益、政治、美、邏輯、運(yùn)氣、無(wú)知、自私、自我（這里加上你的主要?jiǎng)訖C(jī)）。因此，C語(yǔ)言的發(fā)展不是也不可能是理想的。它存在缺陷和人為雕琢的成分，只能通過(guò)其歷史和社會(huì)背景來(lái)理解。

C語(yǔ)言開發(fā)背景的一個(gè)重要部分是它的姊妹語(yǔ)言C++的早期出現(xiàn)。一個(gè)常見的誤解是，C++是通過(guò)添加自己的特性而從C演化而來(lái)的。盡管這在歷史上是正確的（C++是從非常早期的C語(yǔ)言發(fā)展而來(lái)的），但它們?cè)诮裉觳⒉皇翘貏e相關(guān)。事實(shí)上，C和C++在30多年前就已經(jīng)從一個(gè)共同的祖先中分離出來(lái)，并且從那以后一直在獨(dú)立地發(fā)展。但是這兩種語(yǔ)言的演變并不是孤立發(fā)生的，多年來(lái)，它們一直在交流和采納彼此的理念。一些新的特性，比如最近添加的原子性和線程，是在C和C++標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的密切協(xié)作下設(shè)計(jì)的。

盡管如此，C和C++仍然有許多不同之處，而且本書中所講的全部?jī)?nèi)容都是關(guān)于C的，而不是C++。書中所給出的許多代碼示例甚至不能用C++編譯器編譯。因此我們不應(yīng)該把這兩種語(yǔ)言的起源混為一談。

要點(diǎn)A　C和C++是不同的：不要將它們混淆。

注意，當(dāng)你閱讀本書的時(shí)候，你會(huì)遇到很多如上所示的要點(diǎn)。這些要點(diǎn)總結(jié)了特性、規(guī)則、建議等。在本書的末尾有一個(gè)包含了這些要點(diǎn)的列表，你可以把它作為一個(gè)備忘單。

要求

為了能夠從本書中獲益，你需要滿足一些基本要求。如果你對(duì)其中任何一個(gè)不確定，請(qǐng)先獲取或?qū)W習(xí)它們；否則，你可能會(huì)浪費(fèi)很多時(shí)間。

首先，如果不練習(xí)，你就無(wú)法學(xué)習(xí)一門編程語(yǔ)言，所以你必須有一個(gè)適當(dāng)?shù)木幊汰h(huán)境（通常是在PC或筆記本電腦上），你必須在一定程度上掌握它。這個(gè)環(huán)境可以是集成的（一個(gè)IDE）或者是一組獨(dú)立的實(shí)用程序。平臺(tái)提供的內(nèi)容千差萬(wàn)別，因此很難給出具體建議。在類似于UNIX的環(huán)境（如Linux和蘋果的macOS）中，你可以找到諸如emacs和vim之類的編輯器，以及諸如c99、gcc和clang之類的編譯器。

你必須能夠執(zhí)行以下操作：

1. 瀏覽文件系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)上的文件系統(tǒng)通常按層次結(jié)構(gòu)組織在目錄中。你必須能夠?yàn)g覽它們來(lái)查找和操作文件。

2. 編輯程序文本。這與在字處理環(huán)境中編輯字母不同。你的環(huán)境、編輯器或它所調(diào)用的任何東西都應(yīng)該對(duì)編程語(yǔ)言C有基本的理解能力。你會(huì)看到，如果你打開一個(gè)C文件（擴(kuò)展名通常為.C），它可能會(huì)突出顯示一些關(guān)鍵字，或者幫助你根據(jù){}的嵌套來(lái)縮進(jìn)代碼。

3. 執(zhí)行程序。你在這里看到的程序一開始是非常基礎(chǔ)的，不會(huì)提供任何圖形功能。它們需要在命令行中啟動(dòng)。編譯器就是這樣一個(gè)例子。在像UNIX這樣的環(huán)境中，命令行通常被稱為shell，其在控制臺(tái)或終端上啟動(dòng)。

4. 編譯程序文本。有些環(huán)境提供用于編譯的菜單按鈕或鍵盤快捷鍵。另一種方法是在終端的命令行中啟動(dòng)編譯器。這個(gè)編譯器必須遵照最新的標(biāo)準(zhǔn)，不要把時(shí)間浪費(fèi)在不適宜的編譯器上。

如果你以前從未編寫過(guò)程序，本書學(xué)起來(lái)會(huì)很難。了解以下內(nèi)容會(huì)有所幫助：Basic、C（歷史版本）、C++、Fortran、R、bash、JavaScript、Java、MATLAB、Perl、Python、Scilab等。但是，你可能有一些其他的編程經(jīng)驗(yàn)， 甚至可能沒(méi)有注意到。許多技術(shù)規(guī)范實(shí)際上是用某種專用的語(yǔ)言編寫的，可以作為一種類比，例如，用于Web頁(yè)面的HTML和用于文檔格式化的LaTeX。

你應(yīng)該知道以下概念，盡管它們?cè)贑語(yǔ)言中的確切含義可能與你所學(xué)環(huán)境中的有所不同：

1. 變量—保存值的命名實(shí)體。

2. 條件句—在一個(gè)精確的條件下做某事（或不做某事）。

3. 循環(huán)—按一定的次數(shù)（或者直到滿足某個(gè)條件為止）重復(fù)做某事。

練習(xí)和挑戰(zhàn)

在本書中，你將看到一些練習(xí)，這些練習(xí)是為了讓你思考所討論的概念。最好在閱讀本書時(shí)完成練習(xí)。還有一類叫作“挑戰(zhàn)”。這些通常要求更高。你需要做一些研究，甚至要了解它們是什么，解決方案不會(huì)自己出現(xiàn)：這需要努力。完成挑戰(zhàn)要花很多的時(shí)間，有時(shí)要幾個(gè)小時(shí)甚至幾天，這取決于你對(duì)工作的滿意程度。這些挑戰(zhàn)所涉及的主題來(lái)自我個(gè)人對(duì)“有趣問(wèn)題”的偏好，這些問(wèn)題來(lái)自我個(gè)人的經(jīng)歷。如果在學(xué)習(xí)或工作中有其他問(wèn)題或涉及相同領(lǐng)域的項(xiàng)目，你應(yīng)該也可以把它們做得同樣好。最重要的是要訓(xùn)練自己，首先從其他地方尋求幫助和想法，然后親自動(dòng)手把事情做好。你只有跳進(jìn)水里才能學(xué)會(huì)游泳。

本書結(jié)構(gòu)

本書按級(jí)別組織，編號(hào)從0到3。

第0級(jí)“邂逅”總結(jié)使用C語(yǔ)言進(jìn)行編程的基礎(chǔ)知識(shí)。它的主要作用是提醒你我們所提到的主要概念，并使你熟悉C應(yīng)用的特殊詞匯和觀點(diǎn)。最后，即使你在C語(yǔ)言編程方面沒(méi)有太多的經(jīng)驗(yàn)，你應(yīng)該也能夠理解簡(jiǎn)單的C語(yǔ)言程序的結(jié)構(gòu)，并可以開始編寫自己的程序。

第1級(jí)“相識(shí)”詳細(xì)描述大多數(shù)主要概念和特性，如控制結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類型、操作符和函數(shù)。它應(yīng)該能讓你更深入地了解運(yùn)行程序時(shí)所發(fā)生的事情。這些知識(shí)對(duì)于算法入門課程和該級(jí)別的其他工作來(lái)說(shuō)應(yīng)該足夠了，但值得注意的是指針還沒(méi)有完全引入。

第2級(jí)“相知”深入C語(yǔ)言的核心。它完全解釋了指針，幫助你熟悉C語(yǔ)言的內(nèi)存模型，并使你能夠理解C語(yǔ)言的大部分庫(kù)函數(shù)接口。完成這一級(jí)別應(yīng)該使你能夠?qū)�業(yè)地編寫C代碼。因此，本級(jí)別首先對(duì)C程序的編寫和組織進(jìn)行了必要的討論。我個(gè)人認(rèn)為，任何從工程學(xué)院畢業(yè)、主修計(jì)算機(jī)科學(xué)或C語(yǔ)言編程的人都能達(dá)到這個(gè)水平。不要滿足于比這更低的水平。

第3級(jí)“深入”詳細(xì)介紹特定主題，如性能、可重入性、原子性、線程和泛類型編程。當(dāng)你在現(xiàn)實(shí)世界中遇到這些問(wèn)題的時(shí)候，你可能會(huì)發(fā)現(xiàn)這里的內(nèi)容是最好的。作為一個(gè)整體，它們對(duì)于結(jié)束討論并向你提供C語(yǔ)言方面的全部專業(yè)知識(shí)是必要的。任何在C語(yǔ)言方面具有多年專業(yè)編程經(jīng)驗(yàn)的人，或者使用C語(yǔ)言作為主要編程語(yǔ)言的軟件項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，都應(yīng)該達(dá)到這個(gè)水平。