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《如何学习C++语言》和《如何学习C语言》

原作者: [db:作者] 来自: [db:来源] 收藏 邀请

http://sunxiunan.com/?p=1661

 

云风最近写了一篇博客《C语言的前世今生》。作为长期使用C语言开发网络游戏服务器的程序员,云风是有理由写这样一篇文字,不过还是感觉谈的不够深入,C语言在业界使用的现状没有怎么描写,有些意犹未尽。在这里想比较系统的谈谈个人对C语言学习方式方法的理解。分别按照书籍、实验环境搭建、网络资源来分别介绍,希望能写的比较完整全面一些,给想学习C语言的朋友一个有价值的参考。

为什么要学习、使用C语言?为什么要学习一个可能比自己都岁数大的编程语言?

我在前面如何学习编程语言的博客文章http://sunxiunan.com/?p=1597 里提到,选择一门编程语言,“为什么而学”这个目的是最重要的,目的不明确就没法学好。这也是为什么很多学生朋友在大学里必修C语言却觉得没学明白的原因。因为学习的目的不明确,学习当然也没有动力。还有一个原因是C语言是工程实践性很强的语言,它不是来自某个研究所某个大学学院,而是实实在在从项目需要中产生,伴随着Unix的兴起而流行,语义简明清晰,功能强大而不臃肿,简洁而又不过分简单,实在是居家旅行工作学习必备之良友。

C语言相比C++的优点之一就是最小惊讶原则,一是一二是二,不会在私底下产生一些莫名其妙的额外产物。用C++做个例子,比如这样一个函数原型void PassWithClassValue(COneClass clsParam1),稍微了解C++的朋友都会知道,如果你没有实现COneClass的拷贝构造函数,编译器会好心的帮你实现一个,而且在调用这个函数PassWithClassValue的时候,偷偷地调用拷贝构造函数产生一个临时对象作为参数传递,对于某些情况,比如编写操作系统这类必须优化性能的情景下,这些自以为是的东西是非常邪恶的事情。

C语言本身只提供必要的语言特性,其它复杂一点功能如文件处理、数学计算等等都以库函数方式提供,甚至连malloc、free这种“必须有”的功能,也是以标准库函数的方式提供,而不是作为C语言核心出现。在伟大的著名的无所不包的《K&R》开头部分就提到了,for其实可以通过while来完成,只不过for可以写的更简洁,言外之意,对于C语言for其实不是必要的。跑题一点说,在其它程序语言中Lua可以说继承了C语言简洁的设计哲学,甚至连continue这种几乎必备的关键字都一直拒绝加入,在Lua的maillist以及wiki里都提到过continue这个问题,Lua语言维护者认为continue对于Lua而言不是必要的,也不考虑在后续版本中添加这个关键字。这种简洁哲学也让C语言的可移植性、便携性特别优秀,也使得很多嵌入式系统依然使用C语言作为主要编程工作语言。

Java语言有一个口号:“一次编写,处处运行”,就是跨平台这个噱头。实际上C语言从早期开始就几乎达到了“一次编写,处处编译”,在ANSI在1989年统一了C语言标准以后(称之为C89),只要特定平台上的编译器完整实现了C89标准,而且你的代码没有使用某些特殊的扩展(GCC以及微软都有自己的编译器特定扩展),那么代码一定可以编译通过,再实现一下操作系统相关的函数库,C语言的移植就是很简单的事情。可以用Lua作为例子,Lua本身是完全遵循C89标准,没有使用任何特定扩展,这也保证了有C语言编译器的平台,都可以编译使用Lua。可以编译运行C语言的硬件平台可以从A排到Z,真是非常有意思的事情。

C语言也是一个比较少见的应用领域极为广泛的语言。比如编写操作系统这种高难问题,只有C++、汇编语言可以做到。C语言可以编写服务器端软件如Apache、Nginx,或者编写GUI程序,如GTK。大多数程序语言的第一版是通过C语言实现,借助前面提到的“一次编写处处编译”,最大的保证了这些程序语言的可移植性。在Web开发领域,C语言的应用相对较少,这也是一种取舍的结果,Web开发需要使用PHP、Ruby、Python这样的动态语言,可以快速上线快速修改,可以最大程度满足用户时时变化的需求,这也是C语言的弱项。如果把程序语言的应用领域从硬件到管理软件、Web程序做一个很粗略从下到上的排列,C语言适合领域是比较底层靠近硬件的部分,而新兴语言比较偏重于高层管理或者Web开发这种相对贴近最终用户的领域。比较流行的混合开发模式是使用C语言编写底层高性能部分代码或后台服务器代码,而使用动态语言如Python做前端开发,充分发挥它们各自的优势力量。

提到C语言的缺点,常常是它缺少这种或者那种特性,比如有人建议加入GC,有人建议加入并行或者并发支持,有人提到没有一个比较完整的类似C++的异常策略。这些特性有的可以通过引入第三方库来实现,但C语言的设计哲学其实决定了它不会像C++那样“非常强大”。即使引入了某些人期望的特性,依然会是某些人喜欢某些人不喜欢的情形,现在的功能对于C语言应用领域来说已经够用,其它特性可以通过特定程序语言实现,并且通过C API与C语言编写的程序进行交互。任何一个工匠都不可能只使用一个工具完成他的工作,不同工具结合起来才能更快更好的完成任务。

提到C API,也稍微介绍一下,我们知道windows操作系统的api也好,Linux的系统api也好,或者是想给Ruby、Python编写扩展模块,C语言形式的函数定义都是唯一的选择。C语言就好像是一个中间层或者是胶水,如果想把不同编程语言实现的功能模块混合使用,C语言是最佳的选择。

提了这么多关于C语言的好处,那么学习C语言是否适合就看你自己的判断了,例如要进行一个嵌入式项目,或者需要进行服务器端开发,或者写一个性能相关的组件等等,C语言都是比较好用的选择。另外也可以在C++的使用过程中有意的使用C语言的思考方式,汲取C语言简洁明快清晰地设计思路,对编程设计水平会有很大的提高。

C语言学习方法

在前面http://sunxiunan.com/?p=1597 曾经提到过一个比较系统学习一门新的编程语言的方式,C语言学习也可以按照类似的顺序:阅读参考书,阅读代码,编写调试实际程序,上网参与讨论,研究高级话题。

学习语言的开始一般是阅读参考书。我建议选择几本非常经典的好书,仔细完整反复阅读几遍,“书读百遍其义自现”。选择C语言学习的好处是,这几本书基本上完整涵盖了C语言编程领域的方方面面,不会像C++那样,即使读完一堆书还是有些糊涂,依然有这样那样难懂的陷阱。

1,参考书籍

在豆瓣上列了一个书单,大家可以直接参考http://book.douban.com/doulist/636329/

在下面简单点评一下,阅读顺序最好参照列出的顺序。

《The C Programming Language》http://book.douban.com/subject/1230004/

如果你只想买一本书学习C语言,只需要买这一本就够了。如果你经费足够,建议你多买几本,办公室、家里都放上一本,随手都可以翻翻。用三个词语来形容它就是:经典!经典!经典!这本薄薄的只有二百多页的小书涵盖了C语言的方方面面,前无古人而且后无来者,任何溢美之词都不足以形容它。

《The C Programming Language》(后面称为 K&R)里面包含了一个简单的语法解析器,包含了malloc如何实现,包含了一个完整的操作系统目录浏览程序,这些程序的实用性极高,可以这样说,如果学习任何一门语言能够自己独立动手实现以上的功能,基本上就可以算是入门了。K&R书里面每段都蕴含着非常值得探究的软件开发工程实践经验,如果没有一定的开发经验,其实是看不出来这些冰山下面的内容的,比如开头一章就提出用写完整代码这种方式来教学,而在书中那些C语言的陷阱或者可能出问题的地方,都有提到,但是由于篇幅所限,写的非常简约,很难让人一下就看懂。我正在完整的逐字逐句的阅读此书,希望能稍作注解,写几篇博客分享一下。

《C程序设计语言(第2版·新版)》http://book.douban.com/subject/1139336/

这是K&R的中文译本,可以先从中文译本看起,然后再读一遍英文原版,既可以学习英文,又可以体会原文那种简约优美的风格。

《C陷阱与缺陷》http://book.douban.com/subject/2778632/

《C专家编程》http://book.douban.com/subject/2377310/

这两本书也是学习及使用C语言的朋友必备的两本书,比如《C专家编程》,专门用两三个章节详细介绍C语言中数组与指针的不同之处,这两本书在某种程度上算是对K&R略过的地方做了详细补充,强烈推荐。

《C语言参考手册》http://book.douban.com/subject/2132084/

这是最后一本强烈推荐你最好买回家作为案头书必备的参考书。前面几本书或者稍显简略,或者专注某个特定专题,都不适合遇到问题时翻查。这本《C语言参考手册》可以看作是C语言编程的《新华字典》,全面而权威。里面还涵盖了C99的内容,紧跟时代潮流。

下面几本书都可以作为交叉参考,也都很有价值,也是建议大家都买下来,好书如朋友,日久弥新,像是我推荐的这几本书在douban或者amazon上评分都非常高,而且反复再版。

《C和指针》http://book.douban.com/subject/1229973/

指针的重要性如何,学过C语言(或者C++)的朋友都知道,这本书更是把指针拔高到了与C语言平起平坐的地位,其实也是从头开始介绍,作为教学参考书也是可以的。

《C标准库》http://book.douban.com/subject/3775842/

这本书是专门介绍C语言的标准库如何实现的,比如malloc算法,用标准的C语言该如何写?strlen这个函数应该如何实现?尽管书中不少代码与真实的C标准库相差很多(由于标准库需要考虑性能优化,很多函数有一些特定的trick),但是绝对值得参考。

《你必须知道的495个C语言问题》 http://book.douban.com/subject/3422332/

这本书其实就是C-FAQ的印刷版本,C-FAQ在各种编程语言的FAQ中可以称得上质量一流。如果你想应聘或者招聘C语言相关程序员,这本书一定要参考。

《Linux C编程一站式学习》http://book.douban.com/subject/4141733/

这本书是基于特定操作系统Linux来介绍C语言编程,可作为计算机相关专业的教科书或入门参考书,也是书单里面唯一一本国人原创的编程书籍,非常难得。书中几乎所有内容都在网上直接公开,针对读者的意见进行修改,这也是非常难得的一种开放态度。非常推荐大家买一本。

学习C语言,一定不能只读书,应该动手练习完成书里面的项目需求(比如编写一个目录浏览器)以及每章的练习题目。这就需要有可以实验的环境,下面针对不同操作系统简单做一下介绍。

2,动手实验环境搭建

也没有调查过,不知道现在学校里学习C语言是不是依然跟着谭浩强老师用TurboC2.0编程,如果还是这个组合的话,那就太差劲了,赶快抛开它们。

下面主要介绍不同操作系统平台下的集成编程环境,基于初学者以及我个人喜好,就不推荐大家命令行下用vim编程了,直接上IDE。

Windows系统下推荐大家使用Code::blocks这个软件。这个软件最大优点是自带了基于mingw的GCC以及GDB,只要下载70M左右软件包,就可以完整支持C++、C语言编程了。各种功能(比如调试功能)也很强大,版本更新也比较快。注意下载选择名字有mingw的文件,比如最新版本是codeblocks-10.05mingw-setup.exe(版本也许有所不同)。

主页:http://www.codeblocks.org/


如果需要做Windows操作系统的开发,可以下载Visual C++ 2010 Express。


因为Code::Blocks不包含Windows编程头文件(实际是因为没有Windows SDK),无法编写Windows操作系统相关的界面应用程序或者服务类程序。而VC++Express自带了这些头文件以及编程库,虽然功能稍微简陋,但对于练习使用基本够用。

主页:http://www.microsoft.com/express/windows/

对于计算机专业的学生朋友,建议大家使用Linux操作系统,或者更详细一点是使用Xubuntu操作系统作为桌面,使用Netbeans和GCC这个组合(当然也可以选择Code::Blocks)。在Xubuntu下可以通过apt-get install build-essential这个命令安装gcc相关程序,已经可以在Terminal下编译C语言程序了,但为了使用方便,大家可以选择Netbeans的C++支持包,在Netbeans网站上就能下载。


主页:http://netbeans.org/features/cpp/index.html

如果使用苹果Mac系统,毫无疑问XCode就是编程的绝佳选择,XCode可以在苹果开发者网站上免费下载,在IPhone SDK中也包含了XCode。


主页:http://developer.apple.com/technologies/tools/xcode.html

如果手头没有合适的编程环境,还需要实验一些简单的代码,可以用http://codepad.org/ 提供的服务,在线编写运行代码。

另外建议大家申请一个github.com的账号,在gist.github.com可以保存自己的练习代码,就不需要随身带着U盘了。

3,网络资源

如果想用十分钟时间了解一下C语言的来龙去脉、前世今生,维基百科这个页面http://en.wikipedia.org/wiki/C_%28programming_language%29 是最佳选择。

从维基百科可以看到,C语言1972年由Dennis Ritchie设计的命令式、结构化范式编程语言。类型为静态的弱类型,需要显式定义。最新国际标准为C99。设计上主要受到了B、ALGOL68、汇编语言、PL/I、FORTRAN的影响,C语言也影响了大量编程语言,如C++、Objective-C、C#、Java、Go、PHP、Python等等(个人觉得受C影响很大的是PHP,基本上有C编程基础的程序员,很容易就能上手PHP了,除了PHP的OO部分)。

在维基百科条目中有很大篇幅介绍了作者认为C语言缺失的特性,比如面向对象、多线程、GC、异常处理等等,当然这有些吹毛求疵,如果需要这些特性,完全可以用其它程序语言。另外一个介绍的重点是“未定义行为”,有些我们认为理所当然的结果,其实在C语言标准中并没有明确定义,假定这些行为应该如何,当程序使用另外的编译器或者不同版本编译器编译运行,都可能有bug产生。

接下来维基百科条目谈到了C语言的用处,必须承认尽管现在编程语言成百上千,能称之为“系统级”的少之又少,新兴语言中只有Go还能称得上。现在大规模软件项目中完全选用C语言可能性不大,但是核心部分完全可以用C搭建,相对C++开发工具的高昂价格,C语言相关的免费辅助开发软件非常丰富,比如splint,valgrind,不少核心库经过长期使用也都非常稳定。

由于C语言广泛支持各种平台以及编译器相对成熟可靠,不少编程语言选择C语言作为一个中间层,比如Glasgow Haskell编译器就是这样做的。

另一个可以找到大量C语言编程相关资料的地方是“美味书签”,通过搜索特定关键字 (C + programming)就可以找到很多值得挖掘的资源http://delicious.com/search?p=c+programming

还可以参考dmoz.org的C语言分类http://www.dmoz.org/Computers/Programming/Languages/C/ 相比美味书签时效性能差点,但是分类比较系统,查找也要容易一些。

程序员往往是懒惰的,“拿来主义”、“拷贝主义”很流行也很有效,当对某个函数或者关键字不是很理解的时候,看看别人是怎么使用的,会非常有启发性。这里介绍几个常用的代码搜索网站,最常用的是google的codesearch:http://codesearch.google.com ,可以通过不同条件及正则表达式搜索特定关键词。另外可以参考维基百科上一个“带有C语言示例的文章”分类,里面代码写的也很不错。还可以在github.com上搜索相关项目。在前面博客文章我还介绍了一个名为罗塞塔代码的网站http://rosettacode.org/ 这个网站上可以找到不同程序语言针对某个问题的解决方案,用于学习比较非常便利。

学习编程也需要大量阅读名家经典代码,与学中文英文需要大量阅读名著一个道理,C语言编程优质项目那是“彩旗飘舞,人山人海”,个人建议可以看看Lua、Sqlite、Nginx这些项目的代码,代码量不多,而且代码质量也都比较高。另外可以看看Linux内核代码,坊间有不少书籍可以帮助解读。关于如何很好的阅读代码,大家可以参考《Code Reading》这本书。

书看了几本,代码写了一些,也略微读了读其他人的代码,就应该用C语言来完成真实工作中碰到的问题,让C语言真正成为你的瑞士军刀。只有当你经常使用C语言来进行编程工作,经常思考如何通过C设计一个优雅高效的系统,才能更深刻的理解C语言设计哲学。

还可以到http://stackoverflow.com 参与回答问题,浏览其他人的问题解答来汲取知识,比如这篇http://stackoverflow.com/questions/2054939/char-is-signed-or-unsigned-by-default 就介绍了一个C语言关于char类型的小陷阱。

C语言学习当中,有一些难点需要多加注意,如pointer与array的不同之处,复杂类型定义如何解读,如何正确使用预处理preprocessor以及宏定义。其实这些内容在前面书籍都是反复提到,如果按部就班学习下来,应该不成问题。

当C语言学习的差不多时候,还可以学习一门动态语言,比如Lua或者Python,试着在实际工作项目中混合使用动态语言与C语言,一加一发挥出来的力量不仅仅是二,而是非常二(说笑一下,哈哈)。

还有什么问题,欢迎留言。

附录

一些有用的C语言网络资源:

C语言标准化组织ISO JTC1/SC22/WG14的主页,在这里可以找到ISO C的文档:http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg14/

《The Development of the C Language》作者Dennis Ritchie,极为经典的论文。 http://cm.bell-labs.com/cm/cs/who/dmr/chist.html

“C语言全景”这个网站内容很全面:http://www.softpanorama.org/Lang/c.shtml

Dan Saks在embedded.com上的专栏Programming Pointer ,里面文章很有深度,值得一读。

http://www.lysator.liu.se/c/c-www.html 这也是一个C语言资源汇总页面。

http://www.ioccc.org/index.html 混乱C语言代码大赛,很著名。

http://en.wikipedia.org/wiki/Underhanded_C_Contest 另外一个C语言编程大赛,主要面向黑客。

comp.lang.c以及c.moderated这两个讨论组推荐订阅,相当于互联网最大的C相关编程问题论坛:

http://groups.google.com/group/comp.lang.c

http://groups.google.com/group/comp.lang.c.moderated

这里对C语言的各种bit操作做了收集整理,不少题目在面试时候经常出现。http://graphics.stanford.edu/~seander/bithacks.html

台@@湾 的惯C达人Jserv博客,建议大家订阅:http://blog.linux.org.tw/~jserv/

一些值得关注及研究的C语言相关项目:

TinyCC,被很多项目用作动态编译C语言的编译器引擎:http://bellard.org/tcc/

GCC的标准库实现:http://en.wikipedia.org/wiki/GNU_C_Library

Glib是GTK的底层辅助编程库,与C标准库是不一样的,在C语言上实现了面向对象机制:http://en.wikipedia.org/wiki/GLib

dietlibc在前面博客文章介绍过,C标准库的另一种实现:http://www.fefe.de/dietlibc/

一些C语言编程时可以使用的工具软件,帮你提高代码质量:

http://www.splint.org/

http://valgrind.org/

http://www.dwheeler.com/flawfinder/

PMD可用于检测重复代码 http://pmd.sourceforge.net/cpd.html

llvm的静态分析项目 http://clang-analyzer.llvm.org/

C语言编程规范编程标准:

http://en.wikipedia.org/wiki/MISRA_C

http://www.eecs.harvard.edu/~ellard/CS50-96/programming-style.html

http://developers.sun.com/solaris/articles/secure.html

cert这个文档国内有中文翻译版本:https://www.securecoding.cert.org/confluence/display/seccode/CERT+C+Secure+Coding+Standard

http://www.cs.utah.edu/dept/old/texinfo/standards/standards_toc.html

C语言编程电子书及教程:

http://publications.gbdirect.co.uk/c_book/ 这一本写的非常详细,你可以把它看成是类似谭浩强版的教科书。

http://www.knosof.co.uk/cbook/cbook.html 这一本云风曾经推荐过,相当深入的介绍了C99标准,深入细节时候需要读读。

http://www.duckware.com/bugfreec/index.html 这本书在网上流传一个中文版本,《编写优化、高效、无错地代码》,另外也有英文影印版《编程精粹》。

http://wangcong.org/blog/?page_id=196 作者王聪,也是相当hard geek,从两个样章看,包含了相当多的内容。

《C语言深度解剖》这本可以在百度文库或google搜到,可以读读,有些参考性。

《C标准和实现》作者姚新颜,他的《深度探索C、C++》算是当年比较有深度的书籍,可惜已经绝版了。这本书也可以在百度文库搜到。这本书也比较值得读。

良葛格C语言学习笔记 http://caterpillar.onlyfun.net/Gossip/CGossip/CGossip.html

C与C++的兼容性问题 http://en.wikipedia.org/wiki/Compatibility_of_C_and_C%2B%2B

另一个文档关于C与C++标准兼容性问题:http://david.tribble.com/text/cdiffs.htm

C Elements of Stylehttp://www.oualline.com/books.free/style/index.html

《Linux安全编程》http://www.dwheeler.com/secure-programs/

《C Craft》电子版 http://crypto.stanford.edu/~blynn/c/

《The function pointer tutorials》函数指针教程。http://www.newty.de/fpt/index.html

C语言编程及Unix系统调用,想用C在Unix或者Linux编程的朋友可以参考。http://www.cs.cf.ac.uk/Dave/C/

优化C、C++代码 http://www.eventhelix.com/RealtimeMantra/Basics/OptimizingCAndCPPCode.htm

图文并茂介绍C语言的指针 http://boredzo.org/pointers/

另外一篇介绍C语言优化的文章 http://www.prism.uvsq.fr/~cedb/local_copies/lee.html

一个C语言教学ppt http://www.slideshare.net/petdance/just-enough-c-for-open-source-programmers

一些Unix下C语言编程相关的文章 http://users.actcom.co.il/~choo/lupg/tutorials/index.html

Unix下如何建立静态、动态C语言函数库 http://users.actcom.co.il/~choo/lupg/tutorials/libraries/unix-c-libraries.html

如何使用GDB http://users.actcom.co.il/~choo/lupg/tutorials/debugging/debugging-with-gdb.html

一些C语言编程技巧 http://users.bestweb.net/~ctips/

Advanced C programming,高级C语言编程,可以提高水平,非常有帮助 http://www.mpi-inf.mpg.de/departments/rg1/teaching/advancedc-ws08/literature.html

C语言问答,这些题目也可用于面试 http://www.gowrikumar.com/c/




《如何学习C++语言》
有人回复问我如何学好C++,所以,我把我个人的一些学习经验写在这里,希望对大家有用。首先,因为如何学好C语言中谈到了算法和系统,所以这里就只谈C++语言。

C++是最难的语言。这个世界上最难的编程语言可能非C++莫属了。你千万不要以为几天就可以学好C++,C++的学习曲线是相当BT的,你可以看看这篇文章。C++是一门很自由的语言,自由到了有点BT和恐怖的地步。我甚至认为C++并不是一门成熟的编程语言,因为太容易犯错了。所以,你一定要在一开始就要有很小心谨慎的态度,并把C++当成一种难以训服的猛兽来看待。

多问“为什么要这样”的问题。学习C++一定要多问几个“为什么是这样”,“凭什么要这样”的问题。比如:很多人知道C++有拷贝构造函数和初始化列表,但你真的知道为什么要有拷贝构造函数?为什么要有初始化列表吗?为什么要有template,为什么要有 RTTI,为什么不是别的呢?难道就是为了让一门语言变得Cool一些吗?完全不是这样的,C++中的任何一个feature都有些实实在在的原因,你一定要去了解为什么要把C++设计成这样的原因,你才能学好C++。有空看看《C++演化和设计》一书。

看书,大量的C++书。你可以按如下先后顺序阅读(下面这些书,我花了大约4-5年的时间,今天我还在随时温习)《C++ Primer》,这本初级读本可能让会你啃得很痛苦,所有的语言的特性和为什么都在里面了,好好读读。当然由C++之父写的《C++程序设计语言》也不错。两本看一本就好了(我看的是前者)。了解C++的语法仅仅是万里长征的第一步,你还需要看看《Effective C++》和《More Effective C++》这两本书并不厚,但我从02年就一直看到现在,每次读我都有新的体会,这两本书太经典了。如果你对C语言不熟,这两本书会让你回去补C语言的课。Think in C++同样是另一本经典之极的书,学c++必读,但是中文版的翻译的很不好,所以还是去读英文版的吧。《C++沉思录》同样非常值得一读,这里教的不是编程,而是思考的方法,这是相当珍贵的。《Exceptional C++》和《More Exceptional C++》让你看看各种问题的解决方法和一些常见的经典错误。《Advanced C++》和《Modern C++》可以让你知道C++各种神奇的用法。《泛型编程与STL》是把C++实践到了极致的东西。很强大。STL——神一样的模板库(容器,算法和函数对象),不得不服。

《深入探索C++对象模型》让你了解编译器下的C++是什么样的,让你了解C++的性能并不差。这个对于C++的程序员太关键了。我以前写过的《C++虚函数表解析》还有《C++对象内存布局》属于这个范畴。

和Java语言做对比。我个人以为Java对C++这个并不成熟的语言做了很多调整,规范和限制。所以,对比一下Java和C++,想一想,为什么一些东西在C++中可以做,但在Java中却不行。比如:Java的异常是必需要catch的,不然就会编译不通过。为什么Java不提供操作符重载?为会Java会引入接口来做多重继承?等等。Java体现着很多面向对象设计的东西,学习Java有助于你学会怎么更好地使用C++来编程。

面向对象设计 。虽然面向对象可能是个骗局。但是我觉得面向对象设计中的一些实践非常的不错,比如,单一原则,依赖倒置原则,等等,都非常地经典。《设计模式》必需一读,《面向对象的分析和设计》可以一读。但不可以设计模式为中心来编程,而应该是用设计模式来解藕。

类库学习。看看MFC是怎么封闭Windows API的,看看ACE是怎么面向对象的,看看boost是怎么玩面向对象的,看看CPPUnit又是怎么设计的。当然,Java的JDK中有太多的设计模式,可以参考。

C 语言的前世今生

C 语言,从 1970 年代设计并实现之初,它就注定了带有强烈工程师文化的语言,而缺乏一些学术气息。它的许多细节设计,都带有强烈的实用化痕迹。C 语言因 UNIX 操作系统而生,是 UNIX 系统的母语。这导致在这个广泛应用的操作系统上开发,必须通过 C 语言的形式和系统进行交互。这不仅影响了 UNIX 一个平台上的软件,既而也影响了后来世界上最大的桌面系统 Windows ,以及越来越多的嵌入式平台。

由于大部分应用软件最终都需要和操作系统打交道,所以用来开发应用软件的语言,绝大部分也需要利用 C 语言完成和操作系统的通讯。这个世界上绝大部分流行的编程语言,都选择了用 C 语言来实现其编译器或解释器,以及基础部分的运行时库。无论 C 语言设计本身有何种缺憾,在今天,它已无可取代。

到了今天,大部分程序员不再需要逐个时间周期的去抠程序的性能。不需要刻意追求速度最快,最节省系统资源的软件。不需要写那些和系统内核紧密联系的程序。但 C 语言在此之外,依然有其重要的应用领域。我们可以把它作为对最终机器模型的高层次的统一抽象工具,而不必考虑机器环境的差异。经过 30 多年的发展,证明了 C 语言的确是对经典机器模型的最佳表述。仅仅通过增加了一个非常薄的胶合层就得到了一个清晰简洁的设计。正是这一点,使得 C 语言在计算机硬件高速发展的几十年中,一直生机勃勃。

我们在讨论 C 语言时,其实不仅仅涉及了 C 语言本身那用三十几个保留字构成的精简的控制结构和简约的语言特征。还包括了一套对 # 号打头的预处理部分(尤其是基于文本替换的宏处理),以及某些惯用的源代码组织方式(例如:所有的接口定义被定义在后缀为 h 的文件中,并通过预处理方式替换进源代码),和基本的程序库。

这几部分语言核心之外的部分相对独立。以至于使用 C 语言开发并不一定使用标准化的那些东西。C 语言对运行时环境的依赖是非常小的。

而编译预处理器又使得语言富有弹性,甚至可以写出违背 C 语言哲学的代码。著名的 IOCCC 大赛展示了许多常人无法理解的 C 代码。但实际上,C 语言主张代码清晰,表里如一。开发者和维护者都能很容易的预测每一行代码背后的行为。避免存在一些阴暗的角落藏着一些罕见的用法导致程序运行时出现诡异的行为。C 语言在发展过程中一直坚持着最小意外原则。而这一点,正是 C 语言的一个著名发展分支 C++ 所偏离的东西。

C 语言并不是绝对意义上最快的语言。但是它的效率非常好,在切合大部分机器模型并给出统一抽象的基础上,几乎没有其它语言做的更好了。这也是 C 语言哲学的一部分:在统一硬件抽象模型的基础上,尽可能的利用所在硬件环境的一切资源。有时候,C 语言程序员会走向某种极端。追求语言细节的优化,觉得某种代码的组织方式会比另一种方式更高效。但几乎总是错的。优化取决于对具体硬件的理解,以及对编译器如何翻译这些代码的了解。但这正是设计 C 语言想避免的东西。我们不必去争论在语句级上每行代码精确开销的优劣。

同时,C 语言的另一设计哲学就是让每行 C 代码尽量准确的对应相当数量的目标机器码。这使得程序员可以更为容易的理解程序的运行过程。让程序员脑海里可以实时地做一个源代码到最终控制流程的映射。基于这个思想,C 语言一直没有增加对结构进行运算的操作符(而 C++ 中把类或结构模拟成原生类型的做法相当普遍)。甚至于 inline 关键字也迟迟没有被标准化(inline 出现在 C99 标准中,而这个最新的 C 语言标准并没有被广泛接受),正是因为它某种程度破坏了这一点。

C 语言在坚持以上几点理念时,并非突出某个方面(比如追求性能),而是同时兼顾的。

C 语言并不是这个世界上唯一的编程语言,可惜的是,不是所有程序员都认识到了这点。对于把 C 语言作为自己唯一开发语言的程序员来说,很有必要开拓自己的眼界,这样反过来才能更为清晰的理解 C 语言的内在精神。并不是说,某某语言本身是用 C 语言来实现,那么 C 语言就可以以同样的方式,解决那种语言解决的问题(甚至更为高效)。一些 C 语言中的概念,到了另一种语言中,很可能用完全不同的方式展现出来。正如自然语言会影响人的思维方式一样,编程语言一样会影响人对某种算法的编码形式。在 C 里,我们总以为某些写法是自然而然的,但换了种语言却很可能并不尽然。

无论如何 C 语言的语法和设计影响了许多其它语言。最为彻底的是 C++ 。以及大多数程序员都能叫的出名字的一些流行语言:Java , PHP ,Javascript,Perl ,C#,D,Objective-C 等等。 这些给人造成一种错觉,新的语言取代了旧的,对老的语言做了改良和完善。最广泛传播的观点是,C++ 是 C 的一个超集,它能做所有 C 能做的所有事情,且能做的更好。持有这种观点的 C++ 程序员们甚至向把已有的各种 C 代码用 C++ 重新实现。但实际上,C 和 C++ 更应该被看成是相互平等的存在。C++ 更像是一种借用了几乎全部 C 语法(但还是有细微差异)的全新语言。它们在很多方面都有设计理念上的差异。C++ 企图完全兼容 C 的语法却不想完全继承 C 语言的理念,这使它背负了巨大的包袱。而 C 的另一个继任者:Objective-C ,抛弃了一些东西,则显得清爽一些。

回顾 C++ 出现的时代背景在于把面向对象当成解决复杂问题的“银弹”的年代。这使得 C++ 在发明之初,迅速的占领了大量原本是 C 语言的市场,甚至被看成是 C 语言的替代品。但 C++ 的拥趸们并没有等到这一天。历史证明,面向对象也不是“银弹”、最近十年,C++ 的粉丝们从 C++ 语言的犄角旮旯里挖掘出来的各种武器,让 C++ 语言变成了包含多种编程范式的巨无霸。却并没有让解决问题变得更容易。这并不完全是语言的问题,可能有很大程度上是面向对象等开发方法本身的问题。这也证明了 C 语言保持自身的简洁正是其生机昂然的源泉。

和浩如烟海的 C++ 书籍相比较。如果你已经是程序员,但还不了解 C 语言的话。学习 C 语言,只需要读一本书,而这本书没有第二选择,就是经典的《The C Programming Language》(K&R)。薄薄的一本就讲透了语言的方方面面。可惜的是,C 语言过于注重对机器模型的抽象,并不适合用来程序员入门。尤其是在国内的教材市场,充斥着大量糟糕的 C 语言教材。在这些拙劣的教材中,甚至把开发工具(比如特定的 C 语言开发集成环境)和特定的硬件环境(甚至是过时的 8086 内存模型)与语言教学混为一谈。

对于 C 语言不是母语的程序员来说,有充分的理由去学习一下 C 语言。那是低投入,高产出的。它会使你学会在硬件层次上思考问题(这或许对你是一个新的思维角度)。而且 C 语言已经非常稳定,不会再有(它本身也不希望有)大的变化,不用担心学到的知识会过时。C 语言在 1990 年制订出一个现在通行的标准( C90 )以来,在 C 的主流开发社区中几乎没有变过了。虽然,从 1999 年开始,C 语言委员会几经修订 C 语言的新标准( C99 ),但似乎并不被广泛接受。虽然有很大程度上,这是源于世界上最大的 C/C++ 商业编译器提供商微软对其不感兴趣。可在开源界,即使有 GNU C 对 C 语言新标准的不断推动,那些实际用 C 语言做开发的大佬们还是纷纷表示,新的标准还不是很成熟。新的特性也不是特别有必要。

笔者用 C99 开发有一些年头,但也只使用了其中一个子集,不太敢在正式项目中完全推广。至于 C 语言近年来的发展,我个人比较欣赏苹果公司对 C 语言添加的 blocks 扩展以用来实现 closure 。但并不看好这些新特性会迅速融入 C 语言社区。

C 语言从语言角度上讲,最大缺陷在于要求程序员自己去做内存管理。用 C 语言去处理复杂的数据结构,程序员大部分的时间都花在了这上面,并且滋生了无数 bug 。调试 C 程序变成了一项独立于编写 C 程序的技能。防止缓冲区溢出、防止数据读写越界、正确的动态回收内存、避免悬空指针,这些在大部分语言看起来不可思议的关注点,在 C 语言程序员眼里变得稀松平常。甚至是衡量 C 程序员技能经验水平的重要标志。可要知道,这些和具体问题的解决过程无关。

也有人试图在 C 语言层面解决这个问题,例如以库形式提供垃圾回收的机制(笔者也曾做过类似尝试)。但 C 语言本身的设计使它无法成为一个完美的解决方案。同样的问题也存在于 C++ 。现在看来,不对语言做大的改造,很难回避。可改造本身又违背了 C 语言一贯的哲学。C 语言的发明人之一的 Ken Thompson 近年来参与了新的 Go 语言的设计和实现,可以看成从另一角度对新的程序开发语言的尝试,可那已经不是 C 。

这个问题在一定程度上也促使了 java 的诞生。Java 采用了虚拟机和字节码的方式改造了底层的机器模型。并在底层模型的基础上加入了垃圾回收机制。并在语言层面取消了指针。在 C 语言的原生地,也有更多的动态(脚本)语言出现。先是有 awk 这样的简易语言,后有 perl ,再是 python 等的流行。在 Unix 风格下,程序员倾向于为特定领域设计特定的语言。C 和 Unix 的设计哲学是一体的。它们都鼓励清晰的模块化设计。让模块之间独立,再用薄的胶合层联系起来。脚本语言在现代类 Unix 系统上大量出现,并充当这种粘合工作就是一种发展必然。而原本的充当粘合部分的脚本语言,也逐步发展起来,远远超出脚本的用途范畴。做为程序员,尤其是 C 程序员,必须对它们有所了解并掌握其中的一些,才能适应现代的挑战。

我们不应该指望一门语言解决所有的问题。可至于 C 语言本身,它将在很长的一段时间,带着它的优雅和缺陷,继续扮演它在计算机世界中重要的角色。


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