具體描述
編輯推薦
深入解析C語言特性,塑造編程新思維。通過獨闢蹊徑的C語言解說之道,展示C語言的編程技巧和優勢,帶領讀者發掘C的魅力,更好地利用C進行程序設計與開發。本書適閤普通程序員和高校計算機相關專業的學生閱讀,更適閤對C情有獨鍾的人深度學習。 內容簡介
C語言已經有幾十年的曆史瞭。經過長時間的發展和普及,C語言的應用場景有瞭很大的變化,一些舊觀念應該被淡化或者不再被推薦。
本書展現瞭傳統C語言教科書所不具有相關技術。全書分為開發環境和語言兩個部分,從編譯、調試、測試、打包、版本控製等角度,以及指針、語法、文本、結構、麵嚮對象編程、函數庫等方麵,對C程序設計的核心知識進行查缺補漏和反思。本書鼓勵讀者放棄那些對大型機纔有意義的舊習慣,拿起新的工具來使用這門與時俱進的簡潔語言。
本書適閤有一定基礎的C程序員和C語言學習者閱讀,也適閤想要深入理解C語言特性的讀者參考。 作者簡介
自從於加州理工學院獲得社會科學博士後,Ben Klemens就一直從事統計分析和人口的計算機輔助建模工作。他的觀點是,寫代碼一定應該是趣味橫生的,並先後非常愉快地為布魯金斯學會、世界銀行、美國國傢精神健康中心等機構寫過分析和建模代碼(主要是C代碼)。他作為布魯金斯學會的非常駐研究員,與自由軟件基金會一道,做瞭很多工作來確保有創意的程序員擁有保留其作品使用權的權利。他目前為美國聯邦政府工作。 目錄
第 1部分 開發環境
第 1章 準備方便的編譯環境 3
1.1 使用包管理工具 4
1.2 在Windows下編譯C程序 6
1.2.1 Windows中的POSIX環境 7
1.2.2 在POSIX環境中編譯C語言 8
1.2.3 在非POSIX環境中編譯C語言 9
1.3 鏈接函數庫的方式 10
1.3.1 一些我喜歡的選項 12
1.3.2 路徑 13
1.3.3 運行時連接 16
1.4 使用makefile 16
1.4.1 設定變量 17
1.4.2 規則 20
1.5 以源文件的方式使用庫 24
1.6 以源文件的方式使用庫(即使你的係統管理員不想叫你這麼做) 25
1.7 通過here來編譯C程序 27
1.7.1 在命令行裏包含頭文件 27
1.7.2 統一的頭文件 28
1.7.3 here文檔 29
1.7.4 從stdin中編譯 30
第 2章 調試、測試和文檔 32
2.1 使用調試器 32
2.1.1 調試的偵探故事 34
2.1.2 GDB變量 43
2.1.3 打印結構 45
2.2 利用Valgrind檢查錯誤 49
2.3 單元測試 51
2.3.1 把程序用作庫 54
2.3.2 測試覆蓋 55
2.4 錯誤檢查 56
2.4.1 在錯誤中的用戶的角色? 56
2.4.2 用戶工作的上下文環境 58
2.4.3 如何返迴錯誤信息 60
2.5 編製文檔 60
2.5.1 Doxygen 61
2.5.2 用CWEB解釋代碼 62
第3章 打包項目 65
3.1 shell 66
3.1.1 用shell命令的輸齣來替換命令 66
3.1.2 用shell的循環來處理一組文件 68
3.1.3 針對文件的測試 70
3.1.4 fc 73
3.2 makefile還是shell腳本 75
3.3 用Autotools打包代碼 77
3.3.1 一個Autotools的示例 79
3.3.2 用makefile.am來描述makefile 82
3.3.3 配置腳本 87
第4章 版本控製 92
4.1 通過diff查看差異 93
4.2 Git的對象 94
4.3 樹和它們的分支 99
4.3.1 融閤 100
4.3.2 遷移 102
4.4 遠程版本庫 103
第5章 協助開發 106
5.1 動態裝載 106
5.2 流程 109
5.2.1 為外來語言寫程序 110
5.2.2 包裝函數 110
5.2.3 跨越邊境的代理數據結構 111
5.2.4 鏈接 112
5.3 與Python一起工作 113
5.3.1 編譯與連接 114
5.3.2 Automake的條件子目錄 114
5.3.3 Autotools支持下的Distutils 116
第 2部分 語言
第6章 玩轉指針 121
6.1 自動、靜態和手工內存 121
6.2 持久性的狀態變量 125
6.3 不使用malloc的指針 127
6.3.1 結構被復製,數組創建彆名 129
6.3.2 malloc和內存操縱 132
6.3.3 錯誤來源於星號 133
6.3.4 你需要知道的各種指針運算 134
6.3.5 將typedef作為一種教學工具 137
第7章 教科書不應該再過多介紹的C語言語法 139
7.1 不需要明確地從main函數返迴 139
7.2 讓聲明的位置更靈活 140
7.3 減少類型轉換 143
7.4 枚舉和字符串 145
7.5 標簽、goto、switch和break 147
7.5.1 探討goto 147
7.5.2 switch 150
7.6 被摒棄的float 151
7.7 比較無符號整型數 154
7.8 安全的將字符串解析成數字 154
第8章 那些C語言教科書經常不講解的語法 158
8.1 營造健壯和繁盛的宏 158
8.1.1 預處理器技巧 162
8.1.2 測試宏 166
8.1.3 避免頭文件重復包含 168
8.2 static和extern鏈接 170
8.3 const關鍵字 173
8.3.1 名詞-形容詞形式 174
8.3.2 壓力 175
8.3.3 深度 176
8.3.4 char const **問題 177
第9章 簡單的文本處理 180
9.1 使用asprintf,使字符串的處理不再那麼痛苦 180
9.1.1 安全 183
9.1.2 常量字符串 184
9.1.3 用asprintf擴展字符串 185
9.1.4 strtok的贊歌 187
9.2 Unicode 192
9.2.1 C代碼的編碼 194
9.2.2 Unicode函數庫 195
9.2.3 示例代碼 196
第 10章 更好的結構 200
10.1 復閤常量 201
10.2 可變參數宏 202
10.3 安全終止的列錶 204
10.4 多列錶 205
10.5 Foreach 206
10.6 函數的嚮量化 207
10.7 指定的初始化器 209
10.8 用零初始化數組和結構 211
10.9 typedef可以化繁為簡 212
10.10 從函數返迴多個數據項 214
10.11 靈活的函數輸入 218
10.11.1 把函數聲明為printf風格 219
10.11.2 可選參數和命名參數 221
10.11.3 使無聊的函數煥發光彩 223
10.12 void指針以及它所指嚮的結構 229
10.12.1 具有通用輸入的函數 229
10.12.2 通用結構 234
第 11章 C語言麵嚮對象編程 240
11.1 擴展結構和字典 241
11.1.1 實現一個字典 243
11.1.2 C,更少的縫隙 247
11.2 你結構中的函數 253
11.3 作用域 261
11.4 用操作符重載進行重載 264
11.5 引用計數 268
11.5.1 示例:一個子字符串對象 268
11.5.2 一個基於代理的組構造模型 273
11.5.3 結論 280
第 12章 多綫程 281
12.1 環境 282
12.2 OpenMP 283
12.2.1 編譯OpenMP、pthreads和C原子(atom) 286
12.2.2 衝突 287
12.2.3 映射縮減 288
12.2.4 多任務 289
12.3 綫程本地 290
12.4 共享資源 292
12.5 pthread 299
12.6 C原子 304
第 13章 函數庫 311
13.1 GLib 311
13.2 POSIX 312
13.2.1 解析正則錶達式 312
13.2.2 為巨大的數據集閤使用mmap 317
13.3 GNU科學計算庫 320
13.4 SQLite 322
13.5 libxml和cURL 325
附錄A C101 329
後記 348
術語錶 349
《C語言深入探索:從基礎到實踐的精進之路》 引言 在編程的世界裏,C語言猶如一塊基石,支撐著無數現代操作係統的誕生、高效的係統工具的構建,以及嵌入式係統乃至高性能計算的飛躍。它以其簡潔、高效和強大的控製力,贏得瞭無數開發者和技術愛好者的青睞。然而,C語言並非簡單的語法堆砌,其背後蘊含著對計算機底層原理的深刻理解,以及對內存管理、數據結構等關鍵概念的精妙運用。本書旨在引領讀者踏上一條C語言的深度探索之旅,從對語言特性的基礎掌握,逐步深入到對高級概念的理解和實際應用,最終幫助您構建堅實 C 語言功底,成為一名更優秀的程序員。 第一部分:重塑 C 語言認知——基礎的深度解析 本書的開篇並非簡單地羅列 C 語言的基本語法,而是以一種“重塑認知”的方式,重新審視那些我們習以為常的元素。 變量與數據類型的本質: 我們將深入探討變量在內存中的真實映射,理解不同數據類型(如 `int`, `char`, `float`, `double`)在內存中占據的空間大小、錶示範圍以及內在的二進製編碼機製。特彆地,我們將剖析 `unsigned` 和 `signed` 類型的區彆,以及它們在算術運算和位運算中的行為差異。對於指針,本書將不僅介紹其作為地址的存儲功能,更會深入理解指針與數組的內在聯係,以及不同類型的指針(如 `int`, `char`, `void`)在解引用和地址運算時的微妙之處。我們將探討野指針、懸空指針的成因,並教授安全訪問內存的策略,為後續的學習打下堅實的基礎。 運算符的精妙運用: C語言的運算符是指令的載體,本書將不僅僅介紹算術、邏輯、關係運算符,更會深入探討位運算符(`&`, `|`, `^`, `~`, `<<`, `>>`)在低級操作、數據壓縮、硬件交互中的強大威力。我們還會詳細講解復閤賦值運算符的效率優勢,以及逗號運算符的求值順序和短路求值在邏輯運算符中的應用。理解運算符的優先級和結閤性對於編寫清晰、正確的代碼至關重要,本書將通過大量實例來闡釋這一點。 控製流的邏輯構建: `if-else`, `switch-case`, `for`, `while`, `do-while` 等控製語句是程序邏輯的骨架。本書將不僅教授如何正確使用這些語句,更會引導讀者思考在不同場景下選擇哪種控製流更有效率、更具可讀性。我們將探討循環嵌套的復雜性,以及 `break` 和 `continue` 語句在循環控製中的靈活運用。對於 `goto` 語句,我們將分析其潛在的風險,並強調其在特定(但罕見)場景下的使用限製。 函數:模塊化與復用的藝術: 函數是 C 語言實現模塊化和代碼復用的核心。本書將深入講解函數的定義、參數傳遞(值傳遞與地址傳遞)的機製,以及函數返迴值的處理。我們將探討遞歸函數的原理和應用,以及函數指針在實現迴調函數、動態調度等高級特性中的作用。理解函數調用棧(call stack)的工作原理,對於排查棧溢齣等內存問題至關重要,本書將對此進行詳細的剖析。 第二部分:內存的深度掌控——理解 C 語言的生命綫 C 語言賦予瞭程序員直接操作內存的權力,也帶來瞭巨大的責任。本部分將帶領讀者深入內存的殿堂,理解其運作機製,並學會安全高效地管理內存。 內存布局與生命周期: 我們將詳細介紹 C 程序在內存中的典型布局,包括代碼段(text segment)、數據段(data segment,包括已初始化全局變量和靜態變量)、BSS段(.bss segment,包括未初始化全局變量和靜態變量)、堆(heap)以及棧(stack)。深入理解靜態內存、自動內存和動態內存的分配方式、作用域以及生命周期,是避免內存泄漏和懸空指針的關鍵。 指針的進階藝術: 指針是 C 語言的靈魂,也是其復雜性的重要來源。除瞭基礎的指針操作,本書將深入探討指嚮指針的指針、指針的數組、數組的指針,以及它們之間相互轉換的規則。我們將詳細講解函數指針的聲明、賦值和調用,以及如何使用它們來實現多態和策略模式。`void` 指針作為通用指針的強大功能,以及其在使用時需要進行類型轉換的注意事項,都將得到充分的講解。 動態內存管理: `malloc`, `calloc`, `realloc`, `free` 是動態內存分配的利器。本書將詳細解析這些函數的用法,以及它們在內存分配失敗時的返迴值處理。我們將深入分析內存泄漏的成因(未釋放已分配內存、重復釋放內存、懸空指針訪問已釋放內存),並提供一係列行之有效的檢測和預防方法,例如使用內存調試工具。理解內存碎片化的問題,以及如何通過閤理的內存分配策略來緩解,也將是本部分的重點。 字符串的高效處理: C 語言中的字符串是以 null 字符 (` `) 結尾的字符數組。本書將超越簡單的 `strcpy` 和 `strlen`,深入講解 `strcat`, `strcmp`, `strstr` 等標準庫函數的內部實現原理,分析其效率瓶頸,並提供更安全、更高效的替代方案,例如使用 `strncpy`, `strncat`, `strncmp` 等,以及緩衝區溢齣的潛在風險和防範措施。 第三部分:數據結構的精巧構建——高效組織信息的藝術 數據結構是組織和管理信息的藍圖。本書將引導讀者不僅掌握 C 語言中常見數據結構的實現,更會理解它們的設計思想和適用場景。 結構體與聯閤體: 結構體(`struct`)是用戶自定義數據類型的基石,允許將不同類型的數據成員組閤在一起。本書將深入講解結構體的內存對齊(alignment)和填充(padding)機製,這對於理解結構體的大小和訪問效率至關重要。我們將探討共用體(`union`)如何在同一個內存區域存儲不同類型的數據,並分析其在節省內存和實現某些特定功能時的應用。 鏈錶:動態擴展的智慧: 從單嚮鏈錶到雙嚮鏈錶,再到循環鏈錶,本書將詳細指導讀者如何使用指針和結構體來構建這些動態數據結構。我們將深入剖析鏈錶的插入、刪除、查找等基本操作的算法,並分析其時間復雜度和空間復雜度。 棧與隊列:先進先齣與後進後齣的哲學: 棧(Stack)和隊列(Queue)是兩種基本的數據結構。本書將展示如何使用數組或鏈錶來實現它們,並重點講解它們在函數調用、錶達式求值、圖的遍曆(DFS/BFS)等場景下的應用。 樹形結構:層次化的數據組織: 本書將介紹二叉樹(Binary Tree)、二叉搜索樹(Binary Search Tree)等基本樹形結構,並講解如何使用結構體和指針來錶示它們。我們將深入探討樹的遍曆算法(前序、中序、後序)及其應用,以及二叉搜索樹的查找、插入和刪除操作。 第四部分:高級主題與實踐應用——走嚮精通的階梯 在掌握瞭 C 語言的基礎和內存管理的精髓之後,本書將帶領讀者探索更廣闊的 C 語言應用領域,提升解決復雜問題的能力。 文件I/O:與世界的交互: 文件是程序與外部世界溝通的橋梁。本書將詳細講解 C 標準庫提供的文件操作函數,包括文件的打開 (`fopen`)、讀取 (`fread`, `fgets`, `fscanf`)、寫入 (`fwrite`, `fputs`, `fprintf`)、關閉 (`fclose`) 等。我們將深入理解文本模式和二進製模式的區彆,以及緩衝機製對I/O性能的影響。 預處理器:代碼的預加工: C 語言的預處理器是編譯過程的第一步。本書將詳細講解宏定義 (`define`)、條件編譯 (`ifdef`, `ifndef`, `if`, `else`, `endif`)、文件包含 (`include`) 等預處理指令,以及它們在代碼復用、平颱適配和提高編譯效率方麵的作用。 多綫程編程(可選,根據內容而定): 如果書中包含多綫程內容,將深入講解綫程的創建、同步(互斥鎖、信號量)、通信和管理。 代碼優化與調試技巧: 本書將分享一些實用的代碼優化技巧,例如減少不必要的計算、選擇閤適的數據結構、利用編譯器優化選項等。同時,我們將介紹常用的調試工具(如 GDB),以及如何有效地定位和修復 Bug。 實際項目中的 C 語言: 書中可能會通過實際項目案例,例如簡單的命令行工具、文件處理程序、數據可視化工具等,來鞏固所學知識,展示 C 語言在解決實際問題中的強大能力。 結語 《C語言深入探索:從基礎到實踐的精進之路》不僅僅是一本 C 語言的語法手冊,更是一本引導您理解 C 語言內在邏輯、掌握內存管理精髓、構建高效數據結構、並最終獨立解決實際問題的實踐指南。通過本書的學習,您將不僅能夠熟練運用 C 語言,更能理解其背後的設計哲學,從而在編程的道路上走得更遠、更穩健。願您在這段深度探索之旅中,收獲知識,磨礪技能,成為一名真正的 C 語言高手。