C是什麼樣的語言

C是什麼樣的語言

做者： baiyuzhong

文/前橋和彌

在Donald C. Gause 和Gerald M. Weinberg 合著的《你的燈亮着嗎？》一書中，有這樣一節。

某計算機制造商開發了一種新型打印機。技術小組在如何保證打印精度的問題上很是苦惱，每次進行新的測試時，工程師都不得不花很長的時間測量打印機的輸出結果來追求精確性。
丹（Dan Daring）是這個小組中最年輕但或許是最聰明的工程師。 他發明了一種工具，即每隔8 英寸就在鋁條上嵌上小針。使用這個工具，能夠很快地找到打印機輸出位置的偏差。
這個發明顯著地提升了生產效率，丹的上司很是高興，提議給丹頒發一個公司的特別獎賞。他從車間裏拿了這個工具，帶回辦公室，這樣他寫報告的時候還能夠仔細地研究一下。
這個上司顯然還用不慣這個工具，當他把這個工具放在桌子上 的時候，將針尖朝上了。更不幸的是，當丹的上司的上司友好地坐 到桌角上，打算談談給丹頒發獎勵時，部門內的全部人都聽到了他 痛苦的尖叫聲——他的屁股上被紮了兩個相距8 英寸的孔。

C 語言就恰如這個工具。也就是說，它是一門

• 爲了解決眼前問題，由開發現場的人發明的，
• 雖然使用方便，
• 但看上去不怎麼順眼，
• 若是不熟悉的人糊里糊塗地使用了它，不免會帶來「悲劇」的語言。

C 的發展歷程

衆所周知，C 本來是爲了開發UNIX 操做系統而設計的語言。

如此說來，好像C 應該比UNIX 更早問世，惋惜事實並不是如此，最先的 UNIX 是用匯編來寫的。由於厭倦了老是苦哈哈地使用匯編語言進行編程，UNIX 的開發者Ken Tompson 開發了一種稱爲「B」的語言。B 語言是1967 年劍橋大學的Martin Richard 開發的BCPL（Basic CPL）的精簡版本。BCPL 的前身是1963 年劍橋大學和倫敦大學共同研究開發的CPL（Combined Programming Lanugage） 語言。

B 語言不直接生成機器碼，而是由編譯器生成棧式機（Stack Machine）用 的中間代碼，中間代碼經過解釋器（interpreter）執行（相似Java 和早期的 Pascal）。所以，B 語言的執行效率很是低，結果，在後來的UNIX 開發過程當中人們放棄了使用B 語言。

在這以後的1971 年，Ken Tompson 的同事Dennis Ritchie 對B 語言作了改良，追加了char 數據類型，而且讓B 語言能夠直接生成PDP-11的機器代碼。曾經在很短的時間內，你們將這門語言稱爲NB（New B）。

以後，NB 改稱爲C 語言——這就是C 語言的誕生。後來，主要是爲了知足使用UNIX 的程序員的須要，C 語言一邊接受來自各方面的建議，一邊摸着石頭過河般地進行着周而復始的功能擴展。1978 年出版了被稱爲C 語言寶典的The C Programming Language 一書。此書取了兩位做者（Brian Kernighan 和Dennis Ritchie）的姓氏首字母， 簡稱爲K&R。在後面提到的ANSI 標準制定以前，此書一直做爲C 語言語法 的參考書被人們普遍使用。據說這本書在最初發行的時候，Prentice-Hall 出版社制訂了對於當時存在 的130 個UNIX站點平均每一個能賣9 本的銷售計劃（相比Lift With UNIX[2]）。固然了，哪怕是第一版K&R的銷售量，也以3 位數的數量級超過了 Prentice-Hall 出版社最初的銷售計劃 。本來只是像「丹的工具」同樣爲了知足 自用的C 語言，歷經坎坷，最終成爲全世界普遍使用的開發語言。

順便提一下，經過http://www.cs.bell-labs.com/cm/cs/cbook/index.html能夠看到K&R 的網頁，各語種的K&R 封面排列在一塊兒，頗爲壯觀。

爲何存在奇怪的指針運算

若是試圖訪問數組的內容，老老實實地使用下標就能夠了。爲何存在指針運算這樣奇怪的功能呢？

其中的一個緣由就是受到了C的祖先B語言的影響。

B是一種「沒有類型」的語言。B中可使用的類型只有word 型（也就是整型），指針也是做爲整型來使用的（像浮點型這樣高級的事物，你根本見不到）。B 是虛擬機上運行的解釋器，這個虛擬機以word 爲單位分配內存地址（現在普通的計算機以字節爲單位）。因爲B以word 爲單位，若是指針（僅僅是表現地址的簡單的整數）加1，指針就指向數組的下一個元素。爲了繼承這種特性，C引入了「指針加1，指針前進它所指向類型的長度」這個規則。B 語言中一樣存在p[i]是 (p + i)的語法糖這樣的規則。但是，這裏的(p + i)只不過是單純的整數之間的加法運算。解引用*、地址運算符&，也以幾乎和C相同的形態存在於B語言中。另外還有一個理由就是，早先使用指針運算能夠寫出高效的程序。一般狀況下，咱們老是使用循環語句來處理數組，通常都寫成下面的形式，

for (i = 0; i < LOOP_MAX; i++) {
/*
* 在這裏，使用array[i]進行各類各樣的處理。
* array[i]會出現屢次。
*/
}

array[i]在循環中會出現屢次，每次都要進行至關於 array+i的加法運算，效率天然比較低。
所以，可使用指針運算重寫上面這段循環，

for (p = &array[0]; p != &array[LOOP_MAX]，p++) {
/*
* 在這裏，使用*p進行各類各樣的處理。
* *p會出現屢次。
*/
}

儘管*p在循環內部會出現屢次，但加法運算只有在循環結束的時候執行一次。

K&R p.119 中敘述了「通常狀況下，使用指針的程序比較高效」。上面的說明應該能夠做爲這段敘述的根據吧。但是，這些不管怎樣都是老黃曆了。

現在，編譯器在不斷地被優化，對於循環內部重複出現的表達式的集中處理，是編譯器優化的基本內容。對於如今通常的C 編譯器，不管你使用數組仍是指針，效率上都不會出現明顯的差距。基本上都是輸出徹底相同的機器碼。

總的來講，C 的指針運算功能的出現，源自於早期的C自身沒有優化手段。這一點並不奇怪，請你們回想一下在前面介紹過的內容，C原本只是爲了解決開發現場的人們眼前的問題而出現的一種語言。Unix 以前的OS幾乎都是使用匯編寫的，即便晦澀難懂，人們也不會大驚小怪。對於當時的環境，追求什麼編譯器優化實在有點勉爲其難。所以，當初開發C 語言的時候，是徹底有必要提供指針運算功能的。但是……

不要濫用指針運算

被稱爲C語言寶典的K&R 指出：「通常狀況下，使用指針的程序比較高效。」這徹底是「那個時代的錯誤」。

但是，正如前面所說，對於現在的編譯器，不管是使用指針運算仍是下標運算，都生成幾乎徹底相同的執行代碼。

事到現在……難道不該該放棄使用指針運算，老老實實地使用下標訪問嗎？

雖然K&R 被不少人奉爲「神書」，但是對於我來講，它連做爲菜鳥實習的資料也未入流。爲何這麼說？由於在此書中，那些濫用指針的例程徹底可讓你崩潰。

莫名其妙地使用像*++args[0]這樣的語句，而且樂此不疲，實在讓人心煩。

K&R 裏面記載了下面這個做爲strcpy()實現的例子：

/* 將t拷貝成s;指針版3 */
void strcpy(char *s, char *t)
{
while (*s++ = *t++)
;
}

雖然乍一看不容易理解，可是這種寫法實際上是很是方便的。由於會在C 程序中常常遇到，因此咱們應該掌握這種慣用寫法。既然知道「乍一看不容易理解」，那就不該該這樣寫，難道不是嗎？

滿大街的C 語言入門書都在教育咱們，使用指針運算比使用下標會讓程序

☑更有效率
☑更有C 語言範兒

所謂的「更有效率」，只不過是臆想罷了。對於這種「微不足道的」優化工做，與其讓人去當心翼翼地作，還不如交給編譯器來幹。

所謂「更有C語言範兒」好像是有些道理。若是隻是爲了要讓程序「有範兒」，而讓代碼變得晦澀難懂，那麼仍是拜託你行行好，扔掉這種惡習吧。

在學校裏，咱們要完成一些課後做業。好不容易完成了一個使用下標的程序題，不料後面的那道題爲「請使用指針將剛纔那道題的程序從新完成一遍」。這種事常有吧。

老實說，這種事很無聊。也許你會很「威武」地依然使用下標原封不動
地把程序又寫了一遍，而後交給了老師。面對老師的指責，你義正辭嚴：

咦，下標運算符[]只不過是指針運算的語法糖而已，在本質上這樣的寫法也是在使用指針啊。

儘管這樣，這位可愛的老師可能仍是不會放過你，因而你就急了：

行，不就是把像p[i]這樣使用下標的地方，機械地一個個替換成* (p+i)嘛。

話說回來，丟了學分，我可不負責喲。在C的世界裏，使用指針運算要比使用下標的寫法讓人感受更「帥一些」。

可是……與其在這些無聊的地方「耍酷」，倒不如多花點時間學一些有用的知識。你要知道，做爲一個程序員，還有堆積如山的知識等着你去掌握呢。

固然，什麼樣的規則都有例外，好比，在「一個巨大的char 數組中，參雜了各類類型的數據①，而且咱們試圖讀取第多少字節的數據」這樣的狀況下，仍是使用指針運算寫的程序比較容易理解。

此外，做爲一個C程序員連指針運算的代碼也讀不懂，多少有點可悲。

儘管如此，讓咱們至少從如今開始儘可能使用下標來寫新的程序，這樣作對本身，以及對之後有機會閱讀你的程序的人，都有好處。

做者前橋和彌（Maebasi Kazuya），1969年出生，著有《完全掌握C語言》、《Java之謎和陷阱》、《本身設計編程語言》等。其一針見血的「毒舌」文風和對編程語言深入的見地受到廣大讀者的歡迎。

本文選自《征服C指針》一書，做者前橋和彌，吳雅明譯，由人民郵電出版社出版。