一塊兒讀經典《C Primer Plus（第6版）中文版》

時間 2019-11-30

標籤一塊兒經典 primer 中文版欄目 C&C++ 简体版

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——異步小編數組

今天咱們要讀的是一本經久不衰的C語言暢銷經典教程，自1984年初版誕生以來，它持續暢銷了34年，升級了6個版本，是程序員們學習C語言不可多得的良師益友,它就是《C Primer Plus（第6版）中文版》。安全

1. C語言的歷史和變革

提到C語言，就繞不開計算機編程語言的演變與進化。這足以證實C語言在整個編程領域舉足輕重的地位。C語言不是憑空出現的，它的背後老是伴隨着長長的故事，有時候都不知道從哪裏開始講起……
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C語言的前身是B語言，而B語言的前身是BCPL語言，BCPL又源自CPL語言，CPL在Algol 60的基礎上發展而來……那麼，咱們就從這裏開始吧。多線程

在高級編程語言的進化史中，不得不提ALGOL。1950年，歐美計算機學家協力開發了ALGOL。ALGOL是算法語言（ALGOrithmic Language）的簡稱，也是在計算機發展史上首批清晰定義的高級語言。國際計算機學會（Assocoation for Computing Machinery，簡稱ACM）將ALGOL模式列爲算法描述的標準，啓發了ALGOL類現代語言Pascal、Ada、C等語言的出現。異步

Algol 58編程語言

1958年，ACM與當時聯邦德國的應用數學和力學協會（Gesellschaft für Angewandte Mathematik und Mechanik，簡稱GAMM）出席了在蘇黎世舉行的第一次程序設計會議，把新語言命名爲IAL，即國際代數語言（International Algebraic Language，簡稱IAL），後定名爲ALGOL，即算法語言。後來，又改成Algol 58，成爲ALGOL家族的第一位成員。函數

Algol 60

1960年1月，圖靈獎得到者艾倫•佩利（Alan J.Perlis）在巴黎舉行的頂級軟件專家研討會上，發表了「算法語言Algol 60報告」，肯定了程序設計語言Algol 60。1962年，艾倫•佩利又對Algol 60進行了修正。

Algol 60引進了許多新的概念（如：局部性概念、動態、遞歸、巴科斯-諾爾範式BNF等等），是程序設計語言發展史上的一個里程碑。它標誌着程序設計語言成爲一門獨立的科學學科，併爲後來軟件自動化及軟件可靠性的發展奠基了基礎。Algol 60是許多後來的程序設計語言必不可少的軟件工程工具的原型，它的發展是一羣極具天賦的人的工做成果。

CPL（Combined Programming Language）

1963年，英國劍橋大學在Algol 60的基礎上開發出了CPL語言。CPL語言更接近硬件一些，但規模比較大，難以實現。

BCPL（Basic Combined Programming Language）

BCPL源自CPL語言。1967年，英國劍橋大學的馬丁•理察德（Martin Richards）在訪問麻省理工大學期間，對CPL語言進行了簡化，移除了該語言中最複雜的部分，設計出了BCPL語言。該語言在70年代早期普遍應用於不少項目中，是最先被用作牛津大學OS6操做系統中的開發工具。後來，通過美國貝爾實驗室的改進和推廣，成爲了UNIX上的經常使用開發語言。

BCPL有些相似於Fortran，也是典型的面向過程的高級語言。BCPL也是最先使用庫函數封裝基本輸入輸出的語言之一，因此它的跨平臺移植性很好。與同時代的BASIC和PASCAL不一樣，BCPL的代碼用小寫字母書寫。早期BCPL的內存管理很糟糕，不事後來獲得了改善。可是，BCPL對字符串的支持不好，這個缺點一直沒有解決。

做爲早期的編程語言，BCPL現在已再也不普遍使用，但它的影響倒是深遠的。BCPL程序從一個主函數中開始，能夠在各個函數中添加功能模塊，函數支持嵌套和遞歸。BCPL是第一個使用括號的語言（現在，括號在各類編程語言中都隨處可見）。

B語言

1970年，美國貝爾實驗室的研究員肯•湯普森（Ken Thompson）本身編寫了一個模擬在太陽系航行的電子遊戲：Space Travel。他找到一臺沒有操做系統的空閒機器PDP-7，而遊戲必須使用操做系統的一些功能，因而他着手爲PDP-7開發操做系統。可是，用現有的語言在這臺機器上開發操做系統，困難重重。湯普森刪減了BCPL語言其中的非必備組件，開發出了一種通用的程序設計語言：B語言（取BCPL的第一個字母），並用B語言寫出了第一個UNIX操做系統。

B語言是一種無類型語言，全部的數據都和機器字相對應。B語言很是簡單，並且更接近硬件，程序員能夠直接經過內存地址操做內存。B語言除包含一些庫函數外，還包含了湯普森的一些我的偏好（主要在一些特定的程序中減小非空格字符的數量）。雖然B語言的使用時間不長，可是它在編程語言發展歷史上起到了承前啓後的重要做用。

圖1 DEC的PDP-7

C語言

好景不長，B語言的無類型特性成爲在PDP-11機器上訪問字符類型的軟肋。1971年，一樣酷愛Space Travel的丹尼斯•裏奇（Dennis M.Ritchie）爲了能早點兒玩上游戲，加入了湯普森的開發項目，合做開發UNIX。他的主要工做是改造B語言，使其更加成熟。其中最重要的改動是，把數據類型的概念引入到B語言中。丹尼斯•裏奇在B語言中增長了字符類型，同時也把B語言的編譯器修改成生成PDP-11的機器指令。他稱這個稍微擴展的語言爲NB，也就是「New B」。

圖2 肯•湯普森（左）和丹尼斯•裏奇（右）

1972年，丹尼斯•裏奇通過不懈地努力，在B語言的基礎上最終設計出了一種新的語言，他取了BCPL的第二個字母做爲這種語言的名字，也就是C語言。

1973年初，C語言的主體完成。湯普森和裏奇火燒眉毛地開始用C語言所有重寫了UNIX。此時，他們一門心思地投入到C語言和UNIX的開發中，徹底沉浸在編程的樂趣中，早就忘了那個曾經的Space Travel遊戲。

1977年，丹尼斯•裏奇發表了不依賴於具體機器系統的C語言編譯文本《可移植的C語言編譯程序》。

1978年，美國電話電報公司貝爾實驗室正式發佈了C語言。布萊恩•柯林漢（Brian Kernighan）和丹尼斯•裏奇共著的《The C Programming Language》（《C程序設計語言》）出版了。這本書被C語言開發者們稱爲「K&R」，不少年來都被看成C語言的非正式標準說明。人們稱這個版本的C語言爲K&R C。

1983年，ANSI爲了讓C語言健康地發展下去，在當年夏天成立了一個在CBEMA指導下的X3J11委員會，制定C語言標準。該委員會由C語言做者和應用程序員、硬件廠商，編譯器及其餘軟件工具生產商、軟件設計師、顧問、學術界人士組成。

1989年，X3J11委員會在年末發佈了ANSI89報告。隨後，ANSI發佈了第一個完整的C語言標準：ANSI X3.159-1989，簡稱「C89」，也就是ANSI C或C89標準。

1990年，國際標準化組織（International Organization for Standards，簡稱ISO）和國際電工委員會（IEC）接受了1989年的ANSI C爲ISO C的標準，命名爲ISO/IEC 9899:1990。因爲該標準發佈於1990年，因此也稱之爲C90標準（不過習慣上仍然叫C89標準）。實際上，C90標準與C89標準徹底等同。

1995年，ISO對C90作了一些修訂，即「1995基準增補1（ISO/IEC/9899/AMD1:1995）」。在ANSI標準化後，儘管C語言自己在繼續改進，可是C語言的標準在一段很長的時間內都保持不變。

1999年，在作了一些必要的修正和完善後，ISO發佈了新的C語言標準，命名爲ISO/IEC 9899:1999，簡稱「C99」。

2011年12月8日，ISO正式發佈了C語言的最新標準C11。因爲以前不知道具體的發佈時間，曾被稱爲C1X，官方名稱爲ISO/IEC 9899:2011，簡稱「C11」。新標準提升了對C++的兼容性，並增長了一些新特性。

2. C語言及其各標準的變化

在1973至1980年間（從C語言主體完成到C語言標準發佈以前），特別是1977年左右，C語言的變化主要集中在考慮可移植性和類型安全上，探討如何處理將大量代碼移植到新平臺時出現和潛在的問題。在這時期，C語言增長了unsigned、long、union和枚舉類型。在此以前，C語言還保留着不少無類型的特徵。例如在早期語言手冊或代碼中，指針與整型內存索引幾乎沒有區別；字符指針和無符號整數的算術特性類似，很容易讓人混淆。添加unsigned類型使得無符號整數的運算區別於指針運算。另外，早期C語言還容許整數與指針之間的賦值（即便在當時，這種作法也不受鼓勵）。隨後，C語言引入了一個類型轉換符號（在Algol 68中被稱做「cast」），專門用於類型轉換。

到了1982年，雖然K&R C一直被當成C語言的非正式標準，可是它卻不能很好地反應實際使用中的C語言。尤爲是它沒有說起void和enum類型。雖然《The C Programming Language》中提到了（構成）結構體的新方式，可是在該書發表後C語言才支持與結構體相關的一些操做，包括對其賦值、將其傳遞給函數和從函數返回等。儘管AT&T發佈的編譯器和大多數編譯器供應商都很快地添加了這些變化，可是當時仍然沒有一個完整、權威的語言描述。C語言亟需進行標準化。

1983年，ANSI爲制定C語言標準成立了X3J11委員會。該委員會對C語言進行了一項重大改變，借鑑了C++[Stroustrup 86]的作法，在函數簽名中添加了形參的類型。在此以前，C語言的外部函數聲明是這樣的：

double sin();

這種聲明只能說明sin是一個返回double類型值的函數。而改進後的聲明是這樣的：

double sin(double);

該聲明顯式表示了函數形參的類型，更方便進行類型檢查和轉換。同時，委員會也意識到，雖然新的聲明形式更好，可是直接廢除舊式風格的函數聲明和定義並不合適。這就不得不妥協，容許兩種形式共存。

C語言自己並未提供輸入/輸出或任何其它與外界交互的方式，而僅依賴一套標準函數。X3J11委員會意識到詳盡地描述標準C庫與描述C語言自己同等重要，因而花費了大量時間來設計庫函數，並將其寫入文檔。另外，X3J11委員會還對C語言其餘方面進行了一些小的改動。好比，增添了兩個類型限定符：const和volatile，改進了不一樣類型的轉換規則等。儘管如此，在整個標準化過程當中，C語言的核心部分並未改變。大部分重要的改動都發生在語言的外層：預處理器和庫函數。預處理器主要是執行宏替換的功能，使用着與語言其餘部分大相徑庭的規則。預處理器與編譯器之間的交互一直描述得不太清楚，X3J11試圖解決這一問題。顯然，C89標準比K&R C給出的解釋更好更全面。另外一方面，在發佈的C89標準中並未正規化定義C語言的語義，從而致使了在一些小細節上仍存在爭議。

下面總結了一下C語言各標準的一些主要變化。

K&R C引入瞭如下幾個主要的語言特性：

1. 標準I/O庫

2. 新增struct、long int、unsigned int數據類型

3. 組合操做符=op的形式改成op=

C89相對於K&R C的一些主要變化：

1. 新增函數原型，對函數的輸入參數進行嚴格類型檢查

2. 新增void、const、volatile、signed、enum關鍵字，刪除了entry關鍵字

3. 容許結構自己做爲參數傳遞給函數

4. 新增#elif、#error、#line、#pragma預處理命令

5. 定義固有宏：_ _LINE_ _、_ _FILE_ _、_ _DATE_ _、_ _TIME_ _、_ _STDC_ _

6. 增長了真正的標準庫

C99相對於C89的一些主要變化：

1. 新增restrict指針

2. 新增inline函數說明符，支持內聯函數

3. 新增_Bool、long long int、unsigned long long int數據類型

4. 加強printf()和scanf()函數組

5. 加強數組，支持可變長數組，容許數組長度在運行時才肯定，可在數組聲明中使用restric、volatile、const關鍵字

6. 擴充了標準庫和頭文件，新增_ _func_ _預約義標識符

7. 支持複合賦值

8. 支持//單行註釋

9. 支持變長數組，

10. 支持在for語句的初始化部分定義一個或多個變量

11. 修改了一些預處理程序

12. 變量聲明沒必要放在語句塊的開頭

13. 初始化結構時容許對特定元素賦值

14. 取消函數返回類型默認爲int的規定

C11相對於C99的一些主要變化：

1. 新增_Noreturn函數說明符

2. 新增_Static_assert()靜態斷言

3. 新增_Generic關鍵字，支持輕量級泛型編程

4. 新增_Atomic類型限定符、<stdatomic.h>頭文件

5. 新增_Thread_local存儲類說明符、<threads.h>頭文件，支持多線程

6. 新增_Alignas對齊說明符、_Alignof操做符、aligned_alloc()函數、<stdalign.h>頭文件

7. 新增了一些處理浮點數和複數的宏

8. 新增<uchar.h>頭文件，支持加強的Unicode

9. 新增at_quick_exit()、quick_exit()函數

10. 新增邊界檢查函數結構，定義了新的安全的函數，例如fopen_s()、strcat_s()等

11. 在<time.h>頭文件中新增timespec結構體，時間單位爲納秒；原來的timeval結構體，時間單位爲毫秒

12. 支持匿名結構體、聯合體

13. 支持新的fopen()模式，增長了新的建立、打開模式「x」

14. 刪除了gets()函數（C99中已不推薦使用），提供了更安全的替代函數gets_s()

3. 本書各版本的變化及影響

《C Primer Plus》1984年第1版問世時，用C語言編程的人並很少，許多人都是在這本書的幫助下掌握了C語言。也就是從那時起，C語言開始蓬勃發展。《C Primer Plus》一直都深受編程愛好者的歡迎，自問世以來各版本累計銷售量已經超過55萬本。

1984年1月，《C Primer Plus》第1版問世。那個時候，你們都以《The C Programming Language》做爲C語言實際使用的非正式標準說明。全書448頁。

1993年4月，《C Primer Plus》第2版出版。距第1版出版，已過了9年。這些年裏，X3J11委員會於1989年末發佈了C89標準。1990年，ANSI接受了C89，並命名爲ISO/IEC 9899:1990，也就是你們熟知的C90標準（C89和C90標準徹底等同）。本書爲適應C90標準，作了全面更新。

1999年，《C Primer Plus》第3版出版。在過去的6年裏，ISO對C90作了一些修訂。本書也根據這些修訂進行了更新。雖然C語言自己在不斷地改進和完善，可是從1990年C90標準發佈後，C語言標準近十年都保持不變。

2001年9月，《C Primer Plus》第4版出版。做者Stephen Prata的目標始終未變，他致力於寫一本具備啓發性、條理清晰的C語言入門書。書中也保持着一慣的風格，用許多短小的代碼示例展現語言概念，讓讀者明白會用。在每章末尾設置複習題和編程練習，幫助讀者消化一些容易混淆和難以理解的概念。1999年，通過多年的修正和完善，ANSI正式發佈了C99標準。本書也爲了適應C99標準，在第3版發行僅兩年就立刻根據當時的最新標準，對本書進行了更新。通過前幾版的修訂，全書從第1版的448頁增長到970頁。

2004年12月，《C Primer Plus》第5版出版。在C99標準發佈後，又掀起了學習C語言的高潮。爲了讓你們更好地學習和理解C語言，做者在不改動章節佈局的前提下，新增了大量插圖和表格，以闡明一些不容易用語言描述清楚的概念。全書特別標出了C語言的主要特性，便於讀者往後參考和回顧。在這一版中，做者也反覆強調讀者應該親自動手把代碼示例輸入系統中運行。實踐和理論結合才能牢固地掌握所學的知識。除此以外，還鼓勵讀者要多嘗試修改程序，看看編譯器給出什麼警告，體會一下運行修改後的代碼會出現什麼不一樣的狀況。練習得越多，思考得越多，學得就越多，掌握得就越牢。全書984頁。

2013年12月，《C Primer Plus》第6版出版。2011年12月，ISO正式發佈了C語言的最新標準C11。相對於第5版，這一版根據最新的C11標準，作了全面的更新，增長了許多內容。正如介紹中說的，隨着C語言的發展，從早期的非正式K&R C標準，到1990年的C90標準、1999年的C99標準，再到2011年的C11標準，本書也在日趨成熟和完善。全書1080頁。

從以上《C Primer Plus》各版本的歷史看，最明顯的變化就是全書的頁數。從最初的448頁劇增到最新版的1080頁，這也從另外一個角度見證了C語言的發展歷程。能夠說，這本書是和C語言一塊兒成長起來的。在亞馬遜上，本書的各版本一直都是好評如潮。雖然書愈來愈厚了，可是做者的寫做思路和目標一直都頗有清晰。對於中高級讀者而言，這本書的講解可能稍顯囉嗦，還時常重複講到一些已經介紹過的概念。可是，初學者須要的就是這些。這本書主要是針對初學者編寫的，做者在書中也提到過，假設讀者是沒有任何編程經驗的。在閱讀本書的過程當中，能感覺到做者循循善誘的指導。初學者能毫無壓力地自學完本書。

其實，如今市面上許多編程書籍對初學者都不太友好。看上去厚厚的一本，學習的過程當中感受本身學了不少，也記下了很多知識點。可是，在具體動手編程時，卻每每束手無策。雖然打開了編譯器，但卻愣在那裏不知道怎麼作，這每每是初學者腳下的一塊絆腳石。不少人就是在這裏被絆倒，中止了學習的腳步。有些人爲此大傷腦筋，刨根問底，彷佛怎麼學都不得法。究其問題的根源，不在讀者。對初學者而言，特別是零基礎的初學者，最須要的不是詳盡深奧的原理分析，而是完整的代碼示例。《C Primer Plus》這本書最大的優勢就在於，至始至終都有詳盡完整的代碼示例。讀者只需循序漸進，把代碼輸入編譯器就能運行程序。就算一開始什麼也不懂，可是隻要程序能運行，初學者就會對學習抱有信心和興趣。這本書給了初學者寶貴的信心和繼續學下去的動力。一邊看代碼，一邊閱讀後面逐條代碼的詳細分析。隨着學習的深刻，反覆敲打代碼更有助於理解晦澀抽象的概念。慢慢地，本身也會用了。看到本身寫的代碼編譯經過時，那種發自心裏的愉悅是對學習最大的鼓勵和確定。這本《C Primer Plus》的確是學習C語言不可多得的良師益友。

4. 關於做者

Stephen Prata是加利福尼亞的馬林學院（肯特菲爾德）的一位物理學和天文學教授，曾在教授天文學、物理學、離散數學和計算機程序設計課程，現已退休。他在加州理工學院得到學士學位，在加州大學伯克利分校得到博士學位。Stephen教授是美國天文學會的成員，也是富布賴特學者。他最先接觸程序設計，就是爲了用計算機給星團建模。Stephen撰寫和與他人合著了十幾本書籍，其中包括《C++ Primer Plus》和《Unix Primer Plus》。

5. 目錄導讀

《C Primer Plus》第6版詳細講解了C語言的基本概念和編程技巧。值得一提的是，C99和C11新增的內容，在目錄上均用括號特別註明，方便讀者查閱。全書共17章，可分爲三個部分。

第一部分預備篇（第1~2章），用較少的篇幅介紹學習C語言所需的預備知識。

第1章介紹了C語言的歷史和特性，簡要介紹了編寫程序的幾個步驟和簡單的編程機制。

第2章概述了C語言編程的預備知識。

第二部分基礎篇（第3~15章），每章都詳細講解了C語言的相關知識。包括數據類型、格式化輸入/輸出、運算符、表達式、語句、循環、字符輸入和輸出、函數、數組和指針、字符和字符串函數、內存管理、文件輸入輸出、結構、位操做等。

第3章介紹C語言的兩大數據類型：整數類型和浮點數類型，講解這些數據類型是什麼、如何聲明和使用它們。除此以外，還介紹了常量和變量的區別。

第4章重點介紹C語言的輸入和輸出（printf()和scanf()），簡要介紹#include預處理器指令和const修飾符，並介紹如何定義、使用明示常量。

第5章介紹C語言的各類運算符、表達式和語句。在熟悉瞭如何表示數據後，就能夠學習如何處理數據了。本章還介紹了C語言的許多特性（包括循環），幫助讀者組織程序。

第6章重點講解C語言的控制語句：循環（for、while和do while）。

第7章重點講解C語言的控制語句：分支和跳轉（if、if else、switch、goto）

第8章開始介紹C語言的字符輸入/輸出（printf()、scanf()、getchar()、putchar()等），以及一些與輸入驗證相關的問題和解決方案。

第9章介紹函數。既然已經學會使用C標準庫的一些函數，本章要進一步地學習如何建立本身的函數。本章一邊鞏固之前學過的知識，一邊對知識作進一步的擴展。

第10章介紹數組和指針，着重講解如何編寫處理數組的函數以及數組和指針的密切關係。

第11章介紹字符串和字符串函數。利用C標準庫中提供的大量函數來處理字符串，進一步提升本身的編程水平。

第12章介紹存儲類別、連接和內存管理。要更好地控制程序，必須掌握C語言的內存管理系統。隔離使用內存來儲存數據是設計程序的一個要點。

第13章介紹文件的輸入和輸出。如何使用C標準I/O系列的函數來處理文件。

第14章介紹C結構和其餘數據形式。

第15章介紹位操做。經過介紹位、字節、二進制記數法和其餘進制記數系統的一些背景知識，學習如何處理位運算。提升用C程序處理硬件問題的能力。

第三部分提升篇（第16~17章，附錄B參考資料），介紹C預處理器、C庫和高級數據表示。附錄的參考資料中詳細介紹了C語言和編程方面的一些補充知識，還包括新增的C99和C11的標準ANSI C庫。

第16章介紹C預處理器和C庫。

第17章介紹高級數據表示。包括一些算法和抽象數據類型（ADT）的概念，爲未來學習面向對象程序設計（OOP）以及C++作好準備。

因爲本書主要針對初學者編寫，在講解知識點時力求詳細，以幫助沒有編程經驗的初學者們理解抽象的概念。書中以完整的程序爲例，講解C語言的知識要點和注意事項。同時，完整的代碼示例中還附有詳細的註釋說明，幫助初學者更好地理解程序。每章末設計了大量複習題和編程練習，幫助讀者鞏固所學知識和提升實際編程能力。本書可做爲C語言的教材，適用於須要系統學習C語言的初學者，也適用於鞏固C語言知識或但願進一步提升編程技術的程序員。

若是以前沒有編程經驗，推薦按章節順序依次研讀。後面章節通常是創建在理解了前面章節知識的前提下，由淺入深、按部就班地講解。但願初學者不要跳讀，以避免增長閱讀難度。
若是有其餘語言的編程經驗，可快速瀏覽第一部分（第1~2章），大體瞭解C語言的歷史和基本特性。再根據自身的具體狀況和興趣，有針對性地閱讀第二部分（第3~15章）和第三部分（第16~17章）的內容，對比哪些特性是C語言特有的，哪些特性是其餘語言共有的。
若是以前學過C語言，長時間不用遺忘或生疏了，可快速閱讀第一部分和第二部分，查缺補漏。若是對一些高級主題感興趣，可研讀第三部分和附錄B參考資料。