2020年度钻石C++C学习笔记（1）《博学谷》

1.C语言概述

1.1 什么是C语言

一提到语言这个词语，自然会想到的是像英语、汉语等这样的自然语言，因为它是人和人交换信息不可缺少的工具。

而今天计算机遍布了我们生活的每一个角落，除了人和人的相互交流之外，我们必须和计算机角落。

用什么的什么样的方式和计算机做最直接的交流呢？人们自然想到的是最古老也最方便的方式——语言，而C语言就是人和计算机交流的一种语言。

语言是用来交流沟通的。有一方说，有另一方听，必须有两方参与，这是语言最重要的功能：
说的一方传递信息，听的一方接收信息；
说的一方下达指令，听的一方遵循命令做事情。

语言是人和人交流，C语言是人和机器交流。只是，人可以不听另外一个人，但是，计算机是无条件服从。

语言有独特的语法规则和定义，双方必须遵循这些规则和定义才能实现真正的交流。

1.2 为什么要学习C语言

1.2.1 C语言特点

1) 优点
代码量小
执行速度快
功能强大
编程自由

2) 缺点
写代码实现周期长
可移植性较差
过于自由，经验不足易出错
对平台库依赖较多

1.2.2 学习C语言理由

1.2.3 C语言应用领域

C语言的应用极其广泛，从网站后台，到底层操作系统，从多媒体应用到大型网络游戏，均可使用C语言来开发：
C语言可以写网站后台程序
C语言可以专门针对某个主题写出功能强大的程序库
C语言可以写出大型游戏的引擎
C语言可以写出另一个语言来
C语言可以写操作系统和驱动程序，并且只能用C语言编写
任何设备只要配置了微处理器，就都支持C语言。从微波炉到手机，都是由C语言技术来推动的

1.2.4 C语言的简洁

C语言仅有32个关键字，9种控制语句，34种运算符，却能完成无数的功能：

1.2.5 学习C语言的常见困惑

1.3 第一个C语言程序：HelloWorld

1.3.1 编写C语言代码：hello.c

#include <stdio.h>

int main()
{
//这是第一个C语言代码
printf("hello world\n");
return 0;
}
C语言的源代码文件是一个普通的文本文件，但扩展名必须是.c。

1.3.2 通过gcc编译C代码

1) gcc编译器介绍
编辑器(如vi、记事本)是指我用它来写程序的（编辑代码），而我们写的代码语句，电脑是不懂的，我们需要把它转成电脑能懂的语句，编译器就是这样的转化工具。就是说，我们用编辑器编写程序，由编译器编译后才可以运行！
编译器是将易于编写、阅读和维护的高级计算机语言翻译为计算机能解读、运行的低级机器语言的程序。
gcc（GNU Compiler Collection，GNU 编译器套件），是由 GNU 开发的编程语言编译器。gcc原本作为GNU操作系统的官方编译器，现已被大多数类Unix操作系统（如Linux、BSD、Mac OS X等）采纳为标准的编译器，gcc同样适用于微软的Windows。

gcc最初用于编译C语言，随着项目的发展gcc已经成为了能够编译C、C++、Java、Ada、fortran、Object C、Object C++、Go语言的编译器大家族。

编译命令格式：
gcc [-option1] ... <filename>
g++ [-option1] ... <filename>
命令、选项和源文件之间使用空格分隔
一行命令中可以有零个、一个或多个选项
文件名可以包含文件的绝对路径，也可以使用相对路径
如果命令中不包含输出可执行文件的文件名，可执行文件的文件名会自动生成一个默认名，Linux平台为a.out，Windows平台为a.exe

gcc、g++编译常用选项说明：
选项 含义
-o file 指定生成的输出文件名为file
-E 只进行预处理
-S(大写) 只进行预处理和编译
-c(小写) 只进行预处理、编译和汇编

2) Windows平台下gcc环境配置
windows命令行界面下，默认是没有gcc编译器，我们需要配置一下环境。由于我们安装了Qt，Qt是一个集成开发环境，内部集成gcc编译器，配置一下环境变量即可使用gcc。

a)进入Qt安装目录：

b)拷贝gcc所在的路径（不同安装目录有所差异）
C:\Qt\Qt5.5.0\Tools\mingw492_32\bin

c) 设置windows环境变量
计算机（右击）－> 属性：

如果是win7，双击Path后，把拷贝的路径追加到后面，路径之间需要英文” ; ”分隔：

如果是win10，界面做得友好一下，新建添加路径即可：

d)测试gcc命令：

3) Windows平台下编译代码

1.3.3 代码分析

1) include头文件包含
#include的意思是头文件包含，#include <stdio.h>代表包含stdio.h这个头文件
使用C语言库函数需要提前包含库函数对应的头文件，如这里使用了printf()函数，需要包含stdio.h头文件
可以通过man 3 printf查看printf所需的头文件

#include< > 与 #include ""的区别：
< > 表示系统直接按系统指定的目录检索
"" 表示系统先在 "" 指定的路径(没写路径代表当前路径)查找头文件，如果找不到，再按系统指定的目录检索

stdio.h是在操作系统的系统目录下：

2) main函数
一个完整的C语言程序，是由一个、且只能有一个main()函数(又称主函数，必须有)和若干个其他函数结合而成（可选）。
main函数是C语言程序的入口，程序是从main函数开始执行。

3) {} 括号，程序体和代码块
{}叫代码块，一个代码块内部可以有一条或者多条语句
C语言每句可执行代码都是";"分号结尾
所有的#开头的行，都代表预编译指令，预编译指令行结尾是没有分号的
所有的可执行语句必须是在代码块里面

4) 注释
//叫行注释，注释的内容编译器是忽略的，注释主要的作用是在代码中加一些说明和解释，这样有利于代码的阅读
/**/叫块注释
块注释是C语言标准的注释方法
行注释是从C++语言借鉴过来的

5) printf函数
printf是C语言库函数，功能是向标准输出设备输出一个字符串
printf(“hello world\n”);//\n的意思是回车换行

6) return语句
return代表函数执行完毕，返回return代表函数的终止
如果main定义的时候前面是int，那么return后面就需要写一个整数；如果main定义的时候前面是void，那么return后面什么也不需要写
在main函数中return 0代表程序执行成功，return -1代表程序执行失败
int main()和void main()在C语言中是一样的，但C++只接受int main这种定义方式

1.4 system函数

1.4.1 system函数的使用

#include <stdlib.h>
int system(const char *command);
功能：在已经运行的程序中执行另外一个外部程序
参数：外部可执行程序名字
返回值：
成功：0
失败：任意数字

示例代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
//system("calc"); //windows平台
system("ls"); //Linux平台, 需要头文件#include <stdlib.h>

return 0;
}

1.5 C语言编译过程

1.5.1 C程序编译步骤

C代码编译成可执行程序经过4步：
1）预处理：宏定义展开、头文件展开、条件编译等，同时将代码中的注释删除，这里并不会检查语法
2）编译：检查语法，将预处理后文件编译生成汇编文件
3）汇编：将汇编文件生成目标文件(二进制文件)
4）链接：C语言写的程序是需要依赖各种库的，所以编译之后还需要把库链接到最终的可执行程序中去

1.5.2 gcc编译过程

1) 分步编译
预处理：gcc -E hello.c -o hello.i
编 译：gcc -S hello.i -o hello.s
汇 编：gcc -c hello.s -o hello.o
链 接：gcc hello.o -o hello

选项 含义
-E 只进行预处理
-S(大写) 只进行预处理和编译
-c(小写) 只进行预处理、编译和汇编
-o file 指定生成的输出文件名为 file

文件后缀 含义
.c C 语言文件
.i 预处理后的 C 语言文件
.s 编译后的汇编文件
.o 编译后的目标文件

2) 一步编译
gcc hello.c -o demo（还是经过：预处理、编译、汇编、链接的过程）：

1.5.3 查找程序所依赖的动态库

Windows平台下，需要相应软件(Depends.exe)：

1.6 CPU内部结构与寄存器(了解)

1.6.1 64位和32位系统区别

寄存器是CPU内部最基本的存储单元
CPU对外是通过总线(地址、控制、数据)来和外部设备交互的，总线的宽度是8位，同时CPU的寄存器也是8位，那么这个CPU就叫8位CPU
如果总线是32位，寄存器也是32位的，那么这个CPU就是32位CPU
有一种CPU内部的寄存器是32位的，但总线是16位，准32为CPU
所有的64位CPU兼容32位的指令，32位要兼容16位的指令，所以在64位的CPU上是可以识别32位的指令
在64位的CPU构架上运行了64位的软件操作系统，那么这个系统是64位
在64位的CPU构架上，运行了32位的软件操作系统，那么这个系统就是32位
64位的软件不能运行在32位的CPU之上

1.6.2 寄存器名字(了解)

8位 16位 32位 64位
A AX EAX RAX
B BX EBX RBX
C CX ECX RCX
D DX EDX RDX

1.6.3 寄存器、缓存、内存三者关系

按与CPU远近来分，离得最近的是寄存器，然后缓存(CPU缓存)，最后内存。

CPU计算时，先预先把要用的数据从硬盘读到内存，然后再把即将要用的数据读到寄存器。于是 CPU<--->寄存器<--->内存，这就是它们之间的信息交换。

那为什么有缓存呢？因为如果经常操作内存中的同一址地的数据，就会影响速度。于是就在寄存器与内存之间设置一个缓存。

因为从缓存提取的速度远高于内存。当然缓存的价格肯定远远高于内存，不然的话，机器里就没有内存的存在。

由此可以看出，从远近来看：CPU〈---〉寄存器〈---> 缓存 <---> 内存。

1.7 汇编语言

1.7.1 VS中C语言嵌套汇编代码(了解)

#include <stdio.h>

int main()
{
//定义整型变量a, b, c
int a;
int b;
int c;

__asm
{
mov a, 3 //3的值放在a对应内存的位置
mov b, 4 //4的值放在b对应内存的位置
mov eax, a //把a内存的值放在eax寄存器
add eax, b //eax和b相加，结果放在eax
mov c, eax //eax的值放在c中
}

printf("%d\n", c);//把c的值输出

return 0;//成功完成
}

1.7.2 VS反汇编

#include <stdio.h>

int main()
{
//定义整型变量a, b, c
int a;
int b;
int c;

a = 3;
b = 4;
c = a + b;

printf("%d\n", c);//把c的值输出

return 0;//成功完成
}

1)设置断点F9

2)选择反汇编按钮

3)根据汇编代码分析程序

1.8 集成开发环境IDE

集成开发环境（IDE，Integrated Development Environment ）是用于提供程序开发环境的应用程序，一般包括代码编辑器、编译器、调试器和图形用户界面工具。集成了代码编写功能、分析功能、编译功能、调试功能等一体化的开发软件服务套。所有具备这一特性的软件或者软件套（组）都可以叫集成开发环境。

1.8.1 Qt Creator

Qt Creator是跨平台的 Qt IDE， Qt Creator 是 Qt 被 Nokia 收购后推出的一款新的轻量级集成开发环境（IDE）。此 IDE 能够跨平台运行，支持的系统包括 Linux（32 位及 64 位）、Mac OS X 以及 Windows。根据官方描述，Qt Creator 的设计目标是使开发人员能够利用 Qt 这个应用程序框架更加快速及轻易的完成开发任务。

快捷键 含义
Ctrl + i 自动格式化代码
Ctrl + / 注释/取消注释
Alt + Enter 自动完成类函数定义
F4 .h 文件和对应.cpp 文件切换
F9 设置断点
F5 调试运行
Ctrl + r 编译，但不调试运行
Ctrl + b 编译，不运行
F10 next调试
F11 step调试