略说C语言——洪峰老师讲创客道（三）

    从技术的角度来说，C语言相比于汇编语言，之所以被称为高级语言，是因为它已经运用了函数作为基本抽象单位。在C语言中，一个函数可以封装成千上万条汇编指令，从此角度上来讲，人们使用C语言开发的效率会比用汇编语言开发程序要高效很多，这也是当年要开发C的主要原因。一开始UNIX系统是用汇编语言写的，后来D.M.Ritchie用C语言改写原来的汇编代码于是得到了UNIX系统。

    正因为C语言中提供了函数作为基本编程单元，所以我们要对C语言中的函数做一番详尽的考察，看看它有何特点，这里要注意C语言的函数和数学中的函数有相近之处，不过也有其不同之处。C语言的函数有一个函数名、形参表、函数体，整个函数会返回一个值，这是它的语法形式。在定义这个函数时，需要提供一个形参表，在这个形参表中，声明每一个参数时必须要说明参数的类型，有些人因此将C称为强类型的编程语言。在阅读过许多其他材料后，会发现强类型的说法有时会产生歧义，因此将其说成为manifest type，即显式类型声明。有了显式类型声名后，C语言可以在参数的类型方面做一些较少的工作，这是C语言很重要的一个特点。

    注意，当C语言的参数显示声明类型以后，参数是如何传递给函数呢？这时就涉及到了传值的概念。举个例子：你写了某个函数fullbar，函数名为full，形参是某种类型的bar，如果想调用这个函数，就会把一个实际的参数传给fullbar，当把这个实际参数传给函数的形参bar时，真正在做的事情是把实际参数先做一个拷贝，将这个拷贝传递给这个函数形参表中的bar，然后函数的函数体对这个bar进行操作，因此函数体实际是对函数外部的那个变量的拷贝进行操作，而不是对变量本身进行操作。如果想要对外部的变量进行直接的操作，那么使用传值的方法是行不通的，必须要采用C指针，通过其来引用函数体外部变量，即获得变量的地址，对这个地址上的数据进行操作，就可以实现修改函数体外部的变量，这也是C语言中很重要的一个特点。

    刚刚说到了C语言的参数必须在声明函数时显式地声明它的类型，要注意类型这个概念在我们黑客道教学里非常重要的。这里引用一下我在黑客道中的一些讲法，在C语言中一个类型到底代表什么意思呢？它至少有3方面的含义：第一，数据在内存里有多大，即数据的长度，可以用sizeof运算符来获取数据的长度；第二，如果是一个复合类型的数据，那么它里面就会有许多字段，它的字段是如何排列的；第三，对于两个类型，它们都有相同的字段，但是它们字段所指向的数据可能不同，导致实际的两个字段所形成的对象在内存里的类型是不一样的，即数据排列的密度有很大的差距。因此C语言中，对一个类型的考察我们应从三个方面去思考，一个是数据的长度，一个是它字段排列的顺序，第三就是字段所指向的东西所导致的对象的密度的变化。

    我们知道C语言是编译性语言，首先要编写源代码，之后要把含有源代码的源文件用C的编译器编译成目标代码，然后进行链接，从而得到可执行程序。所以在C文件可运行之前，必须要经过编译的过程。C文件在被编译器编译的时间段，我们称作程序的编译时，当得到可运行程序，去运行它时，我们称作程序的运行时，这是两个完全不同的阶段。在C程序编译的时候，编译器并不会对C语言中的类型进行太多的检查，所以在业界有一种说法：C语言是显示声明类型，而且是弱检查甚至是不检查的编程语言。C语言之所以称为这种编程语言是有其原因的，受当时的历史条件限制。C语言是七十年代初发明的，那时计算机的硬件水平比较低，所以为了减少开销(进行类型检查在编译时需要提供许多的计算资源)，D.M.Ritchie在当时设计C语言时就没有对C的类型提供过多的检查机制。

    我们可以在类型方面进行一下比较，在我们学习数学集合论的时候，我们对集合的考察方式也有三种。可以考虑一个集合的基数，即一个集合中元素中的多少，比方说一个家庭家庭成员的多少；还有考察一个集合中元素的序，即顺序，家庭中成员的排列顺序，长幼、体重等等；第三个是考察集合中元素的分布，称其为考察集合的纲，比方说一个实数的集合，我们知道实数系是个连续统，任何一个连续的线段，都可以和零到一之间的连续统是等式的，当集合中连续统排列的顺序不一样时，集合的分布情况就会产生变化。这就是在集合的语言中，我们讨论考察一个集合的三种方法或者说三种方向，在C语言的教学中对类型我们也可以从这三个方面进行思考。当然C语言是一个离散的世界，但是C语言中有指针变量，它指向的东西可以很大很大，甚至是一个无穷的数目，所以可以在计算机上利用某些机制对无穷量进行理化。

    关于C语言的类型就先谈到这里。

    对于C语言的函数我们还要考察它的作用域，所谓作用域就是它起作用的范围。在默认的情况下，C语言会把一个程序中所有的函数当作全局的，即一个应用项目中多个C的源文件写出来以后，C的编译器会把各个文件中的函数提取出来，放到编译器所维护的符号表的某个区域，这个区域我们可以称其为一个子表格。这样程序中的任何文件都可以去调用它，从这个意义上讲，C语言中函数的作用域在默认情况下是全局的，这项工作是由编译器自动帮你完成的。但是C语言中也提供了一些机制让你可以绕过这个限制，比方说可以使用static关键字来修饰一个函数。C语言中的static关键字非常妙，即可用来修饰函数又可用来修饰变量，当用其修饰一个函数时，函数的作用域就发生了变化，从原来全局的作用域被约束到它所在的文件中，我们知道C编译器以文件作为编译的基本单位，所以此时函数作用域的粒度被限制到一个编译单元，这对C语言的使用有重大的影响，这点大家要注意。由于C语言中函数的作用域默认全局，而且在语言层次上只能通过static修饰符来把一个函数的作用域从全局降为文件，所以在C语言中数据结构的重要性就突显出来，因为函数是不能被自由传递的(函数都被放在了一起，不能被传递)，这时数据结构的设计就变成了C语言设计的核心。Linus Torvalds作为Linux Kernel的设计师之一，就曾经在C语言编程中高度突出了数据结构的重要性，实际上C语言结构的设计是整个C编程的灵魂。这样就产生了两个间接的影响：一个是C语言本身并没有提供多少数据结构，包括刚刚提到的文件这个结构，也不是在语言内部提供，而是作为一个库来提供，那么在语言规范没有提供多少数据结构的情况下(甚至连链表这种基本的数据结构都没有)，在C语言中作为程序员必须亲手打造自己的数据结构，从好的方面上来说可以拥有任何自由度，因为有指针可以分配内存、回收内存，可以做任何贴近硬件的事情，但另一方面，C语言本身没有提供数据结构，亲手去打造数据结构是需要时间的。

    从这个意义上讲，用C语言做软件开发，它的开发效率和它的运行效率是极不相称的，C语言的运行效率非常高，但是开发效率即人的工作效率是极为低下的，我前面提到的我的朋友Igor Sysoev，设计Nginx这个世界上跑的最快的Web服务器，也是花了十年的时间才做到了今天这个样子，真可谓十年磨一剑。所以开发一些一般的应用程序，而不是系统级的应用程序的话，我认为使用C不是一个理想的选择，当然也可以用C写，理论上没有问题，但是实际的开发效率是极为低下的，这里我提醒各位创业者密切关注这个特点。