《C语言从零到系统编程》

《C语言从零到系统编程》

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1. 环境搭建

1.1 编译器安装

• Windows: 安装 MinGW-w64 或 Visual Studio Community（含MSVC编译器）。
• Linux: 使用包管理器安装GCC：

  sudo apt install gcc   # Debian/Ubuntu  
  sudo yum install gcc   # CentOS  
  

• macOS: 安装Xcode Command Line Tools：

  xcode-select --install  
  

1.2 IDE配置（以VS Code为例）

1. 安装扩展：C/C++、Code Runner。
2. 创建 hello.c 文件，输入以下代码：

   #include <stdio.h>  
   int main() {  
       printf("Hello, System Programming!\n");  
       return 0;  
   }  
   

3. 按 Ctrl+Alt+N 运行代码，观察输出。

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2. 基础语法与数据类型

2.1 变量与运算符

int age = 25;  
float price = 19.99;  
char grade = 'A';  

// 位运算示例  
int a = 5; // 0101  
int b = 3; // 0011  
int c = a & b; // 0001 (1)  

2.2 控制结构

// if-else  
if (age >= 18) {  
    printf("Adult\n");  
} else {  
    printf("Minor\n");  
}  

// 循环  
for (int i=0; i<5; i++) {  
    printf("%d ", i); // 0 1 2 3 4  
}  

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3. 函数、结构体与指针

3.1 函数与指针

// 交换两个数的函数  
void swap(int *a, int *b) {  
    int temp = *a;  
    *a = *b;  
    *b = temp;  
}  

int main() {  
    int x = 10, y = 20;  
    swap(&x, &y);  
    printf("x=%d, y=%d\n", x, y); // x=20, y=10  
}  

3.2 结构体与动态内存

typedef struct {  
    char name[50];  
    int age;  
} Person;  

Person *p = malloc(sizeof(Person));  
strcpy(p->name, "Alice");  
p->age = 30;  
free(p); // 必须手动释放！  

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4. 文件操作与动态内存管理

4.1 文件读写

FILE *file = fopen("data.txt", "w");  
if (file != NULL) {  
    fprintf(file, "Hello File!\n");  
    fclose(file);  
}  

// 读取文件  
char buffer[100];  
file = fopen("data.txt", "r");  
fgets(buffer, 100, file);  
printf("%s", buffer); // Hello File!  

4.2 动态数组实现

int *arr = malloc(5 * sizeof(int));  
arr[0] = 10;  
arr = realloc(arr, 10 * sizeof(int)); // 扩容至10元素  
free(arr);  

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5. 系统调用入门（Linux示例）

5.1 进程创建（fork）

#include <unistd.h>  
#include <sys/types.h>  

int main() {  
    pid_t pid = fork();  
    if (pid == 0) {  
        printf("Child Process\n");  
    } else {  
        printf("Parent Process\n");  
    }  
    return 0;  
}  

5.2 执行外部命令（exec）

#include <unistd.h>  

execlp("ls", "ls", "-l", NULL); // 执行 ls -l  

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6. 实战：实现一个简易Shell

代码框架

#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>  
#include <string.h>  
#include <unistd.h>  
#include <sys/wait.h>  

#define MAX_INPUT 1024  

int main() {  
    char input[MAX_INPUT];  
    while (1) {  
        printf("mysh> ");  
        fgets(input, MAX_INPUT, stdin);  
        input[strcspn(input, "\n")] = '\0'; // 去除换行符  

        pid_t pid = fork();  
        if (pid == 0) {  
            // 子进程执行命令  
            execlp(input, input, NULL);  
            exit(0);  
        } else {  
            wait(NULL); // 父进程等待  
        }  
    }  
    return 0;  
}  

运行效果

mysh> ls  
hello.c  data.txt  mysh  
mysh> pwd  
/home/user/code  

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7. 下一步学习建议

1. 扩展Shell功能：添加管道（|）、重定向（>）支持。
2. 深入学习系统编程：阅读《UNIX环境高级编程》。
3. 参与开源项目：贡献Linux工具（如coreutils）的小功能。

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GitHub参考仓库：simple-shell（包含完整代码与扩展练习）

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这篇文档通过从环境搭建到实战项目的完整路径，帮助读者理解C语言如何与操作系统交互。下一步可根据需求深入文件系统、信号处理等主题。