【CS61c】第二节课：C语言简述(上)

-李慢慢

于 2025-03-05 15:12:13 发布

阅读量761

点赞数 30

文章标签： c语言开发语言硬件架构 risc-v 架构

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/m0_63642416/article/details/145100239

版权

CS61c系列课程学习

本系列博客的分享是基于《CS61c》这门课程进行，主要记录的是我在学习期间的心得和收获。

引言

工欲善其事，必先利其器。——《论语·卫灵公》
我要学计算机体系结构，为什么要学C语言？讲体系结构的课程为什么会在一开始先讲解C语言呢？因为C语言有指针的用法，可以直接操纵内存。而计算机体系结构的一个非常重要的概念，就是内存，在内存中存储数据以及加载数据到内存中。换句话说，C语言是比较底层的，在高级语言中，可以用C语言来窥探体系结构的奥秘。

正文

一、C语言的编译

C语言的编译，是与计算机所选用的体系结构有关的。
就像是用x86编译的C程序，没有办法在RISC-V的架构上运行。

C语言的编译过程：

C compilers map C programs directly into architecture-specific machine code (string of 1s and 0s).
For C，generally a two part process of compiling .c files to .o files, then linking the o.files into executables.
如图所示：

C编译的优势
1、Reasonable compilation time:

enhancements in compilation procedure (Makefiles) allow only modified files to be recompiled.

2、Excellent run-time performance:

generally much faster than Scheme or Java for comparable code.
(because it optimizes for a given architecture)

其实用英文已经可以非常好的表达出 编译的基本概念 了，让我用最经典的三段论总结一下

是什么：C语言程序映射为与体系结构相关的机器码(一堆0和1)
怎么做：将.c文件编译成.o文件，然后再将这些.o文件链接起来，组成可执行文件。
为什么：编译时间合理、运行时性能更好

C语言编译的缺点：

移植困难：在新的指令集架构上需要重构代码
迭代慢：“Change -> Compile -> Run”的更新周期慢

二、C语言的预处理

1、预处理的时机
预处理（C Pre-Processor, CPP），在C语言的编译之前。如图所示：
2、预处理对源代码做什么

用空格取代注释
复制-粘贴（文本替换）

3、预处理的用法
预处理的命令以#开头，最常用的如下：

#include "file.h"      // 头文件
#include <stdio.h>     // 头文件
#define PI (3.14159)   // 宏
#if / #endif           // 条件编译预处理

#include "file.h" 代表，预处理时会优先寻找当前目录下的文件file.h
#include <stdio.h> 代表，预处理时可以直接去C语言的库中寻找<stdio.h>
#define PI (3.14159) 是定义宏，宏就是最简单的复制粘贴。可以通过宏定义一个常量，也可以通过宏定义一个“函数”
#if / #endif 是一对条件编译预处理的关键字。

4、如何看预处理生成什么内容
在编译的时候，在gcc命令后加上-save-temps。
实例分析：

创建一个main.c文件，代码如下：

#include <stdio.h>
#define PI (3.14159)
int main(){
        printf("PI = %f\n",PI);
        return 0;
}

执行命令：gcc -o main -save-temps main.c
-o main 是一个整体，用于产生最终的执行文件，名字为“main”
-save-temps的意思就是，保存编译产生的所有临时文件
产生了main main.c main.i main.o main.s这五个文件
其中，main.i就是预处理之后产生的文件，可以简单看一下。

对于宏的应用，在这里多说一点。

宏可以用来定义一个常数，例如# define PI (3.14159).而在C语言中，
也有另一种方法定义常数：关键字`const``，这个关键字就表示创建一个变量，但是不要改变他。
宏也可以定义一个函数，宏定义的函数与一般定义的函数有什么区别呢？
宏定义的函数相当于是复制粘贴，是最简单快捷的文本替换，没有时间开销，编译器都不会看到你定义的宏，在预处理阶段就已经把文本复制过来了。但是普通的函数，在使用的时候会有调用的时间，也就是说，会有额外的时间去花费在函数的调用上。

三、C语言的简单语法

1、main 函数

语法：int main(int argc, char *argv[])

argc will contain the number of strings on the command line.
The executable counts as one, plus one for each argument.
从零开始，可执行文件是argc的第0个元素

argv is a pointer to an array containing the arguments as strings.

argc与argv的理解

argc是在命令行中字符串的数量，可执行文件也算数，计数从0开始。
argv是一个指向包含命令行参数的数组的指针。

2、int

在遇到想用int的时候，可以考虑用intN_t或intN_t.
(N是一个整数，例如32，即int32_t)。

3、 const

Constant is assigned a typed value once in the declaration; value can’t change during entire execution of program.
例如：const int days_in_week = 7;

在定义变量前面加上const关键字，之后就不能改变这个变量里的值了。

4、enum

Enums: a group of related integer constants.
例如：enum color {RED, GREEN， BLUE};

使用枚举可以让代码变得易读。

5、typedef

Typedef allows you define new types.
typedef uint8_t BYTE;
BYTE b1,b2;

6、struct

Structs are structured groups of variables.

typedef struct {
	int length_in_seconds;
	int year_recorded;
} SONG;

SONG song1;
song1.length_in_seconds =  213;
song1.year_recorded     = 1994;

7、do-while 语法

do {statement} while(expression);

总结

本文根据CS61C的课程内容，根据自己的理解，简要总结了C语言的编译、预处理与简单语法这三部分的内容。由于刚刚学，难免有理解偏差的地方，希望大家批评指正！