计算机创造的奇迹——C语言

一.简介

C语言是一种较早的程序设计语言，诞生于1972年的贝尔实验室。1972 年，Dennis Ritchie 设计了C语言，它继承了B语言的许多思想，并加入了数据类型的概念及其他特性。 尽管C 语言是与 UNIX 操作系统一起被开发出来的，但它不只支持UNIX。 C是一种通用（广泛可用）的编程语言。

程序设计语言实与编译器是一体的，C编译器有著名的GCC（GNU Compiler Collection）等。

广泛应用于底层开发。C语言能以简易的方式编译、处理低级存储器。C语言是仅产生少量的机器语言以及不需要任何运行环境支持便能运行的高效率程序设计语言。尽管C语言提供了许多低级处理的功能，但仍然保持着跨平台的特性，以一个标准规格写出的C语言程序可在包括类似嵌入式处理器以及超级计算机等作业平台的许多计算机平台上进行编译。

C语言是一门面向过程的计算机编程语言，与C++、C#、Java等面向对象编程语言有所不同。C语言的设计目标是提供一种能以简易的方式编译、处理低级存储器、仅产生少量的机器码以及不需要任何运行环境支持便能运行的编程语言。C语言描述问题比汇编语言迅速、工作量小、可读性好、易于调试、修改和移植，而代码质量与汇编语言相当。C语言一般只比汇编语言代码生成的目标程序效率低10%-20%。因此，C语言可以编写系统软件。

当前阶段，在编程领域中，C语言的运用非常之多，它兼顾了高级语言和汇编语言的优点，相较于其它编程语言具有较大优势。计算机系统设计以及应用程序编写是C语言应用的两大领域。同时，C语言的普适较强，在许多计算机操作系统中都能够得到适用，且效率显著。

C语言拥有经过了漫长发展历史的完整的理论体系，在编程语言中具有举足轻重的地位。

二.历史

C语言诞生于美国的贝尔实验室，由丹尼斯·里奇（Dennis MacAlistair Ritchie）以肯尼斯·蓝·汤普森（Kenneth Lane Thompson）设计的B语言为基础发展而来，在它的主体设计完成后，汤普森和里奇用它完全重写了UNIX，且随着UNIX的发展，c语言也得到了不断的完善。为了利于C语言的全面推广，许多专家学者和硬件厂商联合组成了C语言标准委员会，并在之后的1989年，诞生了第一个完备的C标准，简称“C89”，也就是“ANSI C”，截至2020年，最新的C语言标准为2018年6月发布的“C18”。 

C语言之所以命名为C，是因为C语言源自Ken Thompson发明的B语言，而B语言则源自BCPL语言。

1967年，剑桥大学的Martin Richards对CPL语言进行了简化，于是产生了BCPL（Basic Combined Programming Language）语言。

20世纪60年代，美国AT&T公司贝尔实验室（AT&T Bell Laboratories）的研究员肯·汤普森（Kenneth Lane Thompson）闲来无事，手痒难耐，想玩一个他自己编的，模拟在太阳系航行的电子游戏——Space Travel。他背着老板，找到了台空闲的小型计算机——PDP-7。但这台电脑没有操作系统，而游戏必须使用操作系统的一些功能，于是他着手为PDP-7开发操作系统。后来，这个操作系统被命名为——UNICS（Uniplexed Information and Computing Service）。

1969年，美国贝尔实验室的Ken Thompson，以BCPL语言为基础，设计出很简单且很接近硬件的B语言（取BCPL的首字母），并且用B语言写了初版UNIX操作系统（叫UNICS）。

1971年，同样酷爱Space Travel的丹尼斯·里奇为了能早点儿玩上游戏，加入了汤普森的开发项目，合作开发UNIX。他的主要工作是改造B语言，使其更成熟。

1972年，美国贝尔实验室的丹尼斯·里奇在B语言的基础上最终设计出了一种新的语言，他取了BCPL的第二个字母作为这种语言的名字，这就是C语言。

1973年初，C语言的主体完成。汤普森和里奇迫不及待地开始用它完全重写了UNIX。此时，编程的乐趣使他们已经完全忘记了那个“Space Travel”，一门心思地投入到了UNIX和C语言的开发中。随着UNIX的发展，C语言自身也在不断地完善。直到2020年，各种版本的UNIX内核和周边工具仍然使用C语言作为最主要的开发语言，其中还有不少继承汤普逊和里奇之手的代码。 

在开发中，他们还考虑把UNIX移植到其他类型的计算机上使用。C语言强大的移植性（Portability）在此显现。机器语言和汇编语言都不具有移植性，为x86开发的程序，不可能在Alpha、SPARC和ARM等机器上运行。而C语言程序则可以使用在任意架构的处理器上，只要那种架构的处理器具有对应的C语言编译器和库，然后将C源代码编译、连接成目标二进制文件之后即可在哪种架构的处理器运行。

1977年，丹尼斯·里奇发表了不依赖于具体机器系统的C语言编译文本《可移植的C语言编译程序》。

C语言继续发展，在1982年，很多有识之士和美国国家标准协会（ANSI）为了使C语言健康地发展下去，决定成立C标准委员会，建立C语言的标准。委员会由硬件厂商、编译器及其他软件工具生产商、软件设计师、顾问、学术界人士、C语言作者和应用程序员组成。1989年，ANSI发布了第一个完整的C语言标准——ANSI X3.159-1989，简称“C89”，不过人们也习惯称其为“ANSI C”。C89在1990年被国际标准化组织（International Standard Organization，ISO）一字不改地采纳，ISO官方给予的名称为：ISO/IEC 9899，所以ISO/IEC9899:1990也通常被简称为“C90”。1999年，在做了一些必要的修正和完善后，ISO发布了新的C语言标准，命名为ISO/IEC 9899:1999，简称“C99”。 在2011年12月8日，ISO又正式发布了新的标准，称为ISO/IEC9899:2011，简称为“C11”。

2018年6月，ISO发布了ISO/IEC9899:2018，简称“C18”（或“C17”） 。C18标准没有引入新的语言特性，只对C11进行了补充与修正。

2022年9月3日，ISO于Open Standards（计算机标准开放组织）网站上发布了新的C语言标准定稿，称为 ISO/IEC 9899:2023，简称“C23”

三.特点

C语言是一种结构化语言，它有着清晰的层次，可按照模块的方式对程序进行编写，十分有利于程序的调试，且c语言的处理和表现能力都非常的强大，依靠非常全面的运算符和多样的数据类型，可以轻易完成各种数据结构的构建，通过指针类型更可对内存直接寻址以及对硬件进行直接操作，因此既能够用于开发系统程序，也可用于开发应用软件。通过对C语言进行研究分析，总结出其主要特点如下：

（1）简洁的语言

C语言包含的各种控制语句仅有9种，关键字也只有32个，程序的编写要求不严格且以小写字母为主，对许多不必要的部分进行了精简。实际上，语句构成与硬件有关联的较少，且C语言本身不提供与硬件相关的输入输出、文件管理等功能，如需此类功能，需要通过配合编译系统所支持的各类库进行编程，故c语言拥有非常简洁的编译系统。

（2）具有结构化的控制语句

C语言是一种结构化的语言，提供的控制语句具有结构化特征，如for语句、if...else语句和switch语句等。可以用于实现函数的逻辑控制，方便面向过程的程序设计。

（3）丰富的数据类型

C语言包含的数据类型广泛，不仅包含有传统的字符型、整型、浮点型、数组类型等数据类型，还具有其他编程语言所不具备的数据类型，其中以指针类型数据使用最为灵活，可以通过编程对各种数据结构进行计算。

（4）丰富的运算符

C语言包含34个运算符，它将赋值、括号等均视作运算符来操作，使C程序的表达式类型和运算符类型均非常丰富。

（5）可对物理地址进行直接操作

C语言允许对硬件内存地址进行直接读写，以此可以实现汇编语言的主要功能，并可直接操作硬件。C语言不但具备高级语言所具有的良好特性，又包含了许多低级语言的优势，故在系统软件编程领域有着广泛的应用。

（6）代码具有较好的可移植性

C语言是面向过程的编程语言，用户只需要关注所被解决问题的本身，而不需要花费过多的精力去了解相关硬件，且针对不同的硬件环境，在用C语言实现相同功能时的代码基本一致，不需或仅需进行少量改动便可完成移植，这就意味着，对于一台计算机编写的C程序可以在另一台计算机上轻松地运行，从而极大的减少了程序移植的工作强度。

（7）可生成高质量、目标代码执行效率高的程序

与其他高级语言相比，C语言可以生成高质量和高效率的目标代码，故通常应用于对代码质量和执行效率要求较高的嵌入式系统程序的编写

C语言是普适性最强的一种计算机程序编辑语言，它不仅可以发挥出高级编程语言的功用，还具有汇编语言的优点，因此相对于其它编程语言，它具有自己独特的特点。具体体现为以下三个方面：

其一，广泛性。C语言的运算范围的大小直接决定了其优劣性。C语言中包含了34种运算符，因此运算范围要超出许多其它语言，此外其运算结果的表达形式也十分丰富。此外，C语言包含了字符型、指针型等多种数据结构形式，因此，更为庞大的数据结构运算它也可以应付。

其二，简洁性。9类控制语句和32个关键字是C语言所具有的基础特性，使得其在计算机应用程序编写中具有广泛的适用性，不仅可以适用广大编程人员的操作，提高其工作效率，同时还能够支持高级编程，避免了语言切换的繁琐。

其三，结构完善。C语言是一种结构化语言，它可以通过组建模块单位的形式实现模块化的应用程序，在系统描述方面具有显著优势，同时这一特性也使得它能够适应多种不同的编程要求，且执行效率高。

缺点

1.C语言的缺点主要表现为数据的封装性弱，这一点使得C在数据的安全性上有很大缺陷，这也是C和C++的一大区别。

2.C语言的语法限制不太严格，对变量的类型约束不严格，影响程序的安全性，对数组下标越界不作检查等。从应用的角度，C语言比其他高级语言较难掌握。也就是说，对用C语言的人，要求对程序设计更熟练一些。

四.C语言的伟大

C语言的历史地位和影响

C语言由丹尼斯·里奇（Dennis Ritchie）于1972年在贝尔实验室设计并实现。它是UNIX操作系统的关键开发者，并与肯·汤普逊共同获得了1983年的图灵奖。C语言不仅在操作系统开发中发挥了重要作用，还对后续的编程语言如C++和Java产生了深远影响‌。

C语言的应用广泛性

C语言因其高效性和可移植性，被广泛应用于底层开发、操作系统、嵌入式系统、系统软件等领域。许多现代编程语言和工具的底层实现都依赖于C语言，例如Linux内核、Git版本控制系统等。此外，C语言在三维图形和动画、单片机及嵌入式系统开发中也有广泛应用‌。

C语言的技术特性

C语言是一种通用编程语言，具有高级语言的特点和低级语言的灵活性。它可以直接操作硬件，进行系统级编程，这使得C语言在需要高性能和资源受限的环境中表现出色。尽管C语言没有垃圾回收机制，需要手动管理内存，这使得编程复杂度增加，但也正是这种特性使得C语言能够提供更直接的控制和更高的执行效率‌。