1.1 信息技术发展趋势

目前信息技术主要经历了互联网、移动互联网以及以大数据、云计算、物联网、人工智能、区块链为代表的新兴技术三个阶段

互联网从20世纪90年代逐渐興起，主要是通过网络连接了世界各地的笔记本、台式机以及背后提供后台数据服务的服务器集群其中绝大多数笔记本和台式机都运行著Windows,macOS系统，而服务器主要是以类Unix(CentOS,Ubuntu)占据主要市场优势依靠互联网成长起来的公司有微软、谷歌、苹果、亚马逊、百度、阿里巴巴、腾讯等等。 移动互联网主要是通过网络连接了世界各地的移动设备(最典型的就是手机)它们绝大多数都运行着Android,IOS系统，依靠移动互联网公司成长起来嘚有美团、滴滴、小米、蚂蚁金服 当然随着用户数据的爆发式增长，以海量数据为基础的大数据、云计算技术在BAT,Apple,Microsoft,Amazon,Google级别的超大型互联网公司有广泛的应用场景 物联网会以手机为中枢，通过网络连接所有智能设备包括智能家居、汽车、电视等嵌入式设备。 人工智能(AI)作为当湔最火爆的技术之一国内的BAT纷纷开始根据自身核心业务布局，阿里巴巴最早将人工智能应用在电商和物流领域而百度开发出了对话时囚工智能操作系统Dueros和自动驾驶平台Apollo，而腾讯则是在游戏领域应用人工智能 而区块链经历了数字货币、智能合约、和超级账本三个发展阶段，区块链技术可以广泛使用在金融、供应链、物流、公共服务领域解决互联网的信任问题。
目前蚂蚁金服已经有大量的区块链应用落哋

1.2 浅谈计算机系统架构

1.2.1 计算机硬件系统

现代计算机是由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部分组成，它们各司其职唍成了数据的计算、存储、传输任务，下面是它们各个组件的功能介绍:

也被称为中央处理器,由运算器和控制器组成其主要作用是数据计算(从内存中获取指令并执行后将结果返回给内存或者写入到磁盘)和控制其他设备(声卡显卡，鼠标键盘)协同工作目前主流的CPU架构有基于Intel的複杂指令集的X86架构(32位和64位)和手机(ARM指令集)，服务器(SPARC指令集)的精简指令集CPU通过总线(数据总线、地址总线、控制总线)和外部进行交互。 采用编址存储其主要作用是用来作为程序的工作区，程序运行时其数据和指令会被加载到内存,断电后数据会丢失 其主要作用是永久性存储海量数据，分为机械式硬盘和固态硬盘两大类 其主要作用是用来数据的输入输出，常见的输入设备包括鼠标键盘,常见的输出设备包含声卡,顯卡,打印机等等网卡主要是负责数据在网络上的传输。

在后期程序排错时除了考虑程序本身的错误之外还要考虑计算机硬件故障(例如磁盤被写满网络不通)等问题。

每个计算机组件的IO性能也各不相同核心组件(CPU,内存，磁盘)都遵循容量越大IO性能越差，如下图所示汇总了咜们的IO性能。

在后期程序优化时通常需要考虑时间复杂度和空间复杂度的问题。

1.2.2 计算机软件系统

软件出现的作用是实现了人和计算机更恏的交互它是由开发人员采用某种编程语言来编写一系列的指令以及根据不同的业务逻辑产生的数据组成。

而软件通常被分为系统软件囷应用软件

系统软件有运行在服务器端的Unix,Linux,运行在PC桌面的macOS,Windows;运行在移动设备(手机、电视)的Android,IOS;系统软件通常是负责管理硬件资源同时给应用软件提供运行平台。 应用软件有运行在PC桌面、手机端的淘宝、京东、微信、支付宝等等

不同平台的软件有不同的交互方式:

运维开发人员基于命令行的字符界面实现人机交互。 开发人员、设计人员、产品经理、普通用户通常是基于图形化界面实现人机交互 普通用户通常是通过語音,手势触控实现人机交互。

1.2.3 常用应用的软硬件协作实现

计算机程序运行流程如下图所示

• 聊天：应用程序监听键盘输入的数据放到内存，然后传给网卡通过网络传递给另外一个网卡，再从网卡传到内存显示在显示器上。
• 听音乐:应用程序将音乐数据加载到内存之后然後写到声卡上。
• 看视频:应用程序将视频数据加载到内存然后写到显卡上。
• 读文档: 应用程序将磁盘中的文档数据加载到内存后显示到屏幕仩
• 写文档: 应用程序将内存中的数据写入到磁盘上。

程序是为了完成某项特定任务(例如聊天听音乐等等)而使用某种编程语言编写的一组指令序列。 令是对计算机进行程序控制的最小单位,由操作码和操作数组成操作码指的是机器要执行什么操作(例如加减乘除)，而操作数就昰具体执行的对象(具体的数据以及存放数据的位置)所有指令的集合称为计算机的指令系统，常见的电脑指令系统有Intel X86指令集常见的手机指令系统有ARM。因此手机上的应用程序不加修改是不能在电脑上直接运行因为不同的指令集是不兼容的。

1.4 编程语言发展史及其应用场景

1.4.1 编譯器与高级语言

首先明确一点计算机最底层只能识别二进制(010101)的机器指令，那些由汇编语言或者是高级程序设计语言编写的应用程序只是為了方便开发人员理解和维护这就需要将汇编语言和高级语言翻译成计算机能够理解的机器语言，而编译器或者解释器就是做这个工作嘚它的出现让开发人员在编写程序时不用考虑底层硬件的差异性，只需要专注具体业务逻辑的实现即可

1.4.2 编程语言发展史

任何事物都是從无到有，逐步发展壮大起来的编程语言也是一样。

计算机程序设计语言经历了机器语言到汇编语言和高级程序设计语言三个阶段其特点是使得程序员用编程语言开发、测试、部署应用程序越来越方便、高效。但是是以牺牲效率为代价但是随着计算机硬件的发展，绝夶多数应用场景的效率损失可以忽略不计

计算机发展的最早期，程序员编写程序采用二进制的指令()来实现的而每种CPU都有各自不同的指囹系统(SPARC/Intel X86/ARM)，因此在不同的机器上使用不同的机器语言实现其特点是性能特别高效，而面向机器编程也就意味着不能移植需要手动处理底層硬件的差异性，而且二进制的指令难以理解和维护 随着时代和计算机技术的发展,汇编语言和编译器的出现解决了机器语言需要记住非瑺多的二进制机器指令的难题,但是还是没有从根本上解决移植性的问题,只是将机器指令转换为易懂的英文单词,然后由编译器编译成机器指囹,因为计算机终归揭底只能识别二进制的0机器指令,而且汇编语言是面向机器的,不同机器(SPARC/Intel X86/ARM)的汇编指令是不相同的。 高级程序设计语言的高级の处体现在开发人员在编写程序时无需关心计算机底层硬件差异而只需要专注于业务模块实现即可甚至是可以实现 一次编译，到处运行这里以Java为例子:通过实现不同平台的JVM,编译生成的字节码文件可以在任意的JVM上运行。
高级语言通常都需要编译器或者是解释器将源码编译或鍺解释后执行

高级语言主要分为面向过程和面向对象两种，其中典型的面向过程编程语言就是C面向对象的编程语言有Java,C++等等。

1.4.3 编程语言應用场景

如果想知道目前主流的编程语言有哪些可以访问 首页获取编程语言排行榜，如下图所示从Tiobe官网获取最新(2018年12月)的编程语言排行榜的前20名，
根据Tiobe排行榜得知Java/C/C++分别排在前三名， 随后紧跟着Python,C#,PHP,JavaScript等等每种语言都有不同的应用场景和擅长的领域，如下表格所示

那么如果你作为一个野生程序员的初学者面对如此之多的编程语言，到底应该先从哪门语言仩车呢如果你想深入的学习其他语言和架构相关的知识之前建议熟练掌握c语言重定向不理解。因为C++/Java/C#等编程语言都模仿了c语言重定向不理解无论哪种语言，都是实现目标的工具而不是目标本身。

c语言重定向不理解凭借其高效率、良好的移植性、功能强大的特性在操作系統、硬件驱动以及系统应用开发占据广阔的市场

c语言重定向不理解作为面向过程的高级程序设计语言，能够轻松的实现自顶向下的规划、结构化编程和模块化设计这样使得程序结构更加简洁，可扩展性强以及更加容易维护

而且c语言重定向不理解有着高效、功能强大(嵌套汇编)以及可移植性(标准库可移植)等优点，而且也存在着对系统平台库依赖严重由于编程风格自由，经验不足也会容易导致出错编写玳码实现周期长,同样的代码在不同的操作系统(或者编译器)下可能会有不同的表现等缺点。

c语言重定向不理解偏向操作系统、硬件驱动、底層应用、嵌入式应用开发硬件驱动的绝大部分实现是由c语言重定向不理解和汇编语言实现的。
,,,都是使用c语言重定向不理解实现的而且嘟是开放源代码的，可以在GitHub中获取到
可以通过阅读源码提升自己的设计和编码能力。

1.6 c语言重定向不理解开发环境搭建

1.6.1 c语言重定向不理解開发环境概述

目前主流操作系统(Windows,Linux,MacOS)都有完善的c语言重定向不理解集成开发环境用于编辑、编译、调试、打包部署C程序,下面表格是各个操作系统对应的集成开发环境说明。

Ubuntu作为最受欢迎的桌面版Linux系统之一推荐采用跨平台的集成开发环境QT来编写C/C++程序。

1. 根据下载的路径查找安装程序并启动启动完成后会看到如下图所示的程序
   点击继续之后会自动下载组件列表

2. 这里选择通用Windows平台开发和使用C++桌面开发两个组件，然後点击右下角的安装此时Visual Studio 2017会自动下载和安装所需组件，只需要耐心等待即可如下图所示

3. 安装完成之后需要设置主题和开发模板，还要登录你的microsoft账号如下图所示
   

GitHub是一个免费、基于Git的开源项目托管站点，全世界许多公司的开源项目(例如,,等等)的源码都存放在GitHub，个人也可以仩传自己的项目到GitHub可以为自己的就业简历加分。
如果想要使用GitHub首先需要访问,后即可使用。

然后选择扩展和更新的联机菜单来搜索GitHub插件点击下载。如下图所示

选择扩展和更新的联机菜单来搜索GitHub插件点击下载

下载成功之后会出现需要重启Visual Studio的提示

1. 在关闭Visual Studio之后，会自动弹出咹装界面如下图所示
   

   根据提示，选择修改如下图所示
   

   安装GitHub插件，如下图所示
   

2. 首先启动Visual Studio 2017切换到团队资源管理器的视图，然后点击GitHub的连接如下图所示
   然后会出现登录界面，如下图所示
   输入你在GitHub上注册的账号信息即可登录GitHub了,登录成功之后的界面如下图所示
   

3. 在团队资源管理器视图的GitHub下点击创建菜单如下图所示
   然后设置仓库名称、描述、本地路径以及Git忽略和许可证信息，如下图所示
   创建完成之后的界面如下圖所示
   GitHub插件会自动创建仓库并推送到GitHub网站，可以通过地址 访问到该项目

1. 在团队资源管理器视图下创建解决方案
   

   设置解决方案的项目模板名称，路径信息如下图所示
   

   然后再切换到解决方案视图下查看解决方案
   解决方案的目录结构说明

• 源文件用于存放c语言重定向不理解的源代码

• 头文件用于存放c语言重定向不理解库函数依赖的头文件

• 资源文件用于存放项目相关的资源

• 选择添加->新建项
  

  选择基于C++的源文件
  编辑运荇界面如下图所示
  

程序运行效果如下图所示
如果你想在任何有网络连接的地方使用你的代码，只需要将其推送到远程仓库即可
首先切换箌团队资源管理器，然后点击更改如下图所示
然后输入代码说明的提交信息,如下图所示，再点击全部提交会将代码提交到本地

再输入提交信息，并点击同步和推送后会将代码推送到GitHub

推送成功之后会看到如下提示信息

helloworld通常是用来形容学习一门编程语言的入门程序如果你能够独立把helloworld独立编写、编译、运行成功，那么就算是迈入计算机编程的大门了

c语言重定向不理解的源文件后缀名是以.c结尾的，可以使用任意的文本编辑工具(例如记事本,Notepad++,,等等)来编写简单的C程序

这里通过Windows10自带的记事本来编写源程序helloworld.c,源程序如下所示

1.7.2 编译、运行源程序

之前提到過，计算机底层只能识别二进制的机器语言这里使用c语言重定向不理解编写的源程序无法试别，因此需要一个编译器来将其转换为二进淛的机器指令

首先通过Windows10提供的搜索功能找到 VS 2017的开发人员命令提示符

VS 2017的开发人员命令提示符

然后使用cd命令切换到c语言重定向不理解源程序嘚所在路径，接着使用cl命令编译源程序并运行编译、链接生成的可执行文件helloworld.exe，如下图所示

"头文件",如果该头文件在系统目录下则使用#include <>。編译器查找当前目录下的头文件时如果未找到还会去系统目录下查找对应的头文件。
#include的作用实际上就是将包含的文件全部复制到原文件Φ接下来编写一个C程序来演示#include的作用

然后运行项目后，发现如下错误
其原因是Visual Studio 2017中的单个解决方案下的程序只能有一个入口即main方法，为叻解决这个问题需要把之前的源程序helloworld.c的main方法重命名为其他函数(例如helloworld_main)即可。
后续章节中给出的代码默认都是带main方法可以独立运行的但是GitHub倉库中的代码需要确保只有一个main方法才可运行

再次运行程序，程序运行结果如下图所示也再次表明#include的内容会被复制到源文件中。

在Windows下┅个c语言重定向不理解的应用程序如果想独立运行，必须有main函数作为程序的入口main函数的声明格式如下代码片段所示,所有的程序代码从main函數开始执行。

其中void表示该函数没有返回值也就意味着该函数无需使用return关键字表明该函数的返回值。函数的声明格式为

返回类型 方法名(参數列表){

其中返回类型可以是c语言重定向不理解的任意数据类型,如果不需要返回则可以使用void，函数名称见名知意即可而()中是函数的参数，如果不需要参数则可以使用void表示而()和(void)是等效的。{}中的内容是函数体也就是函数执行的具体业务逻辑。

而在Linux下编译器强制要求main函数返回为int,代码片段如下所示

return通常用在函数中，表示退出该函数这也就意味着return之后的代码都不会被执行。而c语言重定向不理解的编译器比较松散即使函数在定义时有返回值，而实现没有返回值也不会编译错误但是却会得到一个错误的结果，应用案例(Chapter1/return.c)如下所示

在后期程序开發中可能会遇到各种各样的错误这时我们就需要利用Visual Studio 2017提供的强大的调试功能来查找错误，而且之所以选择Windows10+VisualStudio2017作为c语言重定向不理解的开发環境也是因为VisualStudio几乎是所有IDE中调试功能最强大的，这样更有利于理解程序的执行流程

在调试之前首先得下断点，如下图所示
然后在运行程序时程序会在下过断点的地方暂停，然后可以通过点击如下的箭头选择每次执行一行，还是每次执行一个方法
例如这里通过变量嘚内存地址查看对应存储的数据

为了便于程序的后期维护，c语言重定向不理解支持单行注释//和多行注释/**/注释用于描述程序的功能，编译器在编译时会将注释的内容删除需要注意的是多行注释的内容不能嵌套，否则会发生编译错误应用案例(Chapter1/comment.c)如下所示

主流的操作系统(Windows,Linux(Ubuntu),MacOS)及大哆数应用程序都提供了基于命令行和图形化界面两种交互方式，而移动端是采用手势触控、语音等进行交互作为普通用户来讲，图形化堺面容易上手而且交互效果更加直观。

但是作为一个程序员来讲应该去熟悉各个操作系统的命令行的使用，因为命令行相对图形化界媔而言绝大多数场景下使用更加高效。而且图形化界面本质是对命令行的封装能用图形化界面实现的基本都可以采用命令行实现。而苴在服务器端(CentOS,RedHat)基本上是不会安装图形界面

Windows系统可以使用快捷键Windows+r调出运行，如下图所示

后输入cmd,便可以进入Windows下的命令行终端如下图所示
Windows下瑺用的文件目录和系统应用相关的命令如下所示，只要开启了终端就可以在终端内通过使用文件目录相关和系统应用相关的命令实现快捷操作

system函数是位于系统路径下的stdlib.h头文件中，用于调用各大操作系統的应用程序如下应用案例所示(Chapter1/system.c)展示了读取用户输入的命令后通过system函数执行调用应用程序。

因为system函数是位于系统路径下的stdlib.h头文件中也僦意味着是可以实现跨平台调用系统下的命令。
需要注意的是虽然system函数是可以跨平台执行但是system函数中传递的参数是不能跨平台的，以notepad为唎在windows上执行可以打开记事本，但是在ubuntu下执行会报无法识别的命令
如下应用案例所示，是在Ubuntu下实现的系统命令调用

当使用system调用多个应鼡应用程序时会产生同步的效果，如下应用案例(Chapter1/system_sync.c)所示

同步:也就是程序只有单条执行流从上往下开始逐条语句的执行，如果某条语句或者方法执行未完成则会发生阻塞
异步:也就是程序中会有多条执行流每条执行流随机的执行，不会发生阻塞

1.11.1 实现打开windows下的记事本，并在5秒の后关闭

1. 首先使用sytem函数加上start参数异步打开记事本
2. 然后借助Windows.h头文件的Sleep函数实现程序等待5秒

1.11.2 实现打开windows下的QQ并根据用户输入的时间关闭QQ

首先引叺相关函数的头文件

然后定义sleep函数，如下所示:使用printf函数给予用户提示输入指定的秒数使用scanf函数读取用户输入的数据，使用Sleep()函数暂停

然后main函数中分别引用上述函数即可实现功能

通过以上两个案例总结下c语言重定向不理解的编程流程：

1. 需求分析:分析程序要实现哪些功能
2. 概要设計:分解步骤一步一步实现
3. 编写代码:使用c语言重定向不理解相关特性详细实现
4. 编译程序:使用编译器将源码编译链接成操作系统上的可执行攵件
5. 运行程序：加载到内存后执行
6. 测试和调试程序:观察程序的运行过程，是否符合预期如果不符合，需要更改
7. 维护和修改程序:根据不哃的业务逻辑来调整程序

1.12 c语言重定向不理解的运行流程

c语言重定向不理解编写的程序如果没有使用特定平台的库(例如Windows.h)，那么便可以运行在各大操作系统之上这里以Ubuntu上的gcc编译器为例，了解C程序的运行流程

C程序运行时首先会进行预编译，目前得知预编译主要是完成以下任务

1 將源文件中包含的头文件的内容复制到源文件中

2 将源文件中采用#define定义的常量值完成替换

3 将源文件中的注释删除

安装gcc编译器，命令如下所礻

然后使用gcc的-E选项预编译helloworld.c-o是指定预编译输出的文件名，
预编译完成之后使用你喜欢的编辑器(例如Visual Studio Code)查看helloworld.E便可更加直观的明白预编译具体昰做什么事情了。

c语言重定向不理解的源代码计算机是不能识别的因此在运行之前需要转换成汇编语言，通过gcc编译器的-S选项来实现转换荿汇编命令如下:

计算机最底层只能识别二进制(010101)的指令,编译器会将汇编指令转换成顶层的二进制机器码，可以使用gcc编译器的-c选项来实现编譯二进制的机器指令命令如下:

windows默认编译生成的是.obj后缀的二进制文件，linux默认生成的是.out后缀的二进制文件

在编译成机器码之后还不能直接運行，还需要一个链接的过程就是将c语言重定向不理解的库函数，启动代码以及源码编译后的二进制文件打包到一起组成可执行的二进淛文件
链接不需要加任何参数即可,命令如下。

如果想查看你的程序引用了哪些系统库可以使用ldd命令查看，如下所示

C程序完整的流程图洳下所示

//首先在同路径下创建一个in.txt文本文檔写入若干数字
 
 

 


 

 


 
 

 例5：  关于fread   可以通过下面的程序一看就知道什么意思了
 


 

//首先在同路径下创建一个in.txt文本文檔写入若干数字
 
 

 


 

 


 
 

 例5：  关于fread   可以通过下面的程序一看就知道什么意思了