為什麼要學習和使用C語言？

一、前言

對於理工 科學生來說，這個答案可能很簡單，因為這是一門必修課。而對於程式設計師來說選擇一門程式語言，在某種程度上，對職業生涯的發展會產生重大的影響，所以必須慎 之又慎。那麼，為什麼要選擇一門誕生了將近半個世紀的語言？本文不是老生常談的廢話，如：”C 語言是程式設計的基礎”、”學好 C 語言，走遍天下都不怕”等等，本文力爭詳盡而又有理的回答這個問題，旨在成為最好的為什麼要學習和使用 C 的文章。

二、C 語言

C 語言是由美國 AT&T 貝爾實驗室的研究員 Dennis Ritchie 在 B 語言的基礎上，最初作為改造 Unix 作業系統的開發語言，並伴隨著 Unix 作業系統興起而流行，後來，隨著微型計算機的發展，C 開始被移植到其他作業系統平臺上，成為獨立的程式設計語言。

下圖摘自 TIOBE 程式語言排行榜，過去 30 年 90% 時間裡 C 都是獨領風騷的，僅偶爾被 Java 超越：

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那麼是因為一門語言一直位於排行榜的第一名就該去學習和使用嗎？顯然不是，人云亦云是程式設計師的大忌。為作業系統而生的標籤註定了 C 不可能平庸，實話實說，C 是一門很難學習和使用的程式語言，沒有編譯原理、作業系統和計算機體系結構紮實的基礎知識，根本不可能把 C 學的明白、用的順手。C 作為一門工程實用性極強的語言，提供了對作業系統和記憶體的精準控制，高效能的執行時環境，原始碼級的跨平臺編譯等優點，才是我們必須學習和使用 C 的理由。

同時，幸運的是 C 也是個有趣的東西，對程式設計的認知越深，就會越覺得有意思，我簡單列舉一些 C 的優點：

2.1）結構化設計語言，語法清晰、結構簡單，模組化使得程式的各個部分除了必要的資訊交流外彼此獨立，便於開發、除錯以及除錯。

2.2）運算子多，把括號、賦值、強制型別轉換等都作為運算子處理，靈活使用各種運算子可以實現在其它高階語言中難以實現的運算。

2.3）資料結構豐富，能實現各種複雜的資料型別的運算，引入指標、結構體概念使程式效率更高。

2.4）為作業系統而生，可以像組合語言一樣對位、位元組和地址進行操作，允許直接訪問實體地址對硬體進行操作，把高階語言的基本結構和語句與低階語言的實用性結合起來。

2.5）程式執行效率高，一般比彙編程式生成的目的碼效率低 10%~20%。

2.6）可移植性好，C 語言抽象了針對 CPU 程式設計的細節，能廣泛應用於針對大型作業系統和系統軟體的編寫。

2.7）具備強大的繪圖功能，和 C++ 一樣也可以寫出很優雅的二維、三維圖形和動畫。

有人說，C 是 C++ 的子集，C 能做到的事，C++ 一樣能做到，並且還可以做的更好，如：三大物件導向特性、GUI 程式設計，誠然，我承認在 GUI 程式設計領域 C++ 佔據著絕對的統治地位，至今無人能撼動。但真的有必要用 C++ 來替代 C 完成工作嗎？很多時候 C++ 解決問題的思路真的比 C 更先進嗎？

三、C 和 C++ 比較

寫到這一 段的時候我有一種戰戰兢兢、如履薄冰的感覺，畢竟 C、C++ 是廣大程式設計師都很熟悉東西，打起嘴炮來也是極其恐怖的，其實在關乎信仰的問題上，任何的爭論都是無止境的，也是無意義的。我希望大家不要把大量精力用來爭 論純粹的語言優劣上，而是去思考如何的正確的把事情做好，什麼是正確的做事——快速高效的開發，保障快速穩定的執行，快速簡單的維護。

下圖是嘴炮大神 Linus Torvalds 當年抨擊 C++ 和他周圍那些 C++ 大牛程式設計師們的犀利言辭，其實我個人並不欣賞 Linus 的個人風格，我還是希望大家能心平氣和的談談 C 相比 C++ 的一些優點和現狀：

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3.1）隱式操作：C 簡單直接、結構清晰，每行程式碼都能清楚的被反彙編成相應的語句，系統會嚴格按照你的程式碼去執行。而 C++ 則不盡然，簡單的語句也說不清楚究竟有多少次構造和拷貝，這樣編寫底層程式碼是完全不行的，底層需要精準和嚴格的控制。

3.2） 語言介面：現代軟體工程專案的開發，不但對效能有很高要求，對於語言介面的對接能力也有很高要求，因為偌大的一個專案很少僅使用一種語言來進行開發，對於 底層，C++ 對記憶體和硬體的控制不如 C 簡潔精準；對於很多動態語言和中介軟體，如：PHP、Python 和 Apache、Redis，都受了 C 的很大影響，甚至就是 C 開發出來的東西，對接起來非常方便。沒錯兒，其實 C++ 採用迂迴的方式也能對接的，但是，遠遠不如 C 方便，開發和維護成本非常高。

3.3）硬體層：

3.2.1>分配記憶體：系統加電後執行，經過彙編初始化棧，然後再跳轉到 C 語言的 start_init() 函式去，這時候記憶體分配機制都還沒有建立，C++ 如何定義類？如何例項化物件？

3.2.2>標準庫依賴：C 的所有特性都可以不依賴任何庫執行，如有必要，可以按照特定需求自己編寫庫。

3.2.3>處理器相容：C++ 的類是依賴基地址+偏移地址的定址方式，很多微處理器只有簡單的給定地址定址，不支援一條語句實現 base + offset 的定址機制，很多 C++ 程式碼編譯出來需要更多的指令來運算地址，導致效能下降了太多。

3.4）應用層：C++ 在做應用層尤其是 GUI 程式設計，這是 C++ 的傳統強項，我一直堅持 C 也能優雅的做出影像和動畫，但開發效率確實較 C++ 低很多，最近有個很火的 RUST 語言，號稱是未來唯一能取代 C++ 的程式語言，感興趣的同學可以多關注下。

四、總結

下面我列舉了 10 多個目前熱門的發展方向，粗略的介紹了下列專案裡最常用的程式語言：技術分享

由上圖可知，作業系統、編譯原理、資料結構與演算法等等基礎知識，是深入理解、掌握和靈活運用 C 的重要前提，現階段程式設計師職業生涯超過一半的熱門方向直接或間接與 C 有關，我想，學好 C 的重要性也就不言而喻了。