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C语言三分钟：Hello, world!

Hello, World!

学会下面Hello, World!，C语言基本上就已经入门80%。

1#include <stdio.h>
2
3int main(){
4    printf("Hello, World!\n");
5    return 0;
6}

从上面的代码，得到命令行、终端输出Hello, World!，是计算机的一小步，是程序员的一大步！

因为这个简单的程序，包含了C语言的大部分要素：

  • 源文件：代码
  • 编译、链接
  • 头文件、库文件
  • 函数定义，函数返回值，
  • 程序入口函数
  • 函数调用
  • 函数的变长参数
  • C语言字符串常量

软件开发

程序开发流程

任何一个程序设计语言的应用过程，大概可以分为两部分，涉及主要是两方。我们假设一方是艾力一方是囧。大概整个过程就是下面这样：

sequenceDiagram
    Alice-)John: 要有一个机器人帮我完成xxxxx。
    John->>Alice: 好的！
    John->>John: 程序开发
    John->>Alice: 程序发给您了！
    Alice->>John: xx文件第x个字符从A改成C！
     John->>Alice: 好的！
    John->>John: 程序开发
    John->>Alice: 程序发给您了！   
    Alice-)John: 程序收到，再见！

程序开发中，委托方和开发方形成一对张力。委托方有功能需求，开发方评估和设计功能需求的实现；委托方评估功能需求的满足程度，开发方对功能需求的实现进行修正和完善。

所以：张力在哪里？

这个过程中，需求的确认、需求的实现、需求实现的评估、需求实现的完善，必然是一个需要人深度参与的、反复迭代的过程。程序设计的大部分问题，根本就不是用某个语言开发的问题，大部分时候是一个以需求为中心的人-人交互过程。

所以，我们可以常常看到，最成功的程序设计产品，是那些有人愿意付钱的产品，而不是那些开发得最漂亮的产品。

软件开发角度的Hello, World!

艾力：我要开发一个软件，跟世界问好！预算5毛钱。

阿囧：你是不是要在终端打印出Hello, World!？

艾力：就没有更加酷炫的？比如天边传来一声巨响：Hello, World!？

阿囧：得加钱。

艾力：那就在终端打印Hello, World!。

阿囧：你运行的操作系统是什么？终端要用什么终端？命令行输入什么要求？

艾力：一般使用Ubuntu，用bash，要求输入命令hello，最好能适配常用操作系统和终端。

阿囧：常用的操作系统包括哪些？

艾力：就是那些大部分有人用的操作系统，包括但不限于windows，unix，macos。

阿囧：得加钱。

艾力：那就Ubuntu。

开发最重要的就是限定边界、明确开发目标。用户和软件开发都不能单独确定开发目标。通常的相互不满意就是因为交流不够充分，意见表达不够明确，迭代次数和深度不够。一旦开发目标清晰起来，并得到双方的认可，事情就会变得超级简单。其实，大部分时候，用户对软件的设计和开发并不一定关心。

从这个角度来看，Hello, World！这个传奇任务的开发目标就是：

  • 在终端提供一个可执行程序（可调用的命令）
  • 这个命令会在终端打印"Hello, World!"

上面这个说法太过于无聊。但其实，这个程序在程序开发中有非常重要的目标和作用。

程序开发角度的Hello, World!

这两个单词组成的简单句子最早可以追溯到无线电时代，William Williams在1950年代把这个作为无线电发报中的流行语。

程序开发领域引入这个短语归功于Brian Kernighan，大家都知道的大boss。据说是在B语言或者BCPL（1967）年中首先编了这个程序（输出Hello， World！）作为示例，在1972年出版的《编程语言B》是这个例子的首次公开出版。其后，Brain在《Programming in C》（1974）中再次包含了这个例子。但是这两次出版都没有太大水花。直到1978年C语言发布后，在《The C programming language》这本跟Dennis Ritchie合著的书中包含的这个例子，随着C语言大放异彩也被广为人知。

后续开发的语言也开始这样玩，这个玩意慢慢就成了文化梗，越来越流行。毕竟，每个编程语言都有一个取代C语言的梦想，虽然可能性不大，但是梦想吧，还是应该有的。

main( ) {
    extern a, b, c;
    putchar(a); putchar(b); putchar(c); putchar('!*n');
}

a 'hell';
b 'o, w';
c 'orld';

get "streams.d"
external
[
Ws
]

let Main() be
[
Ws("Hello World!*N")
]

这两个分别就是B语言和BCPL的。

程序开发流程

编译型语言程序开发

所以，秃头C语言程序员囧在被委托进行程序开发中，C语言程序开发活动主要有四个：

  • 编辑源代码
  • 编译链接
  • 调试运行
  • 交付
stateDiagram-v2
    [*] --> 编辑
    编辑 --> 编译链接
    编译链接 --> 调试运行
    调试运行 --> 编辑 : 不满足要求
    调试运行 -->交付 : 满足要求 
    交付 --> [*]

编辑

编辑C语言代码的工具，论坛里经常也要吵成一片，就像是最好的语言PHP。信仰粉们总觉得自己的工具是最好用的。当然C语言大概率可能获取是Vim或者Emacs编辑的居多……我都是用vs code和clion。绝不参与关于那个编辑器好的讨论。

这里可以看到，C语言的源程序存储为.c的文本文件，早期的编译器仅支持ASCII编码，现在什么UTF都是支持的。

C语言程序还包括另外一个后缀的文件，.h头文件，这个文件包含的是宏、变量定义、函数签名。

比如在Hello, World!中，通过#include<stdio.h>引入标准库中的一个标准输入输出文件，这样，我们在下面就能使用printf把文本输出到终端。

这是C语言一个重要的组织形式的概念：文件。当然，文件在Linux/Unix中是最为基础的概念之一。一大堆工具被用于读、写文件，或者说，几乎所有的活动都不同程度地表现为读写文件。

编辑完，得到helloworld.c，接下来就是编译链接。

编译链接

上次说到，C语言依然如此活跃和重要，就是因为C语言牢牢占据比汇编语言高一点点的生态位，使得系统开发、嵌入式开发完全没办法避开，各种不同的厂家都选择按照C语言的接口来提供API，各个硬件体系架构，C语言编译器的开发也都是优先级非常高的任务。

编译器，就是把编辑得到的源代码.c文件和库文件链接构成某个硬件平台可以直接执行的机器码的工具。这个过程可能会分为很多个步骤，完成整个工作可能需要的是一个工具链（Toolchain）。最好玩的就是有些语言，甚至是先编译成C语言，然后再调用C语言编译工具链完成到机器码的转换。

在GNU Linux，就是gcc，在Windows，就是cl.exe，MacOS我不知道，没用过……

一般而言，这个过程也很简单，就是：

1gcc helloworld.c -o hello

其他工具链大同小异。

这个部分，传统上采用make工具来管理整个编译过程。现在也有采用cmake、ninjia等来完成。

当然这里有一个很好玩的讨论，就是怎么没有抱怨C语言的依赖管理问题。其实C语言在Liunx下面，其依赖管理就是操作系统的分发工具，例如apt,yum这些，因为C语言的依赖库多半都由操作系统直接分发，非常方便。

调试运行和交付

调试运行和交付是软件开发流程可能是最耗费时间的步骤。因为前期的开发目标和艾力的功能需求，通常会模糊不清、描述含糊、随着时间推移变化。所以，调试运行和交付通常由非常坑人和非线性的迭代过程。

所以Zig之禅说：

  • Communicate intent precisely.
  • Edge cases matter.
  • Favor reading code over writing code.
  • Only one obvious way to do things.
  • Runtime crashes are better than bugs.
  • Compile errors are better than runtime crashes.
  • Incremental improvements.
  • Avoid local maximums.
  • Reduce the amount one must remember.
  • Focus on code rather than style.
  • Resource allocation may fail; resource deallocation must succeed.
  • Memory is a resource.
  • Together we serve the users.

第一条就是意图要准确地交流。

当然，从根子上来说，所谓的Hello, World!也可以看做是一个冒烟测试（Smoke Test）。

这个你好世界测试可以迅速确定：

  • 编译器工具链安装正确
  • C语言标准库包含、链接正常
  • C语言版本支持正常
  • 入口函数支持正常

结束语

C语言从它第一次说出你好世界到现在，已经完全成为计算机科学、信息工程、电子电器的基础设施和基石。无论想学什么，都有必要大概了解或者深入学习C语言。

说真的，很简单，Helloword的行数才仅仅五行。

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