為什么要學(xué)習(xí)C語言的詳細(xì)分析

這是一本給非計算機(jī)專業(yè)的大學(xué)生的C語言的書?！拔也皇菍W(xué)計算機(jī)的，為啥要學(xué)C語言？”這個問題每年在中華大地都會被問上幾百萬次。被問的對象可能是老師，也可能是師哥師姐。師哥師姐往往也就是故作明了的表情，復(fù)述一遍隱約記得的老師的話。而這些話多半都是比較高瞻遠(yuǎn)矚的，例如“將來可能會用到”，“鍛煉編程思維有好處”，“C語言是學(xué)編程的基礎(chǔ)”等等。這些話沒有錯，所謂“技不壓身”，多學(xué)點兒東西肯定比不學(xué)要有好處。但問題是，如果把學(xué)C語言的精力用來學(xué)學(xué)其它與專業(yè)相關(guān)度更高的東西，是不是會更好呢？既然如此，干嘛還學(xué)C語言呢？

最實在的答案，是***院士的：“誰叫你不幸生在中國了？”

大學(xué)里除了要拿到“畢業(yè)證”和“學(xué)位證”以外，還要過“四級”和“二級”，否則可能會被扣發(fā)兩證，或找工作受阻，難以“落戶”等。這里的二級指的是“全國計算機(jī)等級考試二級”，是一個面向“程序員”，“考核計算機(jī)基礎(chǔ)知識和使用一種高級計算機(jī)語言編寫程序以及上機(jī)調(diào)試的基本技能”的考試。雖然社會只需要少量的人會編程序，但莫名其妙的是幾乎所有的大學(xué)生都想（或被要求）過二級，導(dǎo)致程序設(shè)計課程成為了必修課。

二級考試可選的語言包括C、C++、Java、Delphi、Visual Basic、Visual FoxPro和Access。為什么偏偏要學(xué)最古老的C呢？這里的原因復(fù)雜多樣，每個學(xué)校都有各自的解讀，就不一一列舉了?？傊袊欢ㄊ鞘澜缟稀罢J(rèn)識”C語言的人口最多的國家，二級考試功不可沒。

反正既然此課已開，不學(xué)也不行，精力已經(jīng)搭上，就還是認(rèn)真了解一下C語言吧。雖然有些無奈，但好在C語言確實是一個有趣的家伙，而且越了解越覺得有趣。如果不信，請往下看……

游戲、黑客和C語言

1969年的美國貝爾實驗室，是當(dāng)時科技界的夢工廠，集結(jié)著世界上最富創(chuàng)造力的科學(xué)家和工程師，包括數(shù)位諾貝爾獎獲得者，他們一起創(chuàng)造了無數(shù)影響著全人類的發(fā)明。比如數(shù)碼相機(jī)的核心——CCD就是那一年在貝爾實驗室誕生的。

這幫家伙的成就貌似高不可攀，但其實也都是凡人，在某些方面和我們也是非常相似的。比如當(dāng)他們見到一臺強(qiáng)大的計算機(jī)時，心里最先想到的也是用它來玩游戲。那個時代，計算機(jī)是大型機(jī)構(gòu)才能擁有的奢侈品，在這上面玩游戲?qū)嵲诒╅逄煳?。但誰在乎呢，追求快樂是最重要的，所以他們?yōu)榱送纯斓赝嬗螒蚨鴽]少動腦筋。

那時候是沒有商業(yè)游戲的，所以想有游戲玩，首先要發(fā)揮DIY精神，自己編。自己編的游戲被別人喜歡，是當(dāng)時最有面子的事情。有一個叫Ken Thompson（以下尊稱為ken）的工程師，26歲，游手好閑，看到阿波羅11號載人登月成功，覺得挺酷，自己也想試試，就設(shè)計了一個叫“Space Travel”的游戲。在游戲中，玩家駕駛著宇宙飛船，在虛擬的太陽系里穿梭，欣賞美景的同時，還可以在各個行星、衛(wèi)星表面降落。這個游戲先是在Mutlics系統(tǒng)上編寫，后來又在GECOS系統(tǒng)上重寫。能運行這兩個系統(tǒng)的機(jī)器都是笨重的大型機(jī)，雖然運算能力出眾，但顯示效果很差，而且機(jī)時費非常高，玩一次，公司要支付75美元（當(dāng)時美國人均月收入大約200美元）。這要是被老板發(fā)現(xiàn)了，可不是鬧著玩的。于是他伙同28歲的同事，Dennis M. Ritchie（以下尊稱為dmr），滿大樓地尋找免費的“游戲機(jī)”。功夫不負(fù)有心人，還真被他們找到了一臺。

PDP-7小型機(jī)，DEC制造，擁有當(dāng)時最先進(jìn)的圖形處理能力。彼時的計算機(jī)主要用來處理數(shù)據(jù)，圖形能力并不太重要，所以PDP-7更多的時候是靜靜地躺著，很少被使用，直到ken和dmr這對骨灰級的玩家發(fā)現(xiàn)了它。

游戲開始了。但是，游戲的運行需要操作系統(tǒng)的支持。PDP-7當(dāng)時還是“裸機(jī)”，沒有能在其上運行的操作系統(tǒng)。偉大的DIY精神再次發(fā)揮作用，他倆挽起袖子開始為PDP-7編寫操作系統(tǒng)，并給這個系統(tǒng)起了一個名字——Unix。直到今天，Unix仍然是最被信任的操作系統(tǒng)，它既支撐著軍隊、政府、電力、電信和銀行等大型機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵業(yè)務(wù)，也是蘋果Mac系列電腦的動力之源，甚至iPhone、iPod Touch的魅力也部分拜其所賜。

Unix起初是用匯編語言編寫的，那是一種更接近機(jī)器而不是人的語言。計算機(jī)能直接讀懂的語言叫機(jī)器語言，它所有的語句都是由“0”和“1”兩個數(shù)字構(gòu)成的，根本就不是給人看的。當(dāng)最后一個機(jī)器語言程序員瘋掉以后，人們終于開始琢磨怎么讓計算機(jī)認(rèn)識人語?；舅悸肥亲鲆粋€翻譯程序，直接把人語翻譯成機(jī)器語言。這種翻譯程序被命名為“編譯器”。但是直接理解人語太難了，直到現(xiàn)在還沒能實現(xiàn)，所以就折中一下，設(shè)計一種盡量接近人語，還能被精確翻譯為機(jī)器語言的語言。這種語言就是我們常說的編程語言，學(xué)編程的過程，其實就是學(xué)用編程語言說話給編譯器聽的過程。第一種編程語言肯定是最接近機(jī)器而遠(yuǎn)離人類的，它就是匯編語言。雖然看上去有幾分像人語，比如加法叫“ADD”，減法叫“SUB”，但它的語法完全是機(jī)器的，每一行語句都和一條機(jī)器指令嚴(yán)格對應(yīng)，這個特點使得針對一種計算機(jī)編寫的匯編程序不能在另一種計算機(jī)上使用，因為這兩種計算機(jī)的機(jī)器語言是不同的。用專業(yè)術(shù)語來說，匯編語言缺少“可移植性”。

Unix的優(yōu)雅加上Space Travel的吸引力，使很多人希望他們的計算機(jī)上也能安裝Unix，玩玩Space Travel。于是ken和dmr決定改用高級語言編寫Unix，這樣它就可以在更多類型的機(jī)器上運行。

高級語言是除了機(jī)器語言和匯編語言以外幾乎所有編程語言的統(tǒng)稱。它的特點是更接近人語，而與機(jī)器語言基本沒有瓜葛。不同的高級語言編譯器可以把同樣的代碼翻譯成適應(yīng)不同機(jī)器的指令，因而高級語言大多具有很好的可移植性。

故事講到這里，該這本書的主角——C語言，登場了。決定使用高級語言后，在語言的選擇上，ken和dmr遇到了麻煩。當(dāng)時可供選擇的高級語言有很多，包括直到現(xiàn)在還在被使用的BASIC和Fortran等，但都沒被看上眼。DIY基因再次發(fā)揮作用，他倆決定自己設(shè)計一種好用的高級語言，用來重寫Unix。那一年是1972年，ken繼續(xù)完善Unix，dmr以ken早年設(shè)計的B語言為基礎(chǔ)，開始設(shè)計新語言，兩人一起開發(fā)編譯器。這個新語言被隨隨便便地命名為——C語言。

1983年，因為Unix和C語言的巨大成功，ken和dmr共同獲得了計算機(jī)界的最高獎——圖靈獎。玩游戲玩到這等境界，古今也就只有這兩人吧。

Unix和C，得中其一，便能富可敵國。然而，他倆從一開始就沒有去想申請專利、商標(biāo)、軟件著作權(quán)等法律保護(hù)，而是把所有的一切，包括源代碼，都隨心所欲地到處散播。對他們來說，自己寫的程序有人使用，是最大的快樂，也是最大的財富。也正因為如此，很多機(jī)構(gòu)和個人都能自如地為Unix和C做貢獻(xiàn)，極大地促進(jìn)了它們的發(fā)展。

從上面的故事，我們可以發(fā)現(xiàn)他倆的很多可愛之處：做事情以興趣為出發(fā)點，并不在乎未來會怎樣；極富鉆研精神，信奉“自己動手，豐衣足食”；樂于分享，不計回報。他們的這些特點正是正宗“黑客精神”的集中體現(xiàn)。他倆也被奉為黑客圈子里的英雄，甚至是開山鼻祖，大家都尊稱他倆為ken和dmr（必須小寫）。幾十年過去了，黑客圈子里再沒有第二個人敢叫“ken”，這個英語圈里司空見慣的名字。

Unix和C至今仍是年輕黑客被圈子接受前必須苦練的三大技藝之一和之二（之三是隨便一種腳本語言）。由黑客設(shè)計，被黑客推崇，所以C語言自身也處處閃耀著黑客精神的光芒。這種光芒使它能夠永葆青春。

C語言，不老的傳說

最受歡迎的歌一定是被聽得最多的，最受歡迎的語言一定是被用得最多的。C語言現(xiàn)在用得多嗎？在業(yè)界，一般的答案是：如果一件事可以用X語言做，就一定不要用C語言做。

這里的X可以代指任何語言。天啊，這好象是在說“如果可以聽X的歌，就一定不要聽周杰倫的歌”。這是在評價周杰倫還是曾軼可??？

哪個編程語言是最受歡迎的？每個人都會有自己的主觀看法。還是用客觀的數(shù)據(jù)說話吧。

TIOBE在2016年8月公布的程序設(shè)計語言受歡迎程度的趨勢圖（最新的統(tǒng)計圖請訪問上面網(wǎng)址）?？梢钥吹剑珻語言始終處于前兩位，而且最近大有再次奪回第一位的勢頭。

能不用就不用，還如此受歡迎，這就有些讓人費解了。dmr曾經(jīng)說過一句話：“C詭異離奇，缺陷重重，并獲得巨大成功?！币驗樵幃惽矣腥毕?，所以會被盡量避免使用，取而代之的是彌補(bǔ)了這些缺陷的語言；因為確實獲得了巨大成功，所以它至今仍大受歡迎。一個成功的例證是，圖x-x中列舉的當(dāng)今最受歡迎的10種語言，除去C語言，剩下的9種中，有7種都直接使用、間接引用或部分借鑒了C語言的語法（比如，它們語句的結(jié)尾都要有一個“;”），只有Visual Basic和Python的語法里找不到C的影子。憑這等世界第一的影響力，受到歡迎也就在情理之中了，盡管它是那么的讓人愛恨交織。

C語言的愛與恨

C語言設(shè)計原則的第一條是：“信任程序員?！睂Τ绦蛟O(shè)計語言了解不多的人，不會覺得這句話怎樣。但對真正的程序員來說，憑這句話就足以對C語言愛一輩子，愛得死去活來。

C語言一夫當(dāng)?shù)赖哪甏?，計算機(jī)相當(dāng)昂貴，但速度比不上現(xiàn)今的手機(jī)，內(nèi)存都是以KB為單位計算。所以，那時候?qū)Τ绦蜃罨镜囊缶褪切?。C語言完全滿足人們對效率的苛求，精心設(shè)計的代碼可以極大地節(jié)約計算機(jī)資源，又不像匯編語言那樣難用，所以受到程序員的歡迎。后來，硬件越來越便宜，性能越來越高，程序的運行效率已經(jīng)不是追求的主要目標(biāo)，安全性、穩(wěn)定性和是否易于維護(hù)等變得重要起來，C語言的弊端便顯現(xiàn)了。

C語言給程序員最大的發(fā)揮空間，讓他們自由地在代碼中揮灑激情和創(chuàng)意，從不去質(zhì)疑這些代碼是否會帶來危害，因為它“信任程序員”，相信程序員的決定一定是正確的，即便有錯誤，也一定能自己修正。無限制的自由，在某些人的手中是創(chuàng)造力的源泉，而在另外一些人手中，卻能成為混亂的根源。隨著軟件系統(tǒng)規(guī)模的膨脹，需要的程序員越來越多，綜合水準(zhǔn)越來越低，出現(xiàn)錯誤的概率越來越大，而每一個低級的錯誤都可能會引發(fā)大災(zāi)難。很多人把這種亂象產(chǎn)生的原因歸罪于C，開始懷疑它，甚至恨它，卻從不反省自己糟糕的編碼能力。于是有人說，給這匹野馬加上韁繩吧，別讓它再恣意狂奔。但是C拒絕了鎖鏈，于是很多語言穿上C的外衣，自己掛上鎖鏈，站了出來。因為它們看上去很像C，所以大家很容易接受；因為它們掛著鎖鏈，所以它們不再信任程序員，而是指手畫腳地告訴程序員，這件事情該怎么做，那件事情不能怎么做。如果程序員不聽它們的，它們就拒絕工作。這樣亂象解除了，開發(fā)速度加快了，多人合作容易了，錯誤減少了，對程序員能力的需求降低了，因而工資也降低了，老板開心了，業(yè)界繁榮了。平心而論，“一件事情可以用X語言做，就一定不要用C語言做”確實是一個很好的策略，盡管程序員會失去一些自由，但在合法的范圍內(nèi)仍有一定的空間可以發(fā)揮創(chuàng)造力，而且這些創(chuàng)造力很少創(chuàng)造出負(fù)面效果，綜合起來能讓老板、程序員、用戶皆大歡喜。但程序員，尤其是受人尊敬的程序員，他們的血液中天生就充滿著不安分，向往自由的黑客生活，所以他們會一邊撫摸著身上的傷口，一邊懷念那個魯莽卻無往不利的老將軍，懷念在他手下無拘無束的日子，懷念被他激發(fā)出的層層潛能。這個老將軍是程序員心中永遠(yuǎn)的戰(zhàn)神。

C語言教給我們的事

現(xiàn)在，還需要使用C語言的地方大概只限于下面三個領(lǐng)域：

C語言仍然是編寫操作系統(tǒng)的不二之選。它為操作系統(tǒng)而生，能更直接地與計算機(jī)底層打交道，精巧、靈活、高效。最重要的，操作系統(tǒng)的開發(fā)者都是最頂尖的程序員，他們有充足的能力和經(jīng)驗駕馭C語言。

在對程序的運行效率有苛求的地方，比如嵌入式領(lǐng)域，C語言也是首選。不過，嵌入式系統(tǒng)現(xiàn)在的硬件性能也已經(jīng)足夠強(qiáng)大，而功能要求越來越高，所以C語言的生存空間正在縮小。

在需要繼承或維護(hù)已有的C代碼的地方，還需要C語言。有很多影響深遠(yuǎn)的軟件和程序庫最早都是用C開發(fā)的，所以還要繼續(xù)應(yīng)用C。但是，它們中的很多已經(jīng)開始使用其它語言重寫，那些C的代碼早晚有一天會被拋棄。

應(yīng)用面如此窄，學(xué)它能有多大用處呢？

如果單純從“用不上”這個角度得出“學(xué)C語言沒有用”的結(jié)論，是有失公允的。即便對計算機(jī)及相關(guān)專業(yè)而言，C語言的“用處”也不算大。學(xué)習(xí)C語言的意義在于，它為我們打開一扇了解計算機(jī)的窗口。在幾乎做任何事情都離不開計算機(jī)的今天，越了解計算機(jī)也就意味著越能利用好計算機(jī)。

美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)計算機(jī)科學(xué)系前系主任周以真教授在2006年發(fā)表了一篇著名的文章——《計算思維》。文中談到“計算機(jī)科學(xué)的教授應(yīng)當(dāng)為大學(xué)新生開一門稱為‘怎么像計算機(jī)科學(xué)家一樣思維’的課，面向非專業(yè)的，而不僅僅是計算機(jī)科學(xué)專業(yè)的學(xué)生”，這是因為“機(jī)器學(xué)習(xí)已經(jīng)改變了統(tǒng)計學(xué)?！嬎闵飳W(xué)正在改變著生物學(xué)家的思考方式。類似地， 算博弈理論正改變著經(jīng)濟(jì)學(xué)家的思考方式，納米計算改變著化學(xué)家的思考方式，量子計算改變著物理學(xué)家的思考方式”，所以“計算思維代表著一種普遍的認(rèn)識和一類普適的技能，每一個人，不僅僅是計算機(jī)科學(xué)家，都應(yīng)熱心于它的學(xué)習(xí)和運用”。

不過遺憾的是，我們現(xiàn)在還很少有學(xué)校開設(shè)這樣的課程。所以程序設(shè)計課在某種程度上肩負(fù)了傳播計算思維的責(zé)任。這也是對于不需要使用C語言的學(xué)生而言，最大意義之所在。

總之，不管你該不該學(xué)C，適不適合學(xué)C，既然這門課已經(jīng)開了，而且有不錯的老師帶領(lǐng)，那么就好好抓住這個機(jī)會吧，別把時間浪費了。也許一個學(xué)期之后，你會發(fā)現(xiàn)自己在程序設(shè)計方面的天賦，進(jìn)而在這方面努力，最后成為一名受人尊敬的黑客呢。