前言

为什么要写这本书

本人在2001年上了大学本科，读计算机科学与技术专业。在第一年的上半学期，对计算机编程还没什么感觉。但是就在考“C语言程序设计”这门专业课的前一个月，感觉这门课学了那么久几乎什么都不会，可把我急坏了。然后就在这短短一个月的时间里又是看书，又是上机实验，终于考了70多分，算是过关了……不过奇怪的是在考试结束后，就发现自己对编程有了感情。到了大二，我们上“数据结构”所使用的教材是基于C++编程语言的，因为之前没学过C++语言，所以只能自学。而在这个过程中，我发现自己对编程更加热爱。在上完大三之后，我在暑假里又把之前的C语言重新巩固一番。有了计算机组成、操作系统、汇编语言、数据结构等知识积淀之后再去看C语言编程就感觉容易多了。我也是由此喜欢上了C编程语言。

10年之后，发现国内市面上很多C语言参考书仍然显得非常陈旧。不仅基于古老的C89/90标准，而且还在用Visual C++ 6.0这种既收费又老旧的开发环境教学生。对于比较新的C99标准的讲解屈指可数，更鲜有针对最新的C11标准的书籍。出于对C语言的热爱，在此热切希望能把最新标准的C语言奉献给各位读者，也想把C语言的方方面面讲透并且能讲得通俗易懂，方便读者去思考实践，所以这也是我写这本书的主要原因。当各位阅读完本书之后，会发现C语言竟然如此强大！而且在大部分时候，尤其是我们想集中注意力解决某个特定问题的时候，使用C语言要比用其他一些基于面向对象的类C编程语言（比如C++、Java等）要直观得多！

本书之所以叫“C语言编程魔法书”，是因为像“宝典”、“圣经”之类的词已经被用滥了。再者，C语言本身就拥有极其强大的魔力，你能用它做几乎所有的事情。而且几乎每一个C语言编译器都能内联汇编语言，或者与C++、Objective-C直接兼容，而对于像Java、C#、Python等许多编程语言也有相应的接口。所以，我认为C语言在计算机编程语言领域中就好比数学在自然科学中的地位和作用，它是很多编程语言的基础，而且很多编程语言的编译器或解释器也都是基于C语言来写的。

就在2015年2月，Khronos标准组织发布了最具现代化的图形API——Vulkan，其主机端接口用的API是纯C语言。此外，像OpenGL、OpenCL、OpenAL、OpenVG等开放标准都基于纯C语言。此外，最近10年来TIOBE每月的编程语言排名，C语言排名始终能进前两名，也能说明它的使用范围之广，而且许多开源项目也多多少少会使用C语言来编写。况且学了C语言之后，再学习C++、Java等面向对象编程语言也会轻松很多。尤其像C++和Objective-C，没有C语言基础是完全不行的。所以个人十分推荐计算机系的大学生将C语言作为自己的计算机入门编程语言！

本书特色

从技术层面上讲，本书介绍了C语言的最新标准，即ISO/IEC 9899:2011。同时，也介绍了主流开源C语言编译器GCC与Clang对标准C语言语法的扩充。而且所基于的编译器和开发环境也是比较新的Visual Studio Community 2017、GCC 5，以及Clang 3.8（Apple LLVM 8.0，基于Xcode 8）。

从适合读者阅读和掌握知识的结构安排上讲，本书分为“预备知识篇”、“基础语法篇”、“高级语法篇”，以及“语法扩展篇”，还有最后的“项目实践篇”。从基础到高级，循序渐进地为读者描述C语言编程方法。本书尤其着重C语言标准语法上的精确描述，通过许多代码片段给读者介绍各种C语言语法知识，并且能反映出C语言的灵活性以及在使用上的约束。

本书推崇读者使用合法免费的C语言编译器以及集成开发环境，希望读者能有正确的软件版权意识，这样才能更好地为我国软件事业增添光彩，为打造良好的应用市场以及生态环境作出贡献。因此，本书主要选择使用GCC、Clang这两个主流开源免费的C语言编译器，而集成开发环境（IDE）则采用Visual Studio Community、Eclipse、Xcode这三个常用的免费开发工具，其中，Visual Studio Community不是开源的，而Xcode则是部分开源的。

本书虽然会讲解整个C编程语言，涉及了几乎所有的语法点，但是考虑到本书读者可能是初学C语言，且没有多少计算机专业知识，所以本书措辞会尽量通俗，而不过于追求学术化。某些描述可能会不太严谨，但对于本书所用到的GCC、Clang这两大主流编译器而言将完全适用。另外，考虑到不少读者从事嵌入式系统开发工作，所以对于C语言标准中出现的所谓“由实现定义的”场合会尽量区分情况分别阐明。本书的最终的目的就是让读者至少能熟练掌握C语言编程，能将它灵活地运用于实际工程中。

读者对象

□嵌入式系统开发者

□移动或桌面客户端应用程序开发者

□服务器端应用程序开发者

□系统架构师

□计算机、电子工程、通信专业的大学生

□其他对C语言编程感兴趣的人员

如何阅读本书

本书一共分为四大篇。

预备知识篇（第1～3章），简单描述C语言的概况、学习C语言的预备知识，以及在Windows、macOS和Linux三大桌面环境下搭建编写C环境的方法。

第1章 C魔法概览。主要介绍C语言的来历和演化，用它编写代码的编程模式以及我们可以用于实践的主流C语言编译器。

第2章 学习C语言的预备知识。这一章主要为不太熟悉计算机系统的读者提供一些基础的计算机理论知识和相关概念，比如整数与浮点数在计算机中的表示方法、字符编码格式、按位逻辑计算、移位操作等。

第3章 C语言编程的环境搭建。这一章主要介绍了Windows、macOS以及Linux系统下如何安装并使用主流编译器与集成开发环境。

基础语法篇（第4～11章）讲解C语言的基本语法。这是C语言程序员必须掌握的。

第4章 C语言中的基本元素。这一章描述了C语言中常用字符集以及合法token的构成。此外还介绍了标识符、关键字以及标点符号的使用说明。

第5章 基本数据类型。这一章介绍了整数类型、字符类型、浮点类型数据的表示，以及它们之间的类型转换。此外还描述了对于这些基本数据类型的算术逻辑操作、投射操作以及通过sizeof操作符获取数据类型与对象相应的字节数。

第6章 用户自定义类型。这一章描述了枚举、结构体以及联合体这三种用户自定义类型，并介绍了它们的特性以及各种使用方式。

第7章 C语言的数组和指针。这一章十分关键，也是C语言的语法难点。这里详细介绍了C语言中一维数组与多维数组的表示以及如何对它们进行操作，然后介绍了C语言中的指针类型，详细阐述了指针类型的使用技巧以及需要注意的事项。

第8章 C语言的控制流语句。这一章介绍了C语言的条件语句、选择语句以及循环等控制流语句。

第9章 C语言的函数。这一章介绍了C语言中的函数概念，包括C语言函数的声明及定义，还有C函数的调用。此外还介绍了C语言函数标识符作为表达式时的类型。

第10章 C语言的预处理器。这章包含了目前C11标准中所支持的所有预处理器特性，包括宏定义、预处理条件、预编译指示符与操作符以及C代码的注释。

第11章 C语言的编译上下文。这一章介绍了C语言对象与函数的作用域和名字空间。详细介绍了C语言中的四大作用域以及在不同作用域中的对象的生命周期。此外还介绍了对象与函数的连接属性，包括外部连接和内部连接。

高级语法篇（第12～16章）讲述C语言的一些高级特性。这一部分内容不需要C语言程序员必须掌握，但需要对此有个大概了解。

第12章 C语言中的类型限定符。该章介绍了C11标准中支持的const、volatile、restrict与_Atomic这四种限定符。详细说明了限定符用于修饰含有指针的对象时，在*号的不同位置所起到的不同作用。然后分别介绍这四种限定符的具体含义。

第13章 C语言中的类型系统。这一章把C语言语法体系中的整个类型系统再梳理了一遍。这一章介绍了对于一些复杂类型的对象如何去剖析、理解，然后自己如何去声明自己想要的复杂类型的对象和函数。这一章所描述的其实是整个C语言语法体系的核心，如果大家能掌握的话，那么基本就算是真正掌握C语言了。其实，对于任一强类型的编程语言而言，其系统类型总是扮演着十分重要的角色，我们学习此类语言都需要透彻理解其整个类型系统。

第14章 C11标准中的表达式、左值与求值顺序。该章先介绍了C11标准中各类表达式以及它们的计算优先级。然后介绍了“左值”这个概念，并讲解了表达式之间的求值顺序。

第15章 函数调用约定与ABI。该章与C语言标准并无太大关系，但却与实际项目开发有关。这一章介绍了主流C语言编译器所采用的函数调用约定，然后详细描述了函数调用的过程，包括参数传递和返回值的具体处理。该章对嵌入式系统开发者以及需要将C语言与汇编语言进行交互使用的高性能计算开发者而言，将大为有用。

第16章 创建动态库与静态库。这一章介绍了用主流C语言编译工具构建静态库以及动态库的方法，并介绍如何使用这些库文件。

语法扩展篇（第17～19章）讲述了GCC与Clang编译器对C语言的扩展。

第17章 GCC对C11标准的扩展。该章先简单介绍GNU语法扩展，然后介绍GCC编译器中常用的扩展语法。

第18章 Clang编译器对C11标准的扩展。该章介绍了Clang编译器对C11标准的语法扩展。最后还介绍了Apple开源的Grand Central Dispatch库的简单使用。

第19章 对C语言的未来展望。该章主要介绍了C语言的设计理念以及当前C语言标准委员会的工作组正在为C语言新增的内容，还谈到了哪些特性不会被添加到C语言中去。

项目实践篇（第20～21章），这里通过两个实际的C语言项目来介绍我们如何利用C语言来创作出自己的程序。

第20章 描述了UTF-8编码格式的字符串与UTF-16编码格式的字符串进行相互转换的例子。

第21章 介绍一个看似简单而功能很丰富的基于控制台的计算器程序。

建议零基础的读者要了解第一篇的预备知识，这对于后面深入学习C语言编程很有帮助。另外，这部分读者可以先不用强行看第三篇，尤其是第15章。因为第三篇涉及的知识比较深，而第15章又会直接引入汇编语言，这对于没有一定计算机专业知识的读者会比较难以理解。如果是有一定计算机专业知识的读者可以略过第一篇，直接阅读第二篇。另外，如果是从事嵌入式系统开发的、或从事系统底层开发的资深程序员，建议仔细阅读第三、第四篇，相信这部分内容会对你的工作很有帮助。

勘误和支持

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致谢

首先感谢我的父母和妻子对我写作此书的大力支持，尤其是我妻子在我忙于工作、编写此书时帮忙照顾孩子和做饭。然后感谢我公司老板对我写作此书的鼓舞与期待。

这里还要感谢机械工业出版社华章公司的编辑高婧雅，在一年多的时间里给予我的大力支持和帮助。

最后感谢支持我的技术爱好者，感谢你们对我的支持以及对我的信任。

我想和作者聊聊

为了能更好地与读者进行联系，笔者这里留了一个QQ讨论群。各位如果在阅读此书中有任何疑问可以来本群询问，大家可以一起探讨。各位可以扫一扫下方的二维码，进此群的提示语为：“C语言编程魔法书”，或者查询群号86540289申请入群。

陈轶