你所不知道的 C 语言: 开发工具和规格标准

Linux 核心作为世界上最成功的开放原始码计划，也是 C 语言在工程领域的瑰宝，里头充斥则各种“艺术”，往往会吓到初次接触的人们，但总是能够使用 C 语言标准和开发工具提供的扩展 (主要是来自 gcc 的 GNU extensions) 来解释。

工欲善其事，必先利其器

• 原文地址

If I had eight hours to chop down a tree, I’d spend six hours sharpening my axe.

—— Abraham Lincoln

语言规格: C89/C90 -> C99 -> C11 -> C17/C18 -> C2x

C vs C++

C is quirky, flawed, and an enormous success. Although accidents of history surely helped, it evidently satisfied a need for a system implementation language efficient enough to displace assembly language, yet sufficiently abstract and fluent to describe algorithms and interactions in a wide variety of environments. —— Dennis M. Ritchie

• David Brailsford: Why C is so Influential - Computerphile

• Linus Torvalds: c++ in linux kernel

And I really do dislike C++. It’s a really bad language, in my opinion. It tries to solve all the wrong problems, and does not tackle the right ones. The things C++ “solves” are trivial things, almost purely syntactic extensions to C rather than fixing some true deep problem.

• Bjarne Stroustrup: Learning Standard C++ as a New Language [PDF]

• C++ 标准更新飞快: C++11, C++14, C++17, …

从 C99, C++98 开始，C 语言和 C++ 分道扬镳

in C, everything is a representation (unsigned char [sizeof(TYPE)]). —— Rich Rogers

• 第一個 C 語言編譯器是怎樣編寫的？

介绍了自举 (sel-hosting/compiling) 以及 C0, C1, C2, C3, … 等的演化过程

C 语言规格书

main

阅读 C 语言规格书可以让你洞察本质，不在没意义的事情上浪费时间，例如在某乎大肆讨论的 void main() 和 int main() 问题 🤣

• C99/C11 5.1.2.2.1 Program startup

The function called at program startup is named main. The implementation declares no prototype for this function. It shall be defined with a return type of int and with no parameters:

1

int main(void) { /* ... */ }

or with two parameters (referred to here as argc and argv, though any names may be used, as they are local to the function in which they are declared):

1

int main(int argc, char *argv[]) { /* ... */ }

or equivalent; or in some other implementation-defined manner.

Thus, int can be replaced by a typedef name defined as int, or the type of argv can be written as char ** argv, and so on.

incomplete type

• C99 6.2.5 Types

incomplete types (types that describe objects but lack information needed to determine their sizes).

例如指针类型暗示的就是 incomplete type，通过 struct data * 这个指针类型无法得知 struct data 这个型态所需要占用的空间大小。

规格不仅要看最新的，过往的也要熟悉

因为很多 (嵌入式) 设备上运行的 Linux 可能是很旧的版本，那时 Linux 使用的是更旧的 C 语言规格。例如空中巴士 330 客机的娱乐系统里执行的是十几年前的 Red Hat Linux，总有人要为这些“古董”负责 🤣

GDB

使用 GDB 这类调试工具可以大幅度提升我们编写代码、除错的能力 🐶

• video: Linux basic anti-debug
• video: C Programming, Disassembly, Debugging, Linux, GDB
• rr (Record and Replay Framework)
  • video: Quick demo
  • video: Record and replay debugging with “rr”

C23

上一个 C 语言标准是 C17，正式名称为 ISO/IEC 9899:2018，是 2017 年准备，2018年正式发布的标准规范。C23 则是目前正在开发的规格，其预计新增特性如下:

• typeof: 由 GNU extension 转正，用于实作 container_of 宏
• call_once: 保证在 concurrent 环境中，某段程式码只会执行 1 次
• char8_t: Unicode friendly u8"💣"[0]
• unreachable(): 由 GNU extension 转正，提示允许编译器对某段程式码进行更激进的最佳化
• = {}: 取代 memset 函数调用
• ISO/IEC 60559:2020: 最新的 IEEE 754 浮点数运算标准
• _Static_assert: 扩充 C11 允许单一参数
• 吸收 C++11 风格的 attribute 语法，例如 nodiscard, maybe_unused, deprecated, fallthrough
• 新的函数: memccpy(), strdup(), strndup() ——— 类似于 POSIX、SVID中 C 函数库的扩充
• 强制规范使用二补数表示整数
• 不支援 K&R 风格的函数定义
• 二进制表示法: 0b10101010 以及对应 printf() 的 %b (在此之前 C 语言是不支援二进制表示法的 🤣)
• Type generic functions for performing checked integer arithmetic (Integer overflow)
• _BitInt(N) and UnsignedBitInt(N) types for bit-precise integers
• #elifdef and #elifndef
• 支持在数值中间加入分隔符，易于阅读，例如 0xFFFF'FFFF