前言

• 书目信息
• 致谢
• 关于本书
  • C 的历次修订
  • 本版
  • C 与 C++
• 阅读要求
• 源代码
• 练习与挑战
• 全书结构
• 作者

书目信息

书名： Modern C
作者： Jens Gustedt
作者单位： 法国国家信息与自动化研究所（INRIA）；法国斯特拉斯堡 ICube 实验室

这是本书第 3 版，定稿于 2024 年 10 月 15 日，与最新的 C 语言标准 C23 保持一致。本书内容与授权给位于美国纽约州谢尔特岛的 Manning Publications Co. 出版的纸质版和电子版相同。

免费版本、示例代码、Manning 纸质版链接及更多资料可在 Modern C 官方网站获取。

© 2016—2024 Jens Gustedt，法国斯特拉斯堡。

许可说明

原稿声明采用“知识共享署名—非商业性使用 4.0 国际”（CC BY-NC 4.0）许可协议。

致谢

特别感谢所有以建设性意见鼓励我完成本书的人，其中包括同事和其他热心读者 Cédric Bastoul、Lucas Nussbaum、Vincent Loechner、Kliment Yanev、Szabolcs Nagy、Marcin Kowalczuk、Ali Asad Lotia、Richard Palme、Yann Barsamian、Fernando Oleo、Róbert Kohányi、Jean-Michel Gorius 和 Martin Uecker；Manning 的工作人员 Jennifer Stout、Nitin Gode 和 Frances Buontempo；以及 Manning 为其经手的两个版本组织的数量可观、令人印象深刻的评审人员。

还有许多人为本书的成功作出了贡献。谨向你们所有人致以最诚挚的谢意。

关于本书

C 程序设计语言诞生于 20 世纪 70 年代初（见 Ritchie [1993]）。此后，C 被用于数量惊人的应用之中。个人计算机、手机、相机、机顶盒、冰箱、汽车、大型机和卫星——几乎任何带有可编程接口的现代设备，身边都有用 C 编写的程序与系统。

与 C 程序和系统无处不在的现实相比，真正掌握 C 及其原理的人却少得多。即便是经验丰富的 C 程序员，也常常对 C 语言的现代演进存在某种自己造成的认知停滞。一个可能的原因是，C 被视为一种“容易学习”的语言：经验不多的程序员很快便能写出或复制一些代码片段，而这些代码至少看起来完成了预期工作。从某种意义上说，C 未能激励使用者继续攀登更高的知识层次。

本书旨在改变这种普遍态度，因此按照读者对 C 语言及程序设计的一般熟悉程度划分级别。这种结构可能有悖于部分读者的习惯。特别是，一些困难主题（例如指针）会分散在多个级别中讲解，以免过早塞给读者不合时宜的信息。稍后会更详细地说明全书结构。

本书会介绍许多普遍适用的思想，它们同样适用于 Java、Python、Ruby、C# 和 C++ 等其他程序设计语言；不过，本书主要讨论 C 独有的概念与实践，或者使用 C 编程时格外有价值的概念与实践。

C 的历次修订

正如书名所示，今天的 C 已经不再是其创造者最初设计的那门语言。C 从诞生之初便处在持续调整与改进之中。早期 C 通常称为 K&R C（Kernighan and Ritchie C），名称来自第一本使这门语言广为流行的著作（Kernighan and Ritchie [1978]）。此后，C 经历了重要的标准化与扩展过程，如今这一过程由国际标准化组织（ISO）推动，并于 1989、1999、2011、2018 和 2024 年先后发布了一系列 C 标准，通常称为 C89、C99、C11、C17 和 C23。

C 标准委员会为保证向后兼容投入了大量精力，使按较早版本（例如 C11）编写的代码，经实现更新版本的编译器编译后，理应生成语义等价的可执行程序。遗憾的是，这种向后兼容也带来了一项意料之外的副作用：许多本可从新特性中获益良多的项目，缺少更新代码库的动力。为了突出各次修订的进展，本书会标明较新特性由哪个标准版本引入。

本版

本版针对 C 标准的最新修订 C23 进行了大幅改写。书中增加了大量新材料，也梳理了许多原有论述，以体现 C 语言获得的新能力。因此，本书主要讨论 C23 所定义的 C23；但在写作之时，编译器尚未完整实现这项标准。若要编译书中的示例，至少需要一款实现了 C17 大部分内容的编译器。

针对 C23 引入的新内容，本书提供了一个兼容头文件，还会在技术附录中讨论：在 POSIX 系统上，怎样构建一套适用的 C 编译器和 C 库平台作为后备方案。请注意，这并非永久性工具，而只是在各平台完成适配前提供的一根拐杖。

C 与 C++

程序设计已成为极为重要的文化活动和经济活动，C 依然是程序设计世界的重要组成部分。与所有人类活动一样，推动 C 前进的因素很多，包括企业或个人利益、政治、美感、逻辑、运气、无知、自私、自我、宗派观念，以及你愿意填在这里的首要动机。因此，C 的发展历程从来不是、也不可能是理想的。它存在一些缺陷和历史遗留物，只有放到相应的历史与社会背景中才能理解。

C 的发展背景中，一个重要部分是其姊妹语言 C++ 很早便已出现。一种常见误解认为，C++ 是在 C 上不断添加自身特性演化而来的。尽管从历史上说确实如此（C++ 源自非常早期的 C），但这对今天而言并没有多大意义。实际上，C 与 C++ 在 30 多年前便从共同祖先处分道扬镳，此后分别独立演进。不过，两门语言并非与世隔绝地发展；多年来，它们一直相互交换和吸收概念。原子操作与线程等新特性，就是 C 与 C++ 标准委员会密切协作设计的成果。

尽管如此，两者仍有许多差异。本书所讲的内容通常针对 C，而非 C++。许多代码示例甚至无法通过 C++ 编译器编译。因此，不应混用两门语言的资料。

要点 1

C 与 C++ 是不同的语言：不要混用，也不要混淆。

阅读本书时，你还会遇到许多采用这种格式的文字。这些“要点”概括了特性、规则和建议等内容。全书末尾汇集了这些要点，可以把它当作速查表使用。

阅读要求

要从本书中有所收获，需要满足一些最低要求。如果不确定自己是否具备其中某项条件，请先补齐它；否则可能浪费大量时间。

首先，不经实践便无法学会程序设计语言。因此，你必须拥有一个像样的程序设计环境（通常位于个人计算机或笔记本计算机上），并在一定程度上掌握它。这个环境可以是一套集成开发环境（IDE），也可以由彼此独立的工具组成。各平台提供的能力差异很大，很难给出适用于所有人的具体建议。在 Linux 和 Apple macOS 等类 Unix 环境中，可以找到 Emacs、Vim 等编辑器，以及 c99、c17、GCC 和 Clang 等编译器。

你必须能够完成以下工作：

1. 浏览文件系统。 计算机上的文件系统通常以目录构成层级结构。你必须能够在这些目录间浏览，找到并处理文件。
2. 编辑程序文本。 这不同于在文字处理环境中编辑一封信。无论使用的是何种环境或编辑器，它都应当对 C 语言有基本认识。打开通常以 .c 为扩展名的 C 文件时，你会看到它可能突出显示某些关键字，或者根据 {} 的嵌套层次帮助缩进代码。
3. 执行程序。 本书开头出现的程序十分基础，不会提供图形界面。它们需要从命令行启动，编译器就是以这种方式启动的程序之一。在类 Unix 环境中，命令行通常称为 Shell，并在控制台或终端中启动。
4. 编译程序文本。 某些环境提供用于编译的菜单按钮或键盘快捷键，也可以在终端的命令行中启动编译器。这款编译器必须符合较新的标准；不要把时间浪费在不符合标准的编译器上。

如果从未编写过程序，本书读起来会很艰难。接触过 Basic、C 的历史版本、C++、Fortran、R、Bash、JavaScript、Java、MATLAB、Perl、Python 或 Scilab 等语言会有所帮助。不过，你也可能拥有其他程序设计经验，只是自己没有意识到。许多技术规范实际上也采用某种专用语言，可以作为类比，例如用于网页的 HTML 和用于文档排版的 LaTeX。

你应当对以下概念有所了解，尽管它们在 C 中的确切含义可能与此前接触的语境略有不同：

• 具名对象： 保存值的具名实体。
• 条件执行： 依照精确条件决定是否完成某项工作。
• 迭代： 将某项工作重复指定次数，或者一直重复到满足某项条件。

源代码

本书给出的许多程序代码片段均已公开发布。你可以结合完整上下文阅读、编译并试验这些代码。代码归档还包含一个 Makefile，其中说明了编译这些文件所需的组件。它主要面向 Linux，或者更一般地说，面向 POSIX 系统；但即使使用其他系统，它也可能帮助你确定所需工具。

练习与挑战

全书各处都安排了练习，目的是促使你思考正在讨论的概念。最好在阅读相应内容时直接完成练习。

另一类任务称为“挑战”。它们通常要求更高：你甚至需要先开展一些调查才能理解问题，而解答也不会凭空出现，必须投入切实努力。它们会占用更多时间，有时是数小时；若对成果要求较高，甚至可能需要数日。这些挑战主题带有作者个人经验形成的“有趣问题”偏好。如果在学习或工作中另有覆盖相同知识的难题或项目，同样可以达到良好效果。重要的是训练自己：先到别处寻找帮助与思路，再亲手实践，把事情真正完成。只有跳进水里，才能学会游泳。

全书结构

本书分为 0 至 3 共四个级别。

起始的第 0 级称为“邂逅”，概述使用 C 编程最基础的知识。它的主要作用是提醒你前面提到的核心概念，使你熟悉 C 特有的词汇和视角。^[1] 完成本级后，即便没有太多 C 编程经验，也应当能够理解简单 C 程序的结构，并开始编写自己的程序。

第 1 级“相识”详细介绍控制结构、数据类型、运算符和函数等主要概念与特性。它应当使你更深入地理解程序运行时发生的事情。这些知识足以支持算法入门课程以及同等层次的其他工作，但有一项显著限制：本级尚未完整介绍指针。

第 2 级“相知”深入 C 语言的核心。它会完整讲解指针，使你熟悉 C 的内存模型，并让你能够理解 C 库的大部分接口。完成本级后，应当具备专业编写 C 代码的能力；因此，本级首先会深入讨论 C 程序的编写与组织。作者认为，任何从计算机科学或 C 程序设计相关专业的工程院校毕业的人，都应当掌握这一级的内容。不要满足于更低的标准。

第 3 级“深入”进一步讨论性能、可重入性、原子性、线程和类型泛型编程等特定主题。这些主题最好随着实际需要逐步探索，也就是在现实工作中遇到它们时再学习。不过，从整体上看，它们是圆满完成全书论述、获得完整 C 专业能力所必需的。任何拥有数年 C 专业编程经验的人，或者以 C 为主要程序设计语言的软件项目负责人，都应当掌握这一级的内容。

作者

Jens Gustedt 先后在波恩大学和柏林工业大学完成数学专业学习。当时，他的研究领域涵盖离散数学与高效计算的交叉方向。自 1998 年起，他一直担任法国国家信息与自动化研究所（INRIA）高级研究员，先在南锡的 LORIA 实验室工作；2013 年起转入斯特拉斯堡的 ICube 实验室，并自 2023 年起担任该实验室副主任。

在整个职业生涯中，他的大部分科学研究都伴随着软件开发：早期主要使用 C++，后来则只使用 C。他代表法国标准化协会（AFNOR）担任 ISO JTC1/SC22/WG14 委员会专家，曾任 C17 标准文档以及 C23 初始阶段的共同编辑。他还经营一个颇受欢迎的博客，讨论 C 程序设计及相关主题。

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1. C 的一个特殊视角是，索引从 0 开始，而不像 Fortran 那样从 1 开始。 ↩︎