本文主要是介绍【嵌入式智能产品开发实战】(十五)—— 政安晨:通过ARM-Linux掌握基本技能【GNU C标准与编译器】,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!
目录
GNU C
什么是C语言标准
C语言标准的内容
C语言标准的发展过程
1.K&R C
2.ANSI C
3.C99标准
4.C11标准
编译器对C语言标准的支持
编译器对C语言标准的扩展
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GNU C
大家在看一些GNU开源软件,或者阅读Linux内核、驱动源码时会发现,在Linux内核源码中,有大量的C程序看起来“怪怪的”。
说它是C语言吧,貌似又和教材中的写法不太一样;
说它不是C语言吧,但是这些程序确确实实保存在一个C源文件中。
此时,你肯定怀疑你看到的是一个“假的”C语言!
例如,下面的宏定义:
字符驱动的填充如下:
内核中实现打印功能的宏定义如下:
你没有看错,这些其实也是C语言,但并不是标准的C语言语法,而是在Linux内核中大量使用的GNU C编译器扩展的一些C语言语法。这些语法在C语言教材中一般不会提及,所以你才会似曾相识而又感到陌生,看起来感觉“怪怪的”。
我们在Linux驱动开发,或者阅读Linux内核源码过程中,会经常遇到这些“稀奇古怪”的用法,如果不去了解这些特殊语法的具体含义,可能就会对我们理解代码造成一定障碍。
什么是C语言标准
什么是C语言标准?我们生活的世界是由各种标准和规则构成的,正是因为有了这些标准,我们的社会才会有条不紊地运行下去。我们过马路时遵循的交通规则就是一个标准:红灯停,绿灯行,黄灯亮了等一等。当行人和司机都遵循这个标准时,交通系统才能顺畅运行。
计算机的USB接口也有一种标准,当不同厂家生产的USB设备都遵循USB协议这个通信标准时,鼠标、键盘、手机、U盘、USB摄像头、USB网卡才可以在各种计算机设备上即插即拔,相互通信。2G、3G、4G、5G、6G、7G...也都有一种标准,当不同厂家生产的基带芯片都遵循这种通信标准时,不同品牌、不同操作系统的手机才可以互相打电话、发信息、给对方点赞。
同样的道理,C语言也有它自己的标准。
C语言程序通过编译器,参考不同架构的指令集,编译生成对应的二进制指令,才能在不同架构的处理器上运行。
在C语言早期,各大编译器厂商在开发自己的编译器时,各自开发,各自维护,时间久了,就变得比较混乱,造成这样一种局面:程序员写的程序,在一个编译器上编译可以通过,在另一个编译器上编译可能就通不过。
大家按照各自的习惯来,谁也不服谁,就像春秋战国时期,不同的货币、不同的度量衡、不同的文字,都是中国人,因为标准不统一,所以交流起来很麻烦,这样下去也不是办法。
后来美国国家标准协会(American National Stardards Institude,ANSI)联合国际化标准组织(International Organization for Standardization,ISO)召集各个编译器厂商和各种技术团体一起开会,开始启动C语言的标准化工作。
期间各种大佬之间也是矛盾重重,充满各种争议,但功夫不负有心人,经过艰难的磋商,终于在1989年达成一致,发布了第一版C语言标准,并在第二年做了一些改进。于是,就像秦始皇统一六国,统一文字和度量衡一样,C语言标准终于问世了。C语言标准因为是在1989年发布的,所以人们一般称其为C89或C90标准,或者叫作ANSI C标准。
C语言标准的内容
C语言标准主要讲了什么内容?
打开C语言标准文档,洋洋洒洒几百页,讲了很多东西,但总体归纳起来,主要就是C语言编程的一些语法惯例、约定规则,如在C语言标准里:
● 定义各种关键字、数据类型。
● 定义各种运算规则、各种运算符的优先级和结合性。
● 数据类型转换。
● 变量的作用域。
● 函数原型、函数嵌套层数、函数参数个数限制。
● 标准库函数接口。
C语言标准发布后,大家都遵守这个标准开展工作:
程序员开发程序时,按照这种标准规定的语法规则编写程序;
编译器厂商开发编译器工具时,也按照这种标准去解析、翻译程序。
不同的编译器厂商支持统一的C语言标准,我们编写的同一个程序使用不同的编译器都可以正常编译和运行。
C语言标准的发展过程
C语言标准并不是永远不变的,就和无限通信标准一样,也是从2G、3G、4G到5G等等不断发展变化的。
C语言标准也经历了下面4个阶段:
● K&R C
.● ANSI C.
● C99.
● C11.
1.K&R C
K&R C一般也称为传统C。在C语言标准没有统一之前,C语言的作者Dennis M.Ritchie和Brian W.Kernighan合作写了一本书《C程序设计语言》。早期程序员编程,这本书可以说是绝对权威的。这本书很薄,内容精炼,主要介绍了C语言的基本编程语法。后来《C程序设计语言》第二版问世,做了一些修改,如新增unsigned int、long int、struct等数据类型;把运算符=+/=-修改为+=/-=,避免运算符带来的一些歧义和bug。第二版可以看作ANSI标准的雏形,但早期的C语言还是很简单的,如还没有定义标准库函数、没有预处理命令等。
2.ANSI C
ANSI C是ANSI在K&R C的基础上,统一了各大编译器厂商的不同标准,并对C语言的语法和特性做了一些扩展,在1989年发布的一个标准。这个标准一般也叫作C89/C90标准,也是目前各种编译器默认支持的C语言标准。ANSI C标准主要新增了以下特性。
● 增加了signed、volatile、const关键字。
● 增加了void*数据类型。
● 增加了预处理器命令。
● 增加了宽字符、宽字符串。
● 定义了C标准库。
● ……
3.C99标准
C99标准是ANSI在1999年基于C89标准发布的一个新标准。该标准对ANSI C标准做了一些扩充,如新增了一些关键字,支持新的数据类型。
● 布尔型:_Bool。
● 复数:_Complex。
● 虚数:_Imaginary。
● 内联:inline。
● 指针修饰符:restrict。
● 支持long long、long double数据类型。
● 支持变长数组。
● 允许对结构体特定成员赋值。
● 支持十六进制浮点数、float_Complex等数据类型。
● ……
C99标准也会借鉴其他编程语言的一些优点,对自身的语法和标准做一系列改进,例如:
● 变量声明可以放在代码块的任何地方。ANSI C标准规定变量的声明要全部写在函数语句的最前面,否则就会报编译错误。现在不需要这样写了,哪里需要使用变量,直接在哪里声明即可。
● 源程序每行最大支持4095字节。这个貌似足够用了,没有什么程序能复杂到一行程序有4000多个字符。
● 支持//单行注释。早期的ANSI C标准使用/**/注释,不如C++的//注释方便,所以C99标准就把这种注释吸收过来了,从C99标准开始也支持这种注释方式。
● 标准库新增了一些头文件,如stdbool.h、complex.h、stdarg.h、fenv.h等。大家在C语言中经常返回的true、false,其实这是C++里面的定义的bool类型,早期的C语言是没有bool类型的。那为什么我们经常这样写,而编译器编译程序时没有报错呢?
这是因为早期大家编程使用的都是VC++6.0系列,使用的是C++编译器,C++编译器是兼容ANSI C标准的。当然还有一种可能就是有些IDE对这种数据类型做了封装。
4.C11标准
C11标准是ANSI在2011年发布的最新C语言标准,C11标准修改了C语言标准的一些bug,增加了一些新特性。
● 增加_Noreturn,声明函数无返回值。
● 增加_Generic,支持泛型编程。
● 修改了标准库函数的一些bug,如gets()函数被gets_s()函数代替。
● 新增文件锁功能。
● 支持多线程。
● ……
从C11标准的新增内容,我们可以观察到C语言未来的发展趋势。
C语言现在也在借鉴现代编程语言的优点,不断添加到自己的标准里。如现代编程语言的多线程、字符串、泛型编程等,C语言最新的标准都支持。但是这样下去,C语言会不会变得越来越臃肿?是不是还能保持它“简单就是美”的初心呢?这一切只能交给时间了,至少目前我们不用担心这些,因为新发布的C11标准,目前绝大多数编译器还不支持,我们暂时还用不到。(呵呵)
编译器对C语言标准的支持
标准是一回事,编译器支不支持是另一回事,这一点,大家要搞清楚。这就和手机一样,不同时期发布的手机对通信标准支持也不一样:早期的手机可能只支持2G,后来支持3G,现在发布的新款手机基本上都支持4G了,而且可以兼容2G/3G。现在5G标准普及了,6G就来了。
不同编译器对C语言标准的支持也不一样。有的编译器只支持ANSI C标准,这是目前默认的C语言标准。有的编译器可以支持C99标准,或者支持C99标准的部分特性。目前对C99标准支持最好的是GNU C编译器,据说可以支持C99标准99%的新增特性。
编译器对C语言标准的扩展
不同编译器,出于开发环境、硬件平台、性能优化的需要,除了支持C语言标准,还会自己做一些扩展。
在51单片机上用C语言开发程序,我们经常使用Keil for C51集成开发环境。你会发现Keil for C51或者其他IDE里的C编译器会对C语言做很多扩展,如增加了各种关键字。
● data:RAM的低128B空间,单周期直接寻址。
● code:表示程序存储区。
● bit:位变量,常用来定义51单片机的P0~P3管脚。
● sbit:特殊功能位变量。
● sfr:特殊功能寄存器。
● reentrant:重入函数声明。
如果你在程序中使用以上这些关键字,那么你的程序只能使用51编译器来编译运行;如果你使用其他编译器,如VC++6.0,则编译是通不过的。
同样的道理,GCC编译器也对C语言标准做了很多扩展。
● 零长度数组。
● 语句表达式。
● 内建函数。
● __attribute__特殊属性声明。
● 标号元素。
● case范围。
● ……
如支持零长度数组,这些新增的特性,C语言标准目前是不支持的,其他编译器也不支持。如果你在程序中定义一个零长度数组:
则只能使用GCC编译器才能正确编译,使用VC++6.0编译器编译可能就通不过,因为Microsoft的C++编译器不支持这个特性。
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