# 前言 ## 这本书有什么特点？面向什么样的读者？ 这本书最初是为北京亚嵌教育研究中心的嵌入式Linux系统工程师就业班课程量身定做的教材之一。该课程是为期四个月的全日制职业培训，要求学员毕业时具备非常Solid的C编程能力，能熟练地使用Linux系统，同时对计算机体系结构与指令集、操作系统原理和设备驱动程序都有较深入的了解。然而学员入学时的水平是非常初级而且参差不齐的：学历有专科、本科也有研究生，专业有和计算机相关的也有很不相关的（例如会计专业），以前从事的职业有和技术相关的也有完全不相关的（例如HR），年龄从二十出头到三十五六岁的都有。这么多背景完全不同、基础完全不同、思维习惯和理解能力完全不同的人来听同一堂课，大家都迫切希望学会嵌入式开发技术，投身IT行业，这就是职业教育的特点，也是我编这本书时需要考虑的主要问题。 学习编程绝不是一件简单的事，尤其是对于零基础的初学者来说。大学的计算机专业有四年时间从零基础开始培养一个人，微积分、线代、随机、离散、组合、自动机、编译原理、操作系统、计算机组成原理等等一堆基础课，再加上C/C++、Java、数据库、网络、软件工程、计算机图形学等等一堆专业课，最后培养出一个能找到工作的学生。很遗憾这最后一条很多学校没有做好，来亚嵌培训的很多学生就是四年这么学过来的，但据我们考查他们的基础几乎为零，我不知道为什么。与之形成鲜明对比的是，只给我们四个月的时间，同样要求从零基础开始，最后培养出一个能找到工作的学生，而且还要保证他找到工作，这就是职业教育的特点。 为什么我说“只给我们四个月的时间”？我们倒是想教四年呢，但学时的长短我们做不了主，是由市场规律决定的。四年的任务要求四个月做好，要怎么完成这样一个几乎不可能的任务？有些职业教育给出的答案是“实用主义”，打出了“有用就学，没有用就不学”的口号，大肆贬低说大学里教的基础课都是过时的、无用的，只有他们教的技术才是实用的，这种炒作很不好，我认为大学里教的每一门课都是非常有用的，基础知识在任何时候都不会过时，倒是那些时髦的“实用技术”有可能很快就过时了。 四年的任务怎么才能用四个月做好？我们给出的答案是“优化”。现在大学里安排的课程体系最大的缺点就是根本不考虑优化。每个过来人都会有这样的感觉：大一大二学了好多数学课，却不知道都是干什么用的，为什么要学。连它有什么用都不知道怎么能有兴趣学好呢？然后到大三大四学专业课时，用到以前的知识了，才发现以前学的数学是多么有用，然而早就忘得一干二净了，考完试都还给老师了，回头重新学吧，这时候才发现很多东西以前根本没学明白，现在才真的学明白了，那么前两年的时间岂不是都浪费了？大学里的课程体系还有一个缺点就是不灵活，每门课必须占一个学期，必须由一个老师教，不同课程的老师之间没有任何沟通和衔接，其实这些课程之间是相互依赖的，把它们强行拆开是不符合人的认知规律的。比如我刚上大学的时候，大一上半学期就被逼着学C语言，其实C语言是一门很难的编程语言，不懂编译原理、操作系统和计算机体系结构根本不可能学明白，那半个学期自然就浪费掉了。当时几乎所有学校的计算机相关专业都是这样，大一上来就学C语言，有的学校更疯狂，上来就学C++，导致大多数学生都以为自己会C语言，但其实都是半吊子水平，到真正写代码的时候经常为一个Bug搞得焦头烂额，却没有机会再系统地学一遍C语言，因为在学校看来，C语言课早在大一就给你“上完了”，就像一顿饭已经吃完了，不管你吃饱没吃饱，不会再让你重吃一遍了。显而易见，如果要认真地对这些课程做优化，的确是有很多水份可以挤的。 本书有以下特点： * 不是孤立地讲C语言，而是和编译原理、操作系统、计算机体系结构结合起来讲。或者说，本书的内容只是以C语言为载体，真正讲的是计算机的原理和程序的原理。 * 强调基本概念和基本原理，在编排顺序上非常重视概念之间的依赖关系，每次引入一个新的概念，只依赖于前面章节已经讲过的概念，而绝不会依赖后面章节要讲的概念。有些地方为了叙述得完整，也会引用后面要讲的内容，比如说“有关XX我们到XX章再仔细讲解”，凡是这种引用都不是必要的依赖，可以当它不存在，只管继续往下看就行了。 * 尽量做到每个知识点直到要用的时候才引入。过早引入一个知识点，讲完了又不用它，读者很快就会遗忘，这是不符合认知规律的。 这是一本从零基础开始学习编程的书，不要求读者有任何编程经验，但读者至少需要具备以下素质： * 熟悉Linux系统的基本操作。如果不具备这一点，请先参考其它教材学习Linux系统的基本操作，熟练之后再学习本书，《鸟哥的Linux私房菜》据说是Linux系统管理和应用方面比较好的一本书。但学习本书并不需要会很多系统管理技术，只要会用基本命令，会自己安装系统和软件包就足够了。 * 具有高中毕业的数学水平。本书会用到高中的数学知识，事实上，如果不具有高中毕业的数学水平，也不必考虑做程序员了。但并不是说只要具有高中毕业的数学水平就足够做程序员了，只能说看这本书应该没有问题，数学是程序员最重要的修养，计算机科学其实就是数学的一个分支，如果你的数学功底很差，日后还需恶补一下。 * 具有高中毕业的英文水平。理由同上。 * 对计算机的原理和本质深感兴趣，不是为就业而学习，不是为拿高薪而学习，而是真的感兴趣，想把一切来龙去脉搞得清清楚楚而学习。 * 勤于思考。本书尽最大努力理清概念之间的依赖关系，力求一站式学习，读者不需要为了找一个概念的定义去翻其它书，也不需要为了搞清楚一个概念在本书中前后一通乱翻，只需从前到后按顺序学习即可。但一站式学习并不等于傻瓜式学习，有些章节有一定的难度，需要积极思考才能领会。本书可以替你节省时间，但不能替你思考，不要指望像看小说一样走马观花看一遍就能学会。 ## 又是一本C语言书。好吧，为什么我要学这本书而不是谭浩强或者K&R？ 谭浩强的书我就不说什么了。居然教学生`include`一个`.c`文件。 K&R是公认的世界上最经典的C语言教程，这点毫无疑问。在C标准出台之前，K&R第一版就是事实上的C标准。C89标准出台之后，K&R跟着标准推出了第二版，可惜此后就没有更新过了，所以不能反映C89之后C语言的发展以及最新的C99标准，本书在这方面做了很多补充。上面我说过了，这本书与其说是讲C语言，不如说是以C语言为载体讲计算机和操作系统的原理，而K&R就是为了讲C语言而讲C语言，侧重点不同，内容编排也很不相同。K&R写得非常好，代码和语言都非常简洁，但很可惜，只有会C语言的人才懂得欣赏它，K&R是非常不适合入门学习的，尤其不适合零基础的学生入门学习。 ## 这本书“是什么”和“不是什么” 本书包括三大部分： * C语言入门。介绍基本的C语法，帮助没有任何编程经验的读者理解什么是程序，怎么写程序，培养程序员的思维习惯，找到编程的感觉。前半部分改编自[[ThinkCpp]](bi01.html#bibli.thinkcpp "How To Think Like A Computer Scientist: Learning with C++")。 * C语言本质。结合计算机和操作系统的原理讲解C程序是怎么编译、链接、运行的，同时全面介绍C的语法。位运算的章节改编自亚嵌教育林小竹老师的讲义，链表和二叉树的章节改编自亚嵌教育朱老师的讲义。汇编语言的章节改编自[[GroudUp]](bi01.html#bibli.groundup "Programming from the Ground Up: An Introduction to Programming using Linux Assembly Language")，在该书的最后一章提到，学习编程有两种Approach，一种是Bottom Up，一种是Top Down，各有优缺点，需要两者结合起来。所以我编这本书的思路是，第一部分Top Down，第二部分Bottom Up，第三部分可以算填了中间的空隙，三部分全都围绕C语言展开。 * Linux系统编程。介绍各种Linux系统函数和内核的工作原理。Socket编程的章节改编自亚嵌教育卫剑钒老师的讲义。 这本书定位在入门级，虽然内容很多，但不是一本百科全书，除了C语言基本要讲透之外其它内容都不深入，书中列出了很多参考资料，是读者进一步学习的起点。K&R的第一章是一个Whirlwind Tour，把全书的内容简单过了一遍，然后再逐个深入进去讲解。本书也可以看作是计算机专业课程体系的一个Whirlwind Tour，学习完本书之后有了一个全局观，再去学习那些参考资料就应该很容易上手了。 ## 为什么要在Linux平台上学C语言？用Windows学C语言不好吗？ 用Windows还真的是学不好C语言。C语言是一种面向底层的编程语言，要写好C程序，必须对操作系统的工作原理非常清楚，因为操作系统也是用C写的，我们用C写应用程序直接使用操作系统提供的接口。既然你选择了看这本书，你一定了解：Linux是一种开源的操作系统，你有任何疑问都可以从源代码和文档中找到答案，即使你看不懂源代码，也找不到文档，也很容易找个高手教你，各种邮件列表、新闻组和论坛上从来都不缺乐于助人的高手；而Windows是一种封闭的操作系统，除了微软的员工别人都看不到它的源代码，只能通过文档去猜测它的工作原理，更糟糕的是，微软向来喜欢藏着揶着，好用的功能留着自己用，而不会写到文档里公开。本书的第一部分在Linux或Windows平台上学习都可以，但第二部分和第三部分介绍了很多Linux操作系统的原理以帮助读者更深入地理解C语言，只能在Linux平台上学习。 Windows平台上的开发工具往往和各种集成开发环境（IDE，Integrated Development Environment）绑在一起，例如Visual Studio、Eclipse等。使用IDE确实很便捷，但IDE对于初学者绝对不是好东西。微软喜欢宣扬傻瓜式编程的理念，告诉你用鼠标拖几个控件，然后点一个按钮就可以编译出程序来，但是真正有用的程序有哪个是这么拖出来的？很多从Windows平台入门学编程的人，编了好几年程序，还是只知道编完程序点一个按钮就可以跑了，把几个源文件拖到一个项目里就可以编译到一起了，如果有更复杂的需求他们就傻眼了，因为他们脑子里只有按钮、菜单的概念，根本没有编译器、链接器、Makefile的概念，甚至连命令行都没用过，然而这些都是初学编程就应该建立起来的基本概念。另一方面，编译器、链接器和C语言的语法有密切的关系，不了解编译器、链接器的工作原理，也不可能真正掌握C的语法。所以，IDE并没有帮助你学习，而是阻碍了你学习，本来要学好C编程只要把语法和编译命令学会就行了，现在有了IDE，除了学会语法和编译命令，你还得弄清楚编译命令和IDE是怎么集成的，这才算学明白了，本来就很复杂的学习任务被IDE搞得更加复杂了。Linux用户的使用习惯从来都是以敲命令为主，以鼠标操作为辅，从学编程的第一天起就要敲命令编译程序，等到你把这些基本概念都搞清楚了，你觉得哪个IDE好用你再去用，不过到那时候你可能会更喜欢`vi`或`emacs`而不是IDE了。 ## 致谢 本书的写作得到北京亚嵌教育研究中心的全力支持，尤其感谢李明老师和何家胜老师，没有公司的支持，我不可能有时间有条件写这本书，也不可能有机会将这本书公开在网上。 然后要感谢亚嵌教育的历届学员和各位老师，在教学和讨论过程中我经常会得到有益的启发，这些都促使这本书更加完善。在本书的写作过程中，很多读者为本书提出很有价值的建议，很多建议是热心网友通过在线评论提的，有些网友我只知道id或email。都列在下面，排名不分先后。 感谢北京亚嵌教育研究中心的老师们：李明，何家胜，邸海霞，郎铁山，朱仲涛，廖文江，韩超，吴岳，邢文鹏，何晓龙，林小竹，卫剑钒。 感谢热心网友：ddd（ddd@clf.net），wuyulei（wuyulei0210@163.com），comma（commapopo@hotmail.com），田伟（sioungiep@zzxy.org），田雨（tianyu_1123@hotmail.com ），daidai（daidai0628@sina.com），邓楠（monnand@gmail.com），杜朴风（cplusplus@zzxy.org），Zoom.Quiet（zoom.quiet@gmail.com），陈老师（cljcore@gmail.com），杨景（yangbajing@gmail.com），章钰（buptzhangyu@163.com），chen（cry2133@gmail.com），Jiawei Zhang（rhythm.zhang@gmail.com），waterloo（waterloo2005@gmail.com），张现超（zxqianrong@gmail.com， http://zxqianrong.is-programmer.com/ ），曾宇（uyucn@163.com），董俊波（dongjunbo@gmail.com），RobinXiang（dancelinux@gmail.com），刘艳明（lonny_liu@hotmail.com），付（been2100@163.com），cleverd（crossie@qq.com），orange（juicerococo@hotmail.com），徐斌（simlink_xub@163.com），cyy（cyy198767@hotmail.com），Linux_Xfce（coodycody23@gmail.com），冯海云（906702745@qq.com），侯延祥（houyx2008@163.com），churchmice（firefoxelectric@gmail.com），linux——00xx00xxooxx（codycody23@gmail.com），syfeagle（syfeagle@hotmail.com），王公仆（wanggongpu@gmail.com），刘敏（liuminchinese@163.com），Laciq（dd@qq.com）。 在写作过程中我遇到过很多困难，工作繁忙，对未来迷茫，生活压力大，缺乏安全感，个人琐事等等。然而有这么多热心的同学、老师、朋友、网友在等着看我的书更新，给我提建议希望我把书改得更完善，这是我坚持写下去的最大的动力。谢谢你们！ ## 最后几句话 和大多数作者一样，最后我要说的是我水平十分有限，没写过C编译器和C标准库，我不能保证书中的内容全部正确，如有错误欢迎批评指正。遗憾的是很多作者把这句话当成了挡箭牌，当成了自己不必竭尽全力保证内容正确性的借口。写书是一件严肃的事，书中的错误所有人都看得见，白纸黑字赖不掉的。我教过的很多学生都在大学里学过C语言，甚至考过二级，但程序写得一塌糊涂，连最基本的概念都搞错了，以前学过的C语言教材中的错误在他们脑子里根深蒂固，即使我纠正多次，他们仍然只记得以前学过的错误概念，这种有基础的学生还不如没有任何基础的学生教起来容易。我非常害怕我教给别人的仍然是错的，所以我仔细研究了C99之后才敢动笔写书。这本书涵盖的话题比较广泛，我竭尽全力也不足以保证书中的内容全部正确，还要依靠社区的力量一起来完善这本书，这样才能真正对读者负责，所以我选择将这本书开源。 希望本书成为你求学道路上的第一个伙伴。 宋劲杉 北京 2008年11月27日