C語言和Python不能說的祕密

前言

Python 十分好用但並非萬能，讓我們瞭解一下別的編程語言，——本篇介紹的是 C 語言

它經歷了半個世紀的時間考驗，目前主要應用於“底層開發”，各大操作系統的內核都是以 C 語言編寫的，學習 C 語言可令你更好地理解計算機的內部運行機制。而且，C 語言經典的語法形式也被許多新興編程語言所沿用。

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任何文本編輯器都可以編寫 C 語言程序，但還需要有個“編譯器”（Compiler）例如 GCC 來將其編譯爲機器語言程序文件才能運行。如果你用 Windows，推薦安裝開源編譯工具集 TDM-GCC

TDM-GCC 裝好後打開命令提示符輸入以下命令查看 GCC 編譯器版本，確認可以正常運行：

gcc --version

我們用 VSCode 作爲 C 語言源代碼的編輯器，請在擴展面板搜索並安裝 C/C++ 插件，然後新建文件並命名爲 hello.c：

#include <stdio.h>

int main(int arc, char const *argv[])
{
    printf("Hello World!\n");
    return 0;
}

這個測試用 C 語言源代碼的第一行是包含標準輸入輸出庫“頭文件”的預編譯指令（這種不算語句）；接下來是定義作爲程序入口的主函數，名稱必須爲 main，返回值要求爲整數類型，可以傳入任意多個字符類型數組作爲參數（注意任何標識符都必須確定類型且不能改變）；主函數體第一條語句用格式化打印函數輸出一行文本；第二條語句返回 0 值表示主函數正常退出——C 語言用花括號標明層次結構，用分號表示語句結束，因此預編譯指令以外的代碼允許不分行地書寫。輸入代碼時 VSCode 會自動提示補全，還可以幫你規範格式，右擊選擇“格式化文件”即可）。

接下來點擊 VSCode 菜單欄上的“終端”選擇“新建終端”打開命令行模式，輸入命令編譯 hello.c 生成可執行文件 hello.exe 然後運行：

PS D:\Test\c> gcc hello.c -o hello
PS D:\Test\c> .\hello.exe
Hello World!

除了上述的可執行文件，你也可以編譯生成“共享庫”文件，如同 stdio 庫那樣提供給其他程序使用——讓我們來做一個提供累加函數的共享庫，首先新建文件 mylib.h：

int accumulate(int);

這個頭文件中是函數原型的聲明語句，指定累加函數的參數與返回值類型，函數聲明之後即可調用，否則須在定義之後方可調用。接下來新建文件 mylib.c 包含 mylib.h 並定義累加函數（可以對照一下之前同樣實現累加的 Python 代碼）：

#include "mylib.h"

int accumulate(int n)
{
    int result = 0;
    int cnt = 1;
    while (cnt <= n)
    {
        result += cnt;
        cnt++;
    }
    return result;
}

請注意包含自定義頭文件的 include 指令要用引號而非尖括號，下面輸入命令生成共享庫文件 mylib.dll：

PS D:\Test\c> gcc mylib.c -shared -o mylib.dll

接下來新建文件 myapp.c 也包含 mylib.h 並調用累加函數：

#include <stdio.h>
#include "mylib.h"

int main()
{
    int n;
    printf("計算1累加至n，請輸入n：");
    scanf("%d", &n);
    int result = accumulate(n);
    printf("1累加至%d的結果是%d\n", n, result);
    return 0;
}

最後編譯生成可執行文件 myapp.exe 並運行，注意要指定字符編碼爲 Windows 默認的 GBK 避免中文亂碼：

PS D:\Test\c> gcc myapp.c mylib.dll -fexec-charset=GBK -o myapp
PS D:\Test\c> .\myapp.exe
計算1累加至n，請輸入n：600
1累加至600的結果是180300

對於 Python 開發者來說，只需引入標準庫的 ctypes 模塊，就可以直接使用上面的共享庫，示例代碼如下：

import os
from ctypes import CDLL
cdll = CDLL(os.path.abspath("mylib.dll"))
result = cdll.accumulate(500)
print(result)

實際上官方 Python 解釋器就是 C 語言編寫的，許多 Python 第三方包也都在底層用 C 語言實現以保證運行效率。如果你想深入學習 C 語言，推薦再安裝一個專用集成開發環境例如免費開源的 CodeBlocks http://www.codeblocks.org

福利

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