【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】-编程知识

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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收录专栏: 嵌入式智能产品开发实战

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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）