C 語言-從放棄到入門 CH1 : 執行一個 C 程式

josefhuang 2024-11-23 09:11:10 ‧ 699 瀏覽

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如同創世紀，程式的執行也有個開頭。第一個執行的C程式通常會從main這個入口函數開始(雖然第一個執行的不是main，而是連結器程序指定的入口函數，但初學時不必拘泥於這些細節)；避免無聊，我們仿效傳統寫一個在螢幕(console)上輸出"Hello my first c program!"字樣，有個便捷的工具printf可以做到這點，但這個工具的程式碼撰寫於stdio.h檔案中，因此我們必需先將它納入(用include搭配<>符號)才可以使用；最後，作為C語言程序的結尾，我們仿效傳統回傳一個值0來代表整個 main 函數平安的結束。

讓我們看一下對應的程式碼 test.c (以下程式可於colab執行)

#include<stdio.h>

int main();

int main(){
    printf("Hello my first c program!");
    return 0;
}

那test.c這個程式碼要怎麼執行呢? C語言程式碼有點像人類的語言，為了讓電腦讀懂，我們需要透過編譯(compile)轉換為二進位的機器語言檔案，之後才能直接執行這個程式。 gcc 是一個可以執行編譯的工具，我們先用它將 test.c 編譯成二進位檔案，為了方便辨認，我們將輸出的二進位檔另存成(加上-o符號就可以指定新名稱) test.out 的名稱。

# gcc的指令最後，我們加上 test.c 這個想編譯的程式碼
!gcc -o test.out test.c
# 執行二進位程式碼 test.out
!./test.out

# 輸出
>> Hello my first c program!

我們"稍微"深入一點來理解這個程式:

// include關鍵字會將三角形括號內的檔案('stdio.h')中的C程式碼貼在test.c的最上面，這樣程式碼中的工具(函數)就隨我們用了，而不用自己重寫!
# include<stdio.h>

// 函數聲明，函數main沒有接收參數，所以是空括號
// main 函數的返回值是一個整數(int)
int main();

// 實現上面聲明的函數main
int main(){
    // printf函數定義於stdio.h檔案中，所以要先include
    // printf 在這邊接收字串為輸入，這邊我們不接它的返回值
    printf("Hello my first c program!");
    // 如同聲明的那樣，返回整數 0，感覺很 peace!
    return 0;
}

C語言有所謂標準函數庫(standard library)，講白了就是一堆C程式碼檔案，這些檔案預先寫好很多實用的功能讓我們不用重複造輪子；例如，stdio.h 就是控制Input/Output的C程式碼，裡面有一個printf函數來協助我們輸出文字到螢幕上；標準函數庫的這些C程式碼檔案放置於某個預設的位置，因此可以用三角形括號代表 "請在預設位置搜尋檔案"，如果檔案是放在自己定義的路徑，則用 "/user/path/mylib.h" 來指定搜尋位置，這個例子是我們想搜尋mylib.h檔案，它應該在 /user/path 這個路徑底下。
這裡科普一下函數(function)，它是一個把常用的程式片段包裝成可重複呼叫的程序，函數可以接收一些參數、並輸出一些結果；例如 "把一個數字加二可能是一個常用的功能，我們為這樣的函數取一個名稱" addtwo ，這個函數預計接收一個整數 addtwo(int)，然後回傳一個整數 int addtwo(int)； 定義完這個函數的外貌，我們就來實現裡面的內容(把數字加二的部分): int addtwo(int num){ return num+2; }； 這樣呼叫 printf( addtwo(1) );，就會在螢幕上看到3了。
當然函數可以一氣呵成的寫完，不必將定義與內容分開撰寫，但大型程序中，通常會將其區分為函數介面(int addtwo(int);) 與實現(int addtwo(int num){ return num+2; })，實現的部分是 {...} 裡面的程式碼；這樣review大型程式時，可以藉由函數介面快速掌握程式的功能。
回傳整數是 main 函數的規範之一，你會看到很多教科書的錯誤寫法 void main(){}; 也可以運作正常，但他們會在一些詭異的狀況下造成bug，不如初學時即養成良好的習慣，永遠記住 int main(){return 0;}。
可以看到主程式 main 結尾在 return 0; 語句，但這卻不是必要的(若省略，則編譯器會自動視為回傳0)；值得留意的是，程式採用非0值作為異常，例如執行完C程式後，echo $?可以查閱程式的執行結果(exit code)。