第一章：初识计算机语言
1.1 什么是计算机语言？
- 计算机本质上就是一台按照指令工作的电子设备，如：
我们对计算机说：“计算两个数的和”，计算机其实并不能直接理解这句话。
- 计算机中的 CPU 最终能够执行的是
机器指令，如：10110000 01100001 ...。
提醒
机器指令：由二进制编码表示的指令，即：机器语言。
- 如果所有的程序都需要人类直接编写二进制指令，程序开发将会变得非常困难；于是，人类设计出了各种更加容易表达算法和逻辑的语言，即：计算机语言。
提醒
计算机语言 是 人与计算机 之间进行 信息表达 和 程序控制 的一套 形式化语言 。
- 对于我们学习编程而言，最重要的一类计算机语言就是编程语言，如：C、C++、Java 等。
提醒
掌握编程语言就能使用计算机解决实际问题，即：编程语言 → 表达算法和逻辑 → 计算机理解并执行 → 解决实际问题。
1.2 自然语言 VS 计算机语言
- 自然语言非常灵活，如：
帮我把这个文件打开。即使表达得不完全准确，人通常也能理解。
提醒
- ① 自然语言：灵活、宽松，更接近人类思维。
- ② 自然语言允许表达不完全正确，但人仍能理解并完成任务，这正体现了自然语言的灵活性和强大的人类理解能力。
- 计算机语言要求更加严格，如：C 语言中的
printf("Hello World\n");少一个;就会导致编译失败。
提醒
- ① 计算机语言：严格、精确，更接近机器思维。
- ② 计算机只能严格按照规则理解和执行程序，任何细微的错误都可能导致编译失败或运行出错。
自然语言和计算机语言的区别和联系，如下所示：
| 语言类别 | 特点 |
|---|---|
| 自然语言 | 💬 灵活多样，表达自由。 |
| 🤝 容错性高，不必完全正确。 | |
| 🧠 依赖上下文、经验和常识理解。 | |
| 👥 面向人类交流。 | |
| 计算机语言 | 📏 规则严格，必须完全正确。 |
| 🚫 容错性低，任何错误都可能导致失败。 | |
| 🔍 依赖编译器或解释器的严格检查。 | |
| ⚙️ 面向机器执行。 |
自然语言和计算机语言的共同目标，如下所示：
提醒
用清晰的方法表达思想，让对方（人或计算机）理解并完成任务！
1.3 为什么要学习计算机语言？
- 【问】现在的软件已经这么多了，为什么还需要学习编程语言？
- 【答】因为使用计算机和控制计算机，是两个不同的层次。
点我查看具体细节
- ① 普通用户 VS 程序员，如下所示：
| 用户类别 | 描述 |
|---|---|
| 普通用户 | 🌐 使用浏览器 |
| 📄 使用办公软件 | |
| 💬 使用微信 | |
| 🗄️ 使用数据库软件 | |
| ➕ …… | |
| 程序员 | 🛠️ 开发浏览器 |
| 💻 开发操作系统 | |
| 🗃️ 开发数据库 | |
| 🎮 开发游戏 | |
| 📱 开发应用软件 | |
| ➕ …… |
- ② 学习编程语言，就是学习如何把自己的想法转化为计算机能够执行的程序。
1.4 学习计算机语言到底在学习什么？
- 1️⃣ 从表面看，我们学习的是计算机语言的语法等，如：if、for、while、int、printf 等。
- 2️⃣ 其实，我们真正学习的是：问题 --> 分析 --> 抽象 --> 算法 --> 数据结构 --> 程序 --> 计算机执行。
- 3️⃣ 换言之，学习计算机语言不仅仅在学习语法等，更重要的是培养：逻辑思维，抽象能力、自动化能力。
1.5 计算机语言的发展简史
1.5.1 概述
- 计算机语言的发展，本质上在解决一个问题：
怎样让人更容易地控制计算机？。 - 计算机语言的发展，可以大致理解为：
机器语言 --> 汇编语言 --> 高级语言。
1.5.2 机器语言（相当于人类的石器时代）
- 1946 年 2 月 14 日，世界上第一台计算机
ENIAC诞生，使用的是最原始的穿透卡片。
- 上述使用的是
二进制代码表示的语言，和人类语言差别极大，被称为机器语言，如下所示：
txt
0000,0000,000000010000 代表 LOAD A, 16
0000,0001,000000000001 代表 LOAD B, 1
0001,0001,000000010000 代表 STORE B, 16机器语言的优缺点，如下所示：
| 优缺点 | 描述 |
|---|---|
| 优点 | ✅️ CPU 可直接执行，无需翻译。 |
| ✅️ 执行效率高，硬件控制精确。 | |
| 缺点 | ❌️ 难写：只能使用二进制指令。 |
| ❌️ 难读：代码含义不直观。 | |
| ❌️ 难调试：错误难以定位。 | |
| ❌️ 难维护：修改成本高。 | |
| ❌️ 不可移植：依赖具体 CPU 架构。 | |
| ❌️ 学习困难：需要熟悉 CPU 和硬件细节。 |
- 不同类型（CPU 架构，如：x86_64、arm 等）的处理器有不同的机器语言指令集，指令集架构（ISA）决定了机器语言的具体形式。
提醒
机器语言 与特定硬件架构紧密相关，机器语言程序几乎没有可移植性！！！
1.5.3 汇编语言（相当于人类的青铜&铁器时代）
汇编语言使用助记符代替二进制操作码，使程序更易于人类编写和理解。
- 为了避免直接记忆，人类开始给机器指令起名字，如下所示：
txt
MOV AL, 5 ; # 10110000 00000101 ; 把数字 5 放入 AL 寄存器
ADD AL, 3 ; # 00000100 00000011 ; 把数字 3 加到 AL 寄存器中汇编语言的优缺点，如下所示：
| 优缺点 | 描述 |
|---|---|
| 优点 | ✅️ 比机器语言直观：使用 ADD 、 MOV 等助记符。 |
| ✅️ 执行效率高：可充分利用 CPU 指令。 | |
| ✅ 硬件控制精确：可直接操作寄存器和内存 | |
| ✅ 便于局部优化：适合优化关键代码。 | |
| 缺点 | ❌ 抽象层次低：复杂功能需要大量指令。 |
| ❌ 难开发：代码量大，容易出错。 | |
| ❌ 难调试和维护：需关注寄存器、内存等细节。 | |
| ❌ 学习困难：需要理解 CPU 和硬件原理。 | |
| ❌ 不可移植：依赖具体 CPU 架构。 |
汇编语言目前仍然应用于工业电子编程领域、软件的加密解密、计算机病毒分析等。
提醒
汇编语言 是 编程语言 的拓荒年代，它非常底层，直接和计算机硬件打交道，开发效率低，学习成本高。
1.5.4 高级语言
高级语言是一种接近于人们使用习惯的程序设计语言。高级语言允许程序员使用接近日常英语的指令来编写程序，程序中的符号和算式和日常使用的数学公式差不多，接近于自然语言和数学语言，容易被人们掌握。
- 高级语言
独立于计算机硬件，有一定的通用性；计算机不能直接识别和执行用高级语言编写的程序，需要使用编译器或解释器转换为机器语言，才能被计算机识别和执行。
高级语言的优缺点，如下所示：
| 优缺点 | 描述 |
|---|---|
| 优点 | ✅ 易读易写：语法更接近人类思维。 |
| ✅ 抽象能力强：支持函数、模块、对象等。 | |
| ✅ 开发效率高：少量代码即可实现复杂功能。 | |
| ✅ 易调试和维护：工具完善，结构清晰。 | |
| ✅ 可移植性强：通常可在不同平台运行。 | |
| 缺点 | ❌ 不能直接执行：需要编译器或解释器转换。 |
| ❌ 控制不够精细：难以直接操作底层硬件。 | |
| ❌ 存在额外开销：性能和资源占用可能较高。 | |
| ❌ 依赖运行环境：部分语言需要运行时或虚拟机。 |
- 目前普遍使用的
高级编程语言，有：C、C++、Java、Python、C#、JavaScript、Go 等。
提醒
1.6 编译型语言 VS 解释型语言
1.6.1 概述
- 高级编程语言出现之后，CPU 是不能直接理解的，还需要
翻译者，对应的典型方式有两种：
1.6.2 编译型语言 & 解释型语言
1.6.2.1 编译型语言
- 编译型语言的工作原理：在程序
运行之前，通过一个叫做编译器的工具，将源代码一次性全部翻译成目标机器能直接执行的机器码，如：qq.exe、wechat.exe 等。
- 编译型语言的执行过程：源代码（Hello.c）--> 编译器（GCC）--> 机器码（Hello.exe）--> CPU 直接运行。
- 编译型语言的典型代表语言：C、C++、Go、Rust、Swift 等。
- 编译型语言的优缺点，如下所示：
| 优缺点 | 描述 |
|---|---|
| 优点 | ✅️ 执行速度极快：因为程序运行时直接就是机器码，CPU 不需要再做任何翻译工作，性能最接近底层。 |
| ✅️ 不依赖运行环境：生成的可执行文件可以直接在目标机器上运行，不需要安装额外的语言环境。 | |
| 缺点 | ❌️ 跨平台性差：为 Windows (x86) 编译的程序，不能直接拿到 Mac (ARM) 上运行，即：换平台必须 重新编译。 |
| ❌️ 开发调试效率低：每次修改哪怕一行代码，都需要重新经历漫长的“编译”过程才能看到效果。 |
1.6.2.2 解释型语言
- 解释型语言的工作原理：在程序
运行时，通过一个叫做解释器的程序，逐行读取源代码，边翻译边执行，不生成独立的机器码文件。
- 解释型语言的执行过程：源代码（Hello.py）--> 解释器（Python）--> 边翻译边执行 --> CPU 直接运行。
- 解释型语言的典型代表语言：Python、JavaScript、Ruby、PHP、Bash 等。
- 解释型语言的优缺点，如下所示：
| 优缺点 | 描述 |
|---|---|
| 优点 | ✅️ 跨平台性极好：只要目标机器上安装了对应的解释器（如 Python 环境），同一份源代码就可以直接运行（“一次编写，到处运行”）。 |
| ✅️ 开发调试极快：改完代码直接运行，不需要等待编译，非常适合快速迭代和原型开发。 | |
| 缺点 | ❌️ 执行速度慢：因为每次运行都要“现场翻译”，比直接执行机器码慢得多（通常比编译型慢几倍到几十倍）。 |
| ❌️ 依赖运行环境：必须要求用户的电脑上安装了解释器，否则代码无法运行。 | |
| ❌️ 源码暴露：因为分发的是源代码，别人很容易看到你的核心逻辑（缺乏保密性）。 |
1.6.3 对比&总结
- 编译型语言 VS 解释型语言，如下所示：
| 维度 | 编译型语言 (C/C++) | 解释型语言 (Python/JS) |
|---|---|---|
| 翻译时机 | ⏱️ 运行前，一次性翻译完 | 🔄 运行时，逐行翻译 |
| 产物 | 📦 生成独立的机器码文件 ( .exe ) | 📤 不生成独立文件，直接输出结果 |
| 执行速度 | 🚀 极快（直接跑机器码） | 🐢 较慢（边翻译边执行） |
| 跨平台性 | ❌ 差（需针对不同平台重新编译） | ✅ 好（只要有解释器就能跑） |
| 开发效率 | ⚠️ 较低（修改后需重新编译） | 🚀 高（改完即跑） |
| 源码保密 | ✅ 高（别人只能看到机器码） | ❌ 低（直接分发源代码） |
1.6.4 现代视角的补充：界限正在模糊
- 随着技术发展，纯粹的
编译或解释已经不能完美满足需求，于是诞生了混合型：
点我查看 具体细节
| 混合型（中间态） | 描述 |
|---|---|
| 字节码 + 虚拟机（Java, C#) | 🔄 过程：Java 源代码先被编译成一种中间状态叫 “字节码”（ .class 文件），然后由 Java 虚拟机（JVM）去解释执行或编译执行。 |
| ✨ 优势：完美结合了两者的优点。字节码是跨平台的，只要装了 JVM 就能跑（跨平台）；JVM 内部又做了优化，速度比纯解释快。 | |
| JIT 即时编译 (现代 JavaScript, Python) | ⚡ 过程：解释器在运行时，如果发现某段代码被 频繁执行（热点代码），就会在内存中 临时把它编译成机器码 缓存起来，下次直接跑机器码。 |
| 🚀 优势：既保留了开发时的灵活性，又大幅提升了运行时的速度。 |
1.6.5 建议
- 如果追求
极致性能（游戏引擎、操作系统、高频交易），选编译型，如：C/C++、Rust。 - 如果追求
开发效率（数据分析、网站后端、AI），选解释型，如：Python、JS。 - 如果要做
大型企业级跨平台应用（微服务、大数据、中间件），选混合型，如：Java、C#。
第二章：初识 C 语言
2.1 C 语言的历史和辉煌
2.2 C 语言的标准
第三章：C 语言环境的搭建（🎯）
txt
MSYS2 MSYS
Unix 工具
平时不用单独开
MSYS2 UCRT64
GCC 环境
保留做 GCC 对照
MSYS2 CLANG64 ← 你现在主要使用
Clang + Meson + ASan/UBSan
MSYS2 MINGW64
传统环境
新项目基本不用
MSYS2 CLANGARM64
ARM64 Windows 才用- CLion 的虚拟机配置：
txt
-Xmx2048m
-Dfile.encoding=UTF-8
-Dconsole.encoding=UTF-83.2 vscode
- 在 WSL2 中的 AlmaLinux-9 安装：
bash
# 更新系统
sudo dnf -y update
# 安装基础 C/C++ 环境
sudo dnf group install "Development Tools" -y
sudo dnf install gcc \
gcc-c++ \
gdb \
make \
cmake \
ninja-build \
pkgconf-pkg-config \
binutils \
git \
glibc-devel \
dnf-plugins-core -y
# 安装 glibc 调试信息工具
sudo dnf debuginfo-install glibc -y
sudo dnf install dnf-plugins-core -y
sudo dnf install glibc-debugsource -y
# 安装 clangd
sudo dnf install clang \
clang-tools-extra \
llvm \
lldb -ybash
# 查询 glibc
rpm -q glibc
rpm -q glibc-devel
rpm -q glibc-debuginfo
rpm -q glibc-debugsource
# 验证 GCC / GDB
gcc --version
gdb --version
# 验证 Clang 工具
clang --version
clangd --version
clang-format --version
clang-tidy --version
# 查询 glibc 源码
find /usr/src/debug -name 'vfprintf-internal.c' 2>/dev/null
find /usr/src/debug -name 'filedoalloc.c' 2>/dev/null- 在 WSL2 中的 Ubuntu 24.04 安装：
bash
# 更新系统
sudo apt update && sudo apt upgrade -y
# 启用 Universe
sudo apt install -y software-properties-common
sudo add-apt-repository -y universe
sudo apt update
# C / C++ 基础开发环境
sudo apt install -y \
build-essential \
gcc \
g++ \
gdb \
make \
cmake \
ninja-build \
pkg-config \
binutils \
git
# glibc 调试符号 + glibc 源码
sudo apt install -y \
libc6-dev \
libc6-dbg \
glibc-source \
xz-utils
# LLVM / Clang 工具链
sudo apt install -y \
clang \
clangd \
clang-tools \
llvm \
lldb
# --------------------------------------
# 自动找到 glibc 源码压缩包并解压
# --------------------------------------
GLIBC_ARCHIVE="$(find /usr/src/glibc \
-maxdepth 1 \
-type f \
-name 'glibc-*.tar.xz' \
| sort -V \
| tail -n 1)"
GLIBC_DIR="/usr/src/glibc/$(basename "$GLIBC_ARCHIVE" .tar.xz)"
if [ ! -d "$GLIBC_DIR" ]; then
sudo tar -xf "$GLIBC_ARCHIVE" -C /usr/src/glibc
fi
echo "glibc 源码目录：$GLIBC_DIR"
# --------------------------------------
# 全局配置 GDB 自动寻找 glibc 源码
# --------------------------------------
GLIBC_DIR="$(find /usr/src/glibc \
-maxdepth 1 \
-type d \
-name 'glibc-*' \
| sort -V \
| tail -n 1)"
touch "$HOME/.gdbinit"
sed -i \
'/# BEGIN UBUNTU GLIBC DEBUG/,/# END UBUNTU GLIBC DEBUG/d' \
"$HOME/.gdbinit"
cat >> "$HOME/.gdbinit" <<EOF
# BEGIN UBUNTU GLIBC DEBUG
directory $GLIBC_DIR
set debuginfod enabled on
# END UBUNTU GLIBC DEBUG
EOF
cat "$HOME/.gdbinit"
# --------------------------------------
# clangd 压制 glibc source 警告
# --------------------------------------
mkdir -p "$HOME/.config/clangd"
cat > "$HOME/.config/clangd/config.yaml" <<'EOF'
If:
PathMatch: /usr/src/glibc/.*
Diagnostics:
Suppress: '*'
EOF
cat "$HOME/.config/clangd/config.yaml"bash
# 检查所有开发工具路径
printf '%-10s %s\n' \
"gcc:" "$(command -v gcc)" \
"g++:" "$(command -v g++)" \
"gdb:" "$(command -v gdb)" \
"clang:" "$(command -v clang)" \
"clangd:" "$(command -v clangd)" \
"lldb:" "$(command -v lldb)"
# 检查所有版本
gcc --version | head -n 1
g++ --version | head -n 1
gdb --version | head -n 1
clang --version | head -n 1
clangd --version | head -n 1
lldb --version | head -n 1
ldd --version | head -n 1
# 检查 glibc 相关软件包
dpkg -l \
libc6 \
libc6-dev \
libc6-dbg \
glibc-source
# 检查 GDB 是否加载了 glibc 源码目录
gdb -q -nx \
-ex "source $HOME/.gdbinit" \
-ex "show directories" \
-ex "show debuginfod enabled" \
-ex "quit"- vscode 插件：
bash
C/C++ Extension Pack # 配置 gcc 和 gdb 的路径
C/C++ Runner # 生成配置我呢间
clangd # 发布者：LLVM
code --install-extension ms-vscode.cpptools-extension-pack
code --install-extension franneck94.c-cpp-runner
code --install-extension llvm-vs-code-extensions.vscode-clangd
建议同时把微软 C/C++ 扩展的 IntelliSense 关闭，避免两个语言服务器同时分析：
{
"C_Cpp.intelliSenseEngine": "disabled"
}