計算機C語言中工業(yè)設計教學應用
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摘要：C語言作為一種介于高級語言和低級語言的中間語言，是1972年由美國貝爾實驗室基于B語言的基礎之上設計出來的一種全新的編程語言，C語言是一種編譯型語言，具有高效、較好的移植性以及直接訪問計算機硬件的特征，被廣泛應用于計算機操作系統(tǒng)、驅動程序、嵌入式設備以及應用程序開發(fā)領域，幾乎所有的計算機領域都可以看到C語言的身影。本文以計算機中C語言為主要內容，對其應用特點進行簡要的分析和介紹，以在工業(yè)設計領域教學應用為案例，為更好了解和運用C語言提供參考。
關鍵詞：計算機；C語言；應用；特點
C語言是1972年由美國貝爾實驗室D.M.Ritchie設計出來的一種編譯型語言(區(qū)別于解釋型的計算機編程語言如Javascript)，C語言需要對程序代碼通過編譯生成目標代碼進行運行，1978年之后，C語言被移植到大、中、小及微型機上，C語言兼具了高級語言和匯編語言的編程特點，C語言語法簡潔緊湊、表達方式靈活、目標代碼質量高，具備強大的數據處理能力，應用極其廣泛，既可以用來編寫應用程序，也可以編寫操作系統(tǒng)程序，同時也可以用來編寫直接操作計算機硬件設備的驅動程序，具有較好的可移植性。
1C語言介紹
1.1運算范圍廣泛、編寫模式簡單
C語言有32個關鍵字、34種運算符和9類控制語句，預算范圍極其廣泛，可操作的數據類型包括常見的整數、浮點數、字符、數組、指針以及結構體等。其中對指針的操作，更是C語言的魅力所在，C語言中可以使用指針直接用來操作計算機硬件設備，這是其運行效率較高的原因所在，同時由于C語言中對于指針操作不加限制，這導致C程序中容易出現的安全隱患，對編程人員的代碼質量提出了更高的要求，正是基于安全性考慮，C++語言在保留指針的同時又增加了安全性的操作，但同時也帶來了編程復雜度的提升。C語言利用僅有的9類控制語句，完成所有的編程操作，涵蓋了高級語言中常見的循環(huán)、判斷以及選擇控制類型，相對簡單的編寫模式，各大高校往往將C語言作為計算機編程的入門語言，同時作為典型的過程式編程是區(qū)別于面相對象編程的代表。另外C語言與其他高級語言一樣，同樣具有相當豐富的函數庫作為支撐，為開發(fā)人員完成特點的工作提供便利。
1.2執(zhí)行效率較高，支持結構化開發(fā)
C語言作為一種介于底層匯編語言和高級語言之間的過渡性語言，具有較高的代碼執(zhí)行效率，除了操作基本的數據類型之外，C語言支撐對位、字節(jié)、以及地址的操作，從而實現了計算機基本單元數據的操作，常見的Windows操作系統(tǒng)、Linux操作系統(tǒng)都是利用C語言開發(fā)的(也有匯編語言編寫的部分模塊)，C語言編寫效率高于匯編語言，編程的工作量、可讀性以及調試過程都低于匯編語言，據相關數據統(tǒng)計C語言的目標代碼效率緊緊比匯編語言低10%到20%左右。C語言支持函數、結構體類型，這是編程模型中結構化編程實現的基本條件，利用函數C語言可以將數據操作進行封裝處理，而利用結構體可以將不同的數據結構進行組合，這與高級語言中類的描述具有一定的相似之處，結構化的語言設計使得C語言可以廣泛適用各種開發(fā)需求，大幅度提升編程效率。除此之外，由于標準化工作的展開，C語言在異構機器上的代碼修改量相對較低，高達85%以上的代碼都是通用的，這也是C語言高移植性的重要體現。
1.3C語言的不足之處
任何一種語言都不是完美的，同樣的C語言也有自身的缺點，主要體現在兩個方面，其一是數據的封裝性問題，C語言的數據封裝多由結構體類型予以實現，沒有Java、C++等高級語言直接提供的封裝類型，需要編程開發(fā)人員自身進行實現，對于編程難度以及編程效率提出了較高的要求，同時由于不安全指針的使用，容易造成內存泄露等問題，這都是不恰當數據封裝造成的；其二，C語言相對難以掌握，這里的掌握是指一些C語言應用方面的開發(fā)能力，與其簡單的學習不是一個概念，C語言中對于語法的規(guī)定限制都是相對寬松，以常見的數組操作為例，其對數組下標就不進行檢查，緩沖區(qū)溢出往往也由此引發(fā)，安全問題也由此引發(fā)，因此要想編寫健壯性的C語言程序需要大量的學習和應用，相較于其他高級語言的學習具有一定的困難。
2C語言應用特點介紹
2.1直接內存訪問應用特點——在操作系統(tǒng)軟件開發(fā)中的應用
根據上文的論述，不難發(fā)現C語言具有較好的可移植性以及極好的執(zhí)行效率，現在常見的操作系統(tǒng)諸如Linux基本上都是由C語言+少量的匯編語言來編寫的(匯編語言在BOOT初始化時進行使用，代碼量極少)。主要是由于C語言在編寫操作系統(tǒng)時有與生俱來的優(yōu)勢，操作系統(tǒng)對于內存管理是非常重要的，以Java之類運行于虛擬機之上的編程語言無法直接對內存進行操作和管理，C語言具有非常大的開發(fā)優(yōu)勢，當然其他諸如B語言也曾經用于開發(fā)操作系統(tǒng)。另外，用C語言開發(fā)操作系統(tǒng)也有一定的歷史淵源，畢竟操作系統(tǒng)服務于頂層的應用程序，應用程序開發(fā)需要遵循歷史慣例，畢竟要想支撐如此海量的上層應用程序，脫離當前主流開發(fā)語言也是不現實的。總之，現階段在操作系統(tǒng)領域的開發(fā)C語言可以說是一支獨大，具有廣泛的應用前景。
2.2操作底層硬件的應用特點——嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中C語言的應用
隨著移動互聯網技術和物聯網技術的發(fā)展，嵌入式開發(fā)逐漸變得火爆起來，一般意義的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)都是基于操作系統(tǒng)層次之上的應用軟件開發(fā)，C語言的應用同樣側重于兩個方面，其一，硬件設備設備的驅動開發(fā)，這是目前C語言在嵌入式領域最為廣泛應用場景，嵌入式系統(tǒng)需要將各種傳感設備、控制設備整合于嵌入系統(tǒng)之中，離不開驅動程序作為軟件支撐，C語言由于可以直接操作硬件設備，通過地址訪問的形式進行硬件控制，完成硬件操作，有了驅動程序的支撐，應用程序根據驅動程序獲取到的數據，再服務于上層應用程序，完成最終客戶需求；其二，服務于直接用戶的應用程序，常見嵌入式應用程序開發(fā)包括C+QT+Sqlite等，其中QT可以看成是第三方的圖形庫函數，而Sqlite作為微型數據庫存放結構化對數據，實現圖形界面的應用程序開發(fā)，相較于應用程序的驅動程序開發(fā)的應用范圍更加廣闊。
2.3簡潔、高性能應用特點——C語言在數值計算方面的應用
運行效率以及編碼的方便性使得在數值計算領域C語言同樣有著廣泛的應用，數值計算主要是利用計算機技術對數學問題進行求解(或近似求解)的應用，充分發(fā)揮計算機高效、準確以及快速的性能特點，常見的數值運算領域對于C語言的應用包括算法的編制，即利用C語言對計算方法和過程予以描述，實現求解過程以及C語言對求解程序的編制，調用算法函數實現普遍性計算的過程。除此之外，在應用C語言進行數值計算的時候還可以借助第三方的數值計算類庫，實現一些特殊的計算要求，滿足人們對于數學計算函數需求?？傊?，在數學科學研究方面C語言同樣有著極其廣泛的應用。
2.4高性能的應用特點——C語言應用于性能要求苛刻的應用開發(fā)
在一些對于性能要求嚴苛的領域，C語言同樣發(fā)揮著重要的作用，常見的如網絡協(xié)議的實現、網絡底層應用開發(fā)都是基于C語言編寫的，C語言具有高效的特點，其編寫的底層程序可以直接嵌入到操作系統(tǒng)中充當單獨的應用模塊對上提供應用支持，這是其他高級語言不具備的語言特性。另外，一些對于實時性要求較高，例如地圖數據更新和實時查詢的底層實現往往都是由C語言進行實施的。由此可見，應用程序功能的實現以及編程語言的選擇往往都是基于計算機編程語言的特性予以實施的，很難想象利用C語言進行Web網絡程序的開發(fā)。
2.5強大的數據處理能力、易學性的特點——C語言在其他領域的應用
除了上述幾個方面，C語言在其他領域也都有著廣泛的應用，例如教育領域，高校計算機編程語言教學中C語言往往將作為啟蒙語言、ACM編程比賽對于算法的表述C語言占據了很大的比例；另外在圖形領域，C語言借助于第三方的類庫實現圖形繪制、制作動畫效果、3D效果圖等；在游戲開發(fā)領域C語言也具有廣泛的應用在此就不一一的進行列舉了?？傮w而言，C語言作為一種計算機編程語言，在各行各業(yè)都有著極其廣泛的應用，但是根據其語言特征，往往更多的將其應用于底層操作系統(tǒng)、嵌入系統(tǒng)、數值計算以及對性能要求相對嚴苛的領域，而諸如Web領域、Windows桌面程序的開發(fā)往往由Java、C++、C#等高級語言進行實施。
根據C語言應用特點，本文認為在未來相當長的時間范圍內，C語言仍舊是主流的計算機編程語言，仍然會占據TIOBE編程語言排行榜的前列，但值得關注的是隨著C#、Java以及C++等編程語言在應用程序以及Web開發(fā)領域的廣泛應用，C語言未來在面向用戶的應用軟件開發(fā)方向可能會逐漸弱化，其地位會隨著操作系統(tǒng)以及底層硬件設備豐富度的提升得到進一步的鞏固，畢竟利用C語言進行底層軟件的開發(fā)具有相當的技術優(yōu)勢?？傊魏尉幊陶Z言的興起和發(fā)展都伴隨著技術潮流的進步和市場發(fā)展的方向與時俱進的。
4小結
C語言是一種編譯型的語言(區(qū)別于解釋型編程語言)，介于高級語言和底層的匯編語言之間，具有直接操作計算機硬件設備的能力，常用于計算機操作系統(tǒng)、驅動程序、數值計算以及應用程序的開發(fā)，本文結合C語言實際應用場景，以計算機C語言為主要內容，分別從C語言的產生、C語言特點以及C語言應用特點等方面進行主要的論述，為讀者更好的了解、掌握和應用C語言，高效的利用C語言進行計算機程序的開發(fā)和使用提供參考。
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作者:鄭洋 單位:拉薩師范高等專科學校
