计算机史与C

MULTICS 和 CP/M

​MULTICS 和 CP/M 虽然没有直接的前身，但它们都站在了当时计算机技术的前沿。 ​MULTICS 更多地关注大型计算机系统，而 CP/M 则面向个人计算机市场。

​早期批处理系统: 计算机只能顺序执行作业。 ​MULTICS: 多用户、多任务分时系统，对 Unix 产生了深远影响。 ​Unix: 从 MULTICS 分支出来，强调可移植性、多用户、多任务。 ​CP/M: 为 8 位微型计算机设计的操作系统，是 DOS 的前身。 ​DOS: 基于 CP/M 开发，面向个人计算机。

个人计算机市场

​20世纪70年代，个人计算机开始逐渐走进人们的生活。这些早期的计算机硬件资源有限，需要一个简单高效的操作系统来管理。 ​命令行界面： 当时的计算机主要通过命令行的方式进行操作，用户需要输入特定的指令来完成各种任务。

DOS（Disk Operating System，磁盘操作系统）

起源

86-DOS：

1980年，Seattle Computer Products公司开发了86-DOS操作系统，这是DOS的雏形。86-DOS运行在Intel 8086处理器上，并提供了一些基本的磁盘管理和文件操作功能。

微软的介入：

微软公司看中了86-DOS的潜力，购买了其授权，并对其进行了改进和扩展，推出了MS-DOS（Microsoft Disk Operating System）。

特点：

​①单用户单任务操作系统： 只能由一个用户使用，并且一次只能运行一个程序。 ​②命令行界面： 用户通过输入命令与计算机交互，没有图形界面。 ​③面向磁盘操作： DOS 的主要功能是管理磁盘上的文件和程序。 ​④代表： MS-DOS 是最著名的 DOS 操作系统，曾广泛应用于个人计算机。 ​⑤历史地位：DOS 在个人计算机普及初期扮演了重要的角色，为后来的 Windows 操作系统奠定了基础。

Windows 1.0 的诞生

​最早的 Windows 操作系统是 1985年 发布的 Windows 1.0。

​在 Windows 1.0 之前，个人计算机主要使用的是命令行界面，比如 DOS。用户需要输入复杂的命令才能操作计算机。随着计算机技术的不断发展，人们对更加直观、方便的操作界面产生了需求。

​Windows 1.0 的出现正是为了满足这种需求。 它提供了一个图形用户界面（GUI），用户可以通过点击鼠标和图标来操作计算机，大大降低了使用门槛。

大型计算机系统

UNIX

起源：UNIX 起源于 1969 年，由贝尔实验室的 Ken Thompson 和 Dennis Ritchie 等人开发。它最初是为多用户、分时系统设计的操作系统。

linux

​linux的开发始于1991年 作者是Linus目的在于创建一个自由、开源的Unix-like操作系统内核，以便用户能够在个人计算机上运行类似Unix的环境

linux本身并不是一个完整的操作系统，而是一个 操作系统内核。内核是操作系统的心脏，负责管理系统资源、进程调度等底层任务。 开源性 是 Linux 的核心特点，这使得它成为了一个非常灵活和强大的平台。

Ubuntu: 基于Linux的桌面操作系统

Ubuntu 是一个基于 Linux 内核的 完整的操作系统。它在 Linux 内核的基础上，添加了桌面环境、软件包管理系统、以及大量的预装软件，形成了一个可以直接使用的操作系统。 Ubuntu 以用户友好、易于安装和使用而著称，非常适合个人用户和开发者。 Debian 是 Ubuntu 的基础，它也是一个非常流行的 Linux 发行版。

CentOS: 基于RHEL的企业级Linux发行版

CentOS 也是一个基于 Linux 内核的完整的操作系统，但它与 Ubuntu 有所不同。 CentOS 是 Red Hat Enterprise Linux (RHEL) 的社区版，它与 RHEL 在功能上几乎完全兼容，但完全免费。 CentOS 更注重稳定性和安全性，因此非常适合用于服务器环境。

三者关系总结

Linux 是一个内核，提供操作系统的底层功能。 Ubuntu 和 CentOS 都是基于 Linux 内核构建的完整的操作系统。 Ubuntu 更面向桌面用户，而 CentOS 更面向服务器用户。

Basic语言：

1960早年代的一种教育普及语言。 Basic语言作为一种教育语言 与后来的系统编程关系不大 。

B语言

在1960年代 贝尔实验室参与了Multics（Multiplexed Information and Computing Service）操作系统的开发。这个项目的目标是创造一个强大、复杂的多用户操作系统。

虽然Multics在功能上非常先进 但其复杂性使得开发和维护变得困难。在Multics项目中 肯·汤普逊（Ken Thompson）和其他开发者逐渐意识到 需要一个更简单、更易于实现的操作系统。

1969年 汤普逊开始开发Unix 这个新系统的设计理念是简单性和模块化。为了支持Unix的开发而设计的 提供一种更简洁的编程语言 以便快速开发和修改系统软件，B语言诞生了。

B语言的语法和结构都经过简化 适合在当时的计算机资源有限的环境下使用。由于B语言的简单性和灵活性 它成为了Unix系统早期版本的主要编程语言。在B语言的使用过程中 开发者发现B语言的功能有限 特别是在处理数据类型和复杂结构方面。

C语言

介绍

C语言的主要目标是为Unix系统提供一种更强大和灵活的编程语言 能够更有效地进行系统编程。 它引入了类型系统、结构体、指针等概念 增强了对系统资源的控制能力(手动管理内存)。

C语言最初在1972年用于重写Unix操作系统的核心部分 使得Unix能够更容易地移植到不同的计算机硬件上。C 语言是与 UNIX 操作系统一起被开发出来的 但它不只支持UNIX。 C语言是一门面向过程的计算机编程语言 与C++、C#、Java、Python等面向对象编程语言有所不同。

特点

①直接操作硬件： C语言允许程序员直接操作硬件，包括内存、寄存器等，这对于需要精细控制硬件的嵌入式系统来说非常重要。 ②执行效率高： C语言编译生成的代码执行效率高，占用系统资源少，这对于资源有限的嵌入式设备来说至关重要。 ③接近汇编语言： C语言的语法相对简单，但又保留了部分汇编语言的特性，可以实现对硬件的精细控制。

不是面向对象语言的原因：

​ C语言虽然有结构体 但它本质上并不是面向对象语言 这主要是因为它缺少面向对象编程的几个核心特性。

①没有类和对象的概念：

C语言的结构体虽然可以用来组织数据，但它不是真正的类。

类是面向对象编程的核心概念，它不仅包含数据 还包含操作这些数据的函数（方法）。C语言中没有对象这个概念 结构体只是一个数据集合。

②不支持继承和多态：

继承是面向对象编程中非常重要的特性 它允许一个类继承另一个类的属性和方法。C语言的结构体不支持继承。 ​多态是指不同对象对同一消息做出不同响应的能力。C语言也没有直接支持多态的机制。

③没有封装性：

封装是将数据和操作数据的方法结合在一起形成一个独立的单元。C语言的结构体虽然可以封装数据，但不能很好地封装方法。

GNU

GNU是一个项目，是一个开发大量免费Unix软件的集合。

为什么叫GNU呢？起名就是 GNU IS NOT Unix。其中GNU的编译器集合，又叫GCC。

Gcc在委员会指导下，它的C编译器紧跟C标准，有各种版本以适应不同硬件平台和操作系统。如unix linux windows

GCC、LLVM 和 Clang 是编译器领域的三大巨头，它们之间有着密切的联系。

GCC（GNU Compiler Collection）

​① 历史最悠久： GCC 是一个功能强大、性能优异的编译器套件，支持多种编程语言，包括 C、C++、Objective-C、Fortran 等。 ​② 开源： GCC 是一个开源项目，经过多年的发展，拥有庞大的用户社区和丰富的生态系统。 复杂性高： 由于历史悠久，GCC 的代码库非常庞大且复杂，这使得它的维护和扩展变得困难。

LLVM（Low Level Virtual Machine）

​① 模块化设计： LLVM 采用模块化的设计，将编译过程分为前端、优化器和后端三个阶段。这种设计使得 LLVM 具有高度的灵活性，可以支持多种编程语言和硬件平台。 ​② 中间表示（IR）： LLVM 引入了中间表示（IR），这是一种类似于汇编语言的低级语言，但具有更强的表达能力。IR 使得 LLVM 可以进行更高级的优化。 ​③ 可扩展性强： LLVM 的架构非常灵活，可以方便地添加新的前端和后端，支持新的编程语言和硬件平台。

Clang

① LLVM 前端： Clang 是 LLVM 的一个前端，主要用于编译 C、C++ 和 Objective-C 语言。 ② 性能优异： Clang 的编译速度比 GCC 更快，错误提示也更加友好。 ③ 模块化设计： Clang 继承了 LLVM 的模块化设计，具有高度的灵活性。

三者之间的关系

① Clang + LLVM = GCC 的替代品： Clang 和 LLVM 的组合可以作为一个完整的编译器，在很多方面都优于传统的 GCC。 ② LLVM 是一个基础设施： LLVM 提供了一个强大的编译器基础设施，Clang 是基于 LLVM 的一个前端。 ④ GCC 兼容 LLVM： GCC 也可以使用 LLVM 作为后端，这使得 GCC 可以受益于 LLVM 的优化和扩展能力。

总结

GCC 是一款成熟稳定的编译器，但其复杂性限制了它的发展。 LLVM 提供了一个灵活的编译器基础设施，具有良好的可扩展性。 Clang 是一个基于 LLVM 的高性能编译器前端，在编译速度和错误提示方面表现出色。

在选择编译器时，可以根据以下因素进行考虑：

1.项目需求： 如果需要支持多种编程语言或进行复杂的优化，LLVM 是一个不错的选择。 2.编译速度： 如果对编译速度有较高要求，Clang 是一个很好的选择。 3.生态系统： GCC 拥有庞大的生态系统，而 LLVM 的生态系统也在不断发展。

总的来说，LLVM 和 Clang 的出现为编译器领域带来了新的活力，它们正在逐渐取代 GCC 的地位。

MinGW

全称: Minimalist GNU for Windows

C编译器不是windows的标准软件包的一部分，你需要从网上下载(如MinGW)，以便于在pc上使用命令来操作GCC编译器

作用: 将 GCC 编译器移植到了 Windows 平台上，使得我们在 Windows 系统上可以使用 GCC 来编译 C/C++ 代码。 特点: ① 提供了在 Windows 上使用 GCC 的接口。 ② 包含了 Win32 API，使得编译出来的程序可以在 Windows 环境下运行。

CMake

作用: 一个跨平台的构建工具，用于生成特定平台的构建文件（如 Makefile、Visual Studio 项目文件等）。 特点: ① 编写 CMakeLists.txt 文件来描述项目结构和编译规则。 ② 可以根据不同的平台和编译器生成相应的构建文件。 ③ 简化了项目构建过程，提高了可移植性。

GCC（全称: GNU Compiler Collection）

作用: 一个功能强大的编译器套件，用于将 C、C++ 等高级语言编译成机器码。 特点: ① 开源免费，支持多种编程语言。 ② 编译优化能力强，生成高效的机器码。

三者之间的关系

CMake 生成构建文件，GCC 执行编译: CMake 通过解析 CMakeLists.txt 文件，生成适合当前平台的构建文件（如 Makefile）。然后，构建工具（如 make）会根据生成的构建文件调用 GCC 编译器来编译源代码。 Mingw 提供 GCC 在 Windows 上的运行环境: Mingw 将 GCC 移植到了 Windows 平台上，使得我们可以使用 CMake 生成针对 Mingw 的构建文件，然后使用 Mingw 提供的 GCC 编译器来编译我们的项目。

流程

1.Cmake读取cmakeList.txt文件，确定结构、源码文件和依赖项目 2.Cmake根据系统环境和选定的编译器(minGW) 生成对应的构建文件(MakeFile) 3.minGW通过make命令调用gcc或g++

g++

g++介绍 1.C++ 编译器的代名词： 由于 g++ 在 C++ 社区中非常流行，以至于很多人将 g++ 等同于 C++ 编译器。 2.简单易用： g++ 的命令行选项相对简单，易于上手，所以被广泛使用。 3.开源免费： 作为 GCC 的一部分，g++ 也是开源免费的，这使得它成为了很多开源项目的首选编译器。

g++ 与 GCC 的关系 1.g++ 是 GCC 的一部分： g++ 是 GCC 中专门用于编译 C++ 代码的编译器。 2.功能重叠： 实际上，gcc 和 g++ 可以用来编译 C++ 代码。之所以有 g++，主要是为了方便用户记忆和使用。

ISO： ISO（International Organization for Standardization，国际标准化组织）

ANSI ： ANSI（American National Standards Institute，美国国家标准协会） ANSI C也就是美国国家标准协会发布的C语言的标准，因为这个东西本来就是人家创建的，所以他说的就是标准，就是这么简单。

C标准 下面说的各个C语言的发布版本都是C语言的标准，只是版本的更迭

• C89 1983年，美国国家标准协会（ANSI）成立了一个委员会 X3J11 ，以建立C的标准规范。

• C90 1990年，国际标准化组织（ISO）采用了ANSI C标准（格式有所更改），称为 ISO / IEC 9899：1990 ，也称为 C90 。所以 C89 和 C90 几乎上是同一个标准，本来 C89 是 ANSI 在83创建的，然后在90年 ISO 采用了这套标准。

• C99 进一步修订 C 标准，于1999年发布 ISO / IEC 9899：1999 ，通常被称为 C99 。引入了一些新的特性。比如内联函数，几种新的数据类型等等。

• C11 2011年12月8日正式发布， C11 标准为 C 和库添加了许多新功能，包括类型通用宏，匿名结构，改进的 Unicode 支持，原子操作，多线程和边界检查功能。它还使现有 C99 库的某些部分可选，并提高了与 C ++ 的兼容性。

C标准不仅描述c语言，还描述如何执行c域处理器，c标准库有哪些函数以及详述这些函数的工作原理。C域处理器在程序执行之前查看程序，故称之为预处理器。根据程序中的预处理器操作，预处理器把符号缩写替换成其表示的内容。预处理器可以包含程序所需的其他文件。基本上他的工作是把一些文本转换成另外一些文本。