C與跨平臺(tái)開(kāi)發(fā)

在眾多高級(jí)編程語(yǔ)言中，C語(yǔ)言歷史悠久，且生命力旺盛，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用開(kāi)發(fā)兼具，是信息技術(shù)發(fā)展的一把利器。這里簡(jiǎn)單介紹一下C語(yǔ)言的發(fā)展及其對(duì)跨平臺(tái)開(kāi)發(fā)的影響。

C語(yǔ)言

C語(yǔ)言是在1969到1973年間，由貝爾實(shí)驗(yàn)室的 Dennis Ritchie 最初為重寫(xiě)unix操作系統(tǒng)而開(kāi)發(fā)的，它成功替代了匯編語(yǔ)言開(kāi)發(fā)操作系統(tǒng)的模式，隨后得到了廣泛飛速的發(fā)展。由于幾大流行操作系統(tǒng)的內(nèi)核（Linux、Windows等）都是由C開(kāi)發(fā)的，所以稱之為系統(tǒng)編程語(yǔ)言，其能力不局限于系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。常見(jiàn)的高級(jí)編程語(yǔ)言或腳本語(yǔ)言，像Java、Python、Perl和PHP等都是應(yīng)用類(lèi)編程語(yǔ)言，對(duì)開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，由這些語(yǔ)言編寫(xiě)的代碼，不存在運(yùn)行平臺(tái)的問(wèn)題，很多高級(jí)語(yǔ)言也是由C來(lái)編寫(xiě)的。

而與眾多流行的高級(jí)編程語(yǔ)言相比，C語(yǔ)言是一種與平臺(tái)真正相關(guān)的編程語(yǔ)言（C++可以認(rèn)為是C的超集）。編譯工具將C源代碼翻譯成某種機(jī)器指令集的二進(jìn)制程序，這種程序只能在相應(yīng)的操作系統(tǒng)和硬件平臺(tái)上運(yùn)行。Java程序則僅需一次編譯，就可到處運(yùn)行，與具體的硬件平臺(tái)無(wú)關(guān)，唯一條件就是該平臺(tái)上得有java虛擬機(jī)。

跨平臺(tái)開(kāi)發(fā)

跨平臺(tái)開(kāi)發(fā)，是指一套代碼（或者一種業(yè)務(wù)）在多個(gè)平臺(tái)上運(yùn)行的編程方式，也是一種開(kāi)發(fā)技巧。平臺(tái)就是業(yè)務(wù)運(yùn)行的環(huán)境，Windows、Linux和Unix等就是最典型的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)平臺(tái)，還有像瀏覽器IE、Chrome和Firefox等是一類(lèi)應(yīng)用平臺(tái)；這些“平臺(tái)”也有自己的運(yùn)行“平臺(tái)”，Windows可以運(yùn)行在x86、amd64和arm等硬件平臺(tái)上，Linux可以跑的更多；這里討論的平臺(tái)指操作系統(tǒng)，涉及的平臺(tái)分Windows和Unix-like。各種Unix和各種Linux視為同宗，Portable Operating System Interface (POSIX)這套規(guī)范在Unix-like上表現(xiàn)的較為一致，Windows上也有支持，但其上的Win32 API功能更為豐富。

跨平臺(tái)開(kāi)發(fā)當(dāng)然是為了滿足業(yè)務(wù)發(fā)展的需要而進(jìn)行的，當(dāng)你的軟件在Windows上已運(yùn)行良好，但隨Linux市場(chǎng)的興起，你不得不開(kāi)發(fā)Linux上的產(chǎn)品，在Linux平臺(tái)上重造一個(gè)“輪子”，業(yè)務(wù)與Windows上運(yùn)行的軟件沒(méi)有差異，只是換了個(gè)平臺(tái)而已。由于平臺(tái)的差異，操作系統(tǒng)提供的接口不同，開(kāi)發(fā)人員根據(jù)不同的系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)相同的業(yè)務(wù)需求。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，自然而然地出現(xiàn)一種抽象層，將業(yè)務(wù)和運(yùn)行平臺(tái)進(jìn)行分離。

像Java這樣的高級(jí)語(yǔ)言可以算是高級(jí)抽象，使用這些應(yīng)用類(lèi)語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)軟件不用考慮平臺(tái)，只需關(guān)注業(yè)務(wù)，這是一種比較常用的開(kāi)發(fā)模式。這樣似乎沒(méi)有必要使用C來(lái)做應(yīng)用開(kāi)發(fā)，但在實(shí)踐當(dāng)中，許許多多的基礎(chǔ)部件：數(shù)據(jù)庫(kù)MySql、WEB服務(wù)器Apache等都是C來(lái)開(kāi)發(fā)的，因?yàn)镃開(kāi)發(fā)的軟件開(kāi)銷(xiāo)少、運(yùn)行效率高。

跨平臺(tái)問(wèn)題

C語(yǔ)言本應(yīng)該是跨平臺(tái)的，幾乎每個(gè)平臺(tái)都原生支持C開(kāi)發(fā)環(huán)境。由于C編譯器實(shí)現(xiàn)的差異性和操作系統(tǒng)的多樣性，導(dǎo)致用C開(kāi)發(fā)應(yīng)用時(shí)存在跨平臺(tái)運(yùn)行問(wèn)題。

有必要說(shuō)一下C語(yǔ)言的幾個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)化

K&R C

經(jīng)典C，事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，許多編譯器的最低標(biāo)準(zhǔn)要求

C89

標(biāo)準(zhǔn)C，大部分C代碼都是C89兼容的

C99

引入了非常多的新特性，有較多的c編譯器提供支持，gcc就支持的很好，但微軟公司對(duì)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)不那么熱心，其集成開(kāi)發(fā)工具Visual Studio 2013才開(kāi)始比較良好地支持C99特性，這也成了軟件從Linux系統(tǒng)移植到Windows平臺(tái)的一個(gè)障礙。

新特性有：

宏定義支持取可變參數(shù) #define Macro(…) _VAARGS

使用宏定義時(shí)，允許省略參數(shù)，被省略的參數(shù)會(huì)被擴(kuò)展成空串

增加了內(nèi)聯(lián)函數(shù)

支持不定長(zhǎng)的數(shù)組，即數(shù)組長(zhǎng)度可以在運(yùn)行時(shí)決定，比如利用變量作為數(shù)組長(zhǎng)度。聲明時(shí)使用 int a[var] 的形式。

變量聲明不必放在語(yǔ)句塊的開(kāi)頭，隨用隨定義；for 語(yǔ)句常寫(xiě)成 for(int i=0;i<100;++i) 的形式，即i 只在 for 語(yǔ)句塊內(nèi)部有效；微軟的一些編譯器不支持這樣的書(shū)寫(xiě)方式。

允許在 struct 的最后定義的數(shù)組不指定其長(zhǎng)度，寫(xiě)做 type name[] 的形式，主要用在不定長(zhǎng)結(jié)構(gòu)體的定義中，這個(gè)特性在應(yīng)用中較為常見(jiàn)；

結(jié)構(gòu)定義

struct vectord { size_t len; double arr[]; // the flexible array member must be last };

這樣使用

//申請(qǐng)內(nèi)存尺寸 sizeof(struct) + array_len*sizeof(array element) struct vectord *vector = sizeof(struct vectord) + array_len*sizeof(double); vector->len = ...; for (int i = 0; i < vector->len; i++) vector[i] = ...

初始化結(jié)構(gòu)的時(shí)候允許對(duì)特定的元素賦值，形式為：

(微軟的一些編譯器同樣不支持。)

struct test{int a[3]，b;} foo[] = { [0].a = {1}, [1].a = 2 }; // 3,4 是對(duì) .c,.d 賦值的 struct test{int a, b, c, d;} foo = { .a = 1, .c = 3, 4, .b = 5 };

其他標(biāo)準(zhǔn)

C11等，如果是跨平臺(tái)開(kāi)發(fā)，似乎可以無(wú)視最近標(biāo)準(zhǔn)引入的新特性了。

我們?cè)谟肅進(jìn)行開(kāi)發(fā)時(shí)，盡量使用C89標(biāo)準(zhǔn)和部分C99特性，在需要依賴操作系統(tǒng)平臺(tái)特性時(shí)，通過(guò)宏來(lái)控制相應(yīng)平臺(tái)上的特殊代碼——

#if defined(_WIN32)

#define WIN32_LEAN_AND_MEAN

#include

#else

#include

#if defined(unix)

#include

#endif

#endif

#if defined(_WIN32)

#elif defined(_AIX)

#include

#include …

#elif defined(linux) …

#elif defined(__sun) && defined(__SVR4)…

#endif

宏定義是C語(yǔ)言的一個(gè)特色，功能很多；可以利用它針對(duì)特定平臺(tái)編譯特定代碼，其他平臺(tái)的代碼不會(huì)編譯連接到執(zhí)行文件中，這樣產(chǎn)生的程序規(guī)模就會(huì)小很多，同時(shí)產(chǎn)生了平臺(tái)依賴。而java程序，如果要執(zhí)行特定平臺(tái)的業(yè)務(wù)，需要在運(yùn)行時(shí)來(lái)檢查當(dāng)前運(yùn)行的環(huán)境，再來(lái)做出選擇。

當(dāng)然，我們是站在巨人肩膀上進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)的，不用親自實(shí)現(xiàn)每項(xiàng)功能，在開(kāi)源世界里有許許多多通用的、成熟的工具庫(kù)可以使用。

NSPR (NetScape Portable Runtime)

它為非GUI(圖形界面)開(kāi)發(fā)提供了一套平臺(tái)獨(dú)立的系統(tǒng)工具庫(kù)，涉及的內(nèi)容包括：

NSPR的目標(biāo)是在各個(gè)操作系統(tǒng)環(huán)境提供統(tǒng)一的API，它不是努力輸出各個(gè)操作系統(tǒng)的最廣泛特性，而是提供最優(yōu)解或者說(shuō)是最佳實(shí)踐，這些功能是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的共有特性。如果出現(xiàn)新的操作系統(tǒng)，將NSPR移植到新平臺(tái)的成功率是非常高的，主流系統(tǒng)NSPR均有支持。瀏覽器Firfox就用到了它。

該庫(kù)雖歷史悠久，但生命力強(qiáng)盛。接口設(shè)計(jì)的比較穩(wěn)定，具有很好的二進(jìn)制兼容性。

線程

線程同步

文件和網(wǎng)絡(luò)IO

時(shí)間

內(nèi)存管理

共享庫(kù)處理

APR(Apache Portable Runtime)

Apache的跨平臺(tái)庫(kù)，除了基本的操作系統(tǒng)抽象外，還提供了比較豐富的工具。

OpenSSL

網(wǎng)絡(luò)安全通訊庫(kù)

libcurl

客戶端網(wǎng)絡(luò)通信開(kāi)發(fā)庫(kù)，支持非常多的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，HTTP(S)、FTP(S)、POP3、SCP和SMTP等等。

很多工具庫(kù)首先以C(或C++)的形式出現(xiàn)，然后再為其他高級(jí)語(yǔ)言提供功能擴(kuò)展。

跨平臺(tái)開(kāi)發(fā)，除了語(yǔ)言層面上的，還有編譯工具鏈的問(wèn)題，涉及如何建立工程文件，使用什么編譯器等等。CMake系統(tǒng)可以幫助解決跨平臺(tái)工程文件構(gòu)建問(wèn)題，先為平臺(tái)生成對(duì)應(yīng)開(kāi)發(fā)環(huán)境的工程文件，再由平臺(tái)上的編譯工具進(jìn)行編譯；為可以生成 Visual Studio 工程文件，也可以為Unix-like系統(tǒng)生成Makefile。

小結(jié)

C語(yǔ)言既可進(jìn)行操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，也可進(jìn)行應(yīng)用開(kāi)發(fā)，適用范圍廣泛，對(duì)C開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，想象力限制了開(kāi)發(fā)能力。但它不是馬斯洛大錘，所要解決的問(wèn)題也不都是釘子。在實(shí)踐中，需要在軟件運(yùn)行速度和開(kāi)發(fā)效率等問(wèn)題上取得平衡。（徐品華 | 天存信息）

Ref

C (programming language)

Flexible array member

Mozilla-About_NSPR

CMake

C 語(yǔ)言 HTTP 開(kāi)發(fā)者 網(wǎng)絡(luò)

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