C語言編程及調(diào)試技巧研究

朱敬涵

摘 要 隨著計算機(jī)技術(shù)、人工智能及物聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，各種編程語言層出不窮，如Java、Python、C#、PHP、JavaScript和Ruby語言等。由于C語言功能強(qiáng)大、可移植性強(qiáng)，因此盡管出現(xiàn)了很多功能強(qiáng)大的編程語言，但C語言從來沒有被拋棄過，且一直深受大眾青睞，應(yīng)用非常廣泛。文章首先簡單介紹了C語言的概念，闡述了C語言的優(yōu)勢，然后探討了C語言的編程技巧，最后提出了C語言的調(diào)試技巧。

關(guān)鍵詞 C語言；編程；技巧；研究

中圖分類號 TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）222-0080-02

雖然在C語言之后產(chǎn)生了大量的編程語言，然而大多語言都沒有實(shí)現(xiàn)自舉，僅有為數(shù)不多的編程語言實(shí)現(xiàn)了自舉，如C語言和Go語言等，而且Go語言早期版本也是用C語言開發(fā)的。目前，很多資料表明，有非常多的編程語言都是基于C語言開發(fā)的，因此，適時進(jìn)行C語言編程技巧研究具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 C語言概述

所謂C語言，是指誕生于20世紀(jì)70年代的一種計算機(jī)編程語言，相對匯編語言來說屬于一種高級語言，是一種可以用來進(jìn)行結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的面向過程的編程語言。由于C語言是目前世界上最流行的編程語言之一，而且是一種較為基礎(chǔ)的編程語言，因此目前很多高校計算機(jī)相關(guān)專業(yè)都開設(shè)“C語言程序設(shè)計”課程，同時也有非常多的非計算機(jī)專業(yè)的編程愛好者自學(xué)C語言。由于C語言不僅擁有高級語言的特點(diǎn)，還發(fā)揚(yáng)了匯編語言的一些特征，因此無論開發(fā)臺式電腦軟件，還是開發(fā)單片機(jī)及嵌入式程序，使用C語言都能輕松應(yīng)對。

2 C語言的優(yōu)勢

1）語法眾多。C語言的語法規(guī)則較多，包括運(yùn)算符、關(guān)鍵字及指針等語法規(guī)則，例如程序都是從main函數(shù)開始，一行可以包含多條語句，也可以將一個語句寫成多行，語句必須以分號結(jié)尾。

2）高效靈活。雖然C語言語法規(guī)則較多，但其語法限制不是十分嚴(yán)格，程序書寫較為自由，除了具有高級語言的特點(diǎn)，又同時具有低級語言的實(shí)用性，能夠像匯編語言一樣直接訪問計算機(jī)硬件，因此能夠高效靈活的運(yùn)行。

3）表達(dá)力強(qiáng)。C語言的表達(dá)能力非常強(qiáng)，主要體現(xiàn)為以下幾個方面：第一，C語言具有多種運(yùn)算符，多達(dá)44種。第二，C語言可以采用多種方式表達(dá)問題的解決方案。第三，C語言的部分?jǐn)?shù)據(jù)類型可以通用，例如整型和邏輯型數(shù)據(jù)。

4）高移植性。C語言的可移植性非常高，采用C語言編寫的程序可以在不同的機(jī)器上進(jìn)行編譯及運(yùn)行。在某一計算機(jī)上編寫的C語言程序，往往不加修改或稍加修改就可以在其他計算機(jī)上運(yùn)行。

5）數(shù)據(jù)類型豐富。C語言的數(shù)據(jù)類型非常豐富，具體包括以下幾類：第一，基本類型，C語言的基本類型主要包括數(shù)值型和字符型，其中數(shù)值型又包括整型和浮點(diǎn)型。第二，構(gòu)造類型，C語言的構(gòu)造類型主要包括數(shù)組、結(jié)構(gòu)體、共用體和枚舉類型等。第三，指針類型，C語言的指針類型非常重要，其應(yīng)用非常廣泛。第四，空類型。

6）結(jié)構(gòu)性強(qiáng)。C語言結(jié)構(gòu)性強(qiáng)，具體表現(xiàn)為以下幾個方面：第一，C語言是結(jié)構(gòu)式語言，能有效分隔代碼和數(shù)據(jù)。第二，C語言可以使得語句層次結(jié)構(gòu)更清晰。第三，C語言還能通過多種循環(huán)及條件語句控制程序邏輯，使得程序的各部分相對獨(dú)立。

7）完善的內(nèi)存儲器。C語言具有強(qiáng)大的內(nèi)存訪問功能，允許程序直接讀寫物理存儲空間，還可以直接對硬件進(jìn)行訪問，可以用來編寫系統(tǒng)軟件。

8）應(yīng)用廣泛。C語言不僅具有高級語言的易懂特性，還能像匯編語言那樣直接訪問硬件，而且可移植性非常高，因此一直以來被廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域，例如PC操作系統(tǒng)、智能手機(jī)系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)、工業(yè)設(shè)備和交通工具等。

9）功能豐富。由于C語言是圖靈完備的語言，能夠自舉，不僅適用于高級程序設(shè)計，也適用于底層編程，因此理論上可以完成任何功能。

3 C語言的編程技巧

3.1 適當(dāng)犧牲存儲空間來提高程序的執(zhí)行效率

在C語言實(shí)際應(yīng)用過程中，可以采用犧牲存儲空間的方式換取較高的執(zhí)行效率，具體表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：第一，在相同的存儲空間情況下，采用指針一般可以提高程序的執(zhí)行效率。第二，為了實(shí)現(xiàn)同樣的程序功能，可以多預(yù)存一些變量，雖然存儲空間增加了，但效率也提高了。第三，采用宏函數(shù)替換函數(shù)來提高效率，由于宏函數(shù)在編譯時直接替換為源代碼，跳過了函數(shù)調(diào)用，比函數(shù)調(diào)用少了入棧出棧操作，因此宏函數(shù)的執(zhí)行效率要比函數(shù)高，只是宏函數(shù)比函數(shù)占用的存儲空間更大一些。

3.2 采用巧妙的計算方法來提高程序的執(zhí)行效率

在利用C語言進(jìn)行計算的時候，采用巧妙的計算方法通?？梢蕴岣叱绦虻膱?zhí)行效率，例如要計算“1+2+……+100”的和，采用常規(guī)的方法一般是采用循環(huán)累加的方法，循環(huán)100次才能得到結(jié)果5050，而采用巧妙的計算方法，可以將“1+2+……+100”的和，轉(zhuǎn)換為“1+100+2+99+3+98……+50+51”的和，顯而易見算式為101乘以50即可，結(jié)果為5050，只要一步即可得出結(jié)果，不需要循環(huán)，比常規(guī)方法節(jié)省了百倍的時間，可見采用巧妙的計算方法能夠有效地提高程序的執(zhí)行效率。

3.3 采用位操作代替除法及模運(yùn)算來提高程序的執(zhí)行效率

在C語言程序中，位是可以處理的最小數(shù)據(jù)單位，通常用在直接與硬件打交道的程序中，也可能用在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的情況下，理論上能夠利用位操作替換較為耗時的除法和求余運(yùn)算，不過位運(yùn)算會因CPU的不同而出現(xiàn)結(jié)果不同的情況。因此，當(dāng)C語言編制的程序總是運(yùn)行在CPU字長一樣的機(jī)器上時，可以采用位運(yùn)算代替除法及模運(yùn)算來提高程序的執(zhí)行效率。

3.4 嵌入式程序設(shè)計中的C語言編程技巧

在采用C語言進(jìn)行的嵌入式程序開發(fā)過程中，其編程技巧與臺式計算機(jī)不同，具體表現(xiàn)為以下幾個方面：第一，采用指針函數(shù)的指針提高嵌入式C語言程序的執(zhí)行效率，即將指針指向所要調(diào)用的函數(shù)入口，然后利用指向函數(shù)入口的指針來調(diào)用函數(shù)，以此簡化代碼，提高效率。第二，直接操作寄存器來提高效率，由于每個寄存器都有固定的地址，因此可以通過C語言訪問這些地址來操作寄存器，提高程序的執(zhí)行效率。第三，在嵌入式程序設(shè)計時，可以利用C語言直接進(jìn)行寄存器位運(yùn)算來提高程序的執(zhí)行效率。第四，在利用C語言開發(fā)嵌入式程序時，涉及循環(huán)語句時盡量用“i--”替換“i++”，能夠提高程序的執(zhí)行效率，尤其在循環(huán)次數(shù)較多的情況下效率提高更多。

3.5 C語言三種循環(huán)編程技巧

可以通過一個簡單實(shí)例深入了解C語言三種循環(huán)的用法，先從

for（表達(dá)式1；表達(dá)式2；表達(dá)式3）

{10以內(nèi)整數(shù)求和；}

為例，熟悉for語句的用法，將for語句中表達(dá)式1和表達(dá)式3省略，將常用形式轉(zhuǎn)變?yōu)槿缦滦问剑?/p>

表達(dá)式1；

for（；表達(dá)式2；）

{10以內(nèi)整數(shù)整數(shù)求和；

表達(dá)式3；}

此形式可以與while語言等價，將以上形式變成while語句：

表達(dá)式1；

while（表達(dá)式2）

{10以內(nèi)整數(shù)整數(shù)求和；

表達(dá)式3；}

同一個例子，套用do-while語句，通過運(yùn)行結(jié)果，查看三個語句的區(qū)別和聯(lián)系。在練習(xí)過程中，尋找相關(guān)的知識點(diǎn)，循序漸進(jìn)，最終達(dá)到游刃有余使用C語言編程的目的。例如，在此例中進(jìn)行擴(kuò)展，求100以內(nèi)整數(shù)和，求100以內(nèi)偶數(shù)和，求100以內(nèi)奇數(shù)和等，相關(guān)聯(lián)的例子可以將枯燥的知識變得趣味十足。

4 C語言的調(diào)試技巧

較大的C語言程序調(diào)試起來還是比較麻煩的，程序員們通常采用調(diào)試器來進(jìn)行調(diào)試，但有時被編譯器自動優(yōu)化的代碼可能會讓調(diào)試器不知所措。其實(shí)有個既簡單又實(shí)用的調(diào)試方法，那就是在程序運(yùn)行過程中利用“printf”函數(shù)輸出程序運(yùn)行的中間結(jié)果，這樣無論編譯器如何對源代碼進(jìn)行優(yōu)化，都不會影響利用“printf”函數(shù)來進(jìn)行調(diào)試。該方法一般被稱為“輸出大法”，能夠在C語言程序運(yùn)行過程中輸出顯示各種程序員所要顯示的中間結(jié)果，簡單直觀，相對于調(diào)試器來說更容易跟蹤C(jī)語言程序的執(zhí)行情況，能夠很好地提高調(diào)試程序的效率。

5 結(jié)論

文章介紹了C語言的概念，闡述了C語言的優(yōu)勢，歸納了C語言的編程技巧，探尋了C語言的調(diào)試技巧。經(jīng)過一段時間的C語言編程實(shí)踐表明，文章總結(jié)的關(guān)于C語言的編程及調(diào)試技巧，能夠很好地提升使用C語言進(jìn)行程序設(shè)計及調(diào)試的效率，幫助編程人員迅速完成工程項目，具有一定的推廣價值。

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