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2024-08-08发表2024-08-10更新编程 / C进阶5 分钟读完 (大约741个字)

1. 基本概念

C语言是一种过程导向的编程语言，主要用于系统编程和低级软件开发。而C++是对C语言的扩展，支持面向对象的编程（OOP），被广泛应用于软件开发、游戏开发和各种大型系统。

2. 面向对象的支持

2.1 类和对象

C语言：不支持类和对象的概念，数据和操作分开。
C++语言：引入了class和object的概念，可以将数据和操作封装在一起。

// C++
class Dog {
public:
    void bark() {
        printf("Woof!\n");
    }
};

Dog myDog;  // 创建对象
myDog.bark();  // 调用方法

3. 数据抽象与封装

3.1 访问控制

C语言：没有访问控制，所有数据都是公开的。
C++语言：支持public、private和protected访问控制。

// C++
class BankAccount {
private:
    double balance; // 余额是私有的

public:
    void deposit(double amount) {
        balance += amount;
    }
    
    double getBalance() {
        return balance;
    }
};

4. 函数与重载

4.1 函数重载

C语言：函数名必须唯一，不能重载同名函数。
C++语言：支持函数重载，允许多个同名函数，根据参数的数量和类型进行区分。

// C++
void print(int value) {
    printf("Integer: %d\n", value);
}

void print(double value) {
    printf("Double: %f\n", value);
}

5. 运算符重载

C语言：没有运算符重载的概念。
C++语言：支持运算符重载，可以自定义运算符的行为。

// C++
class Complex {
public:
    double real, imag;
    
    Complex operator+(const Complex& other) {
        return Complex{real + other.real, imag + other.imag};
    }
};

6. 标准库

6.1 STL（标准模板库）

C语言：不支持模板，标准库主要包括C标准库（如stdio.h、stdlib.h等）。
C++语言：拥有强大的标准模板库（STL），提供了各种数据结构和算法的模板实现，如vector、list、map等。

#include <vector>

std::vector<int> numbers;
numbers.push_back(1);
numbers.push_back(2);

7. 内存管理

7.1 动态内存分配

C语言：使用malloc和free进行内存管理。
C++语言：使用new和delete来动态管理内存。

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3

// C++
int* arr = new int[10]; // 动态分配内存
delete[] arr; // 释放内存

8. 其他区别

8.1 引用

C语言：没有引用的概念，只有指针。
C++语言：支持&引用，提供更安全和简洁的引用方式。

// C++
void increment(int& value) {
    value++;
}

8.2 名字空间

C语言：没有名字空间，可能会出现名字冲突。
C++语言：支持namespace，防止名字冲突。

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3

namespace MyNamespace {
    void myFunction() {}
}

9. 总结

C语言和C++在设计哲学和功能上有显著区别。C重点在于过程导向，而C++引入了丰富的面向对象特性，使得程序设计更加灵活和可维护。了解这些区别是掌握编程语言的基础，有助于开发更加高效、可扩展的软件。

2024-08-08发表2024-08-10更新编程 / C进阶6 分钟读完 (大约908个字)

47 C语言与Python的互操作

1. 引言

在现代软件开发中，C语言与Python的结合能够发挥各自的优势。C语言以其高性能而闻名，而Python则以其易用性和丰富的库而受欢迎。了解如何在这两种语言之间进行互操作，可以提升程序的性能和简化开发过程。

2. 使用Python的C扩展

2.1 C扩展的概念

Python允许开发者编写C扩展模块，这可以提高性能并访问系统级资源。C扩展是使用C语言编写的模块，它们可以被Python导入和使用。

2.2 编写C扩展模块的步骤

2.2.1 编写C代码

下面是一个简单的C扩展模块示例，提供一个添加两个数字的功能：

#define PY_SSIZE_T_CLEAN
#include <Python.h>

// 定义 C 函数
static PyObject* add(PyObject* self, PyObject* args) {
    int a, b;

    // 解析参数
    if (!PyArg_ParseTuple(args, "ii", &a, &b)) {
        return NULL;
    }

    // 返回结果
    return PyLong_FromLong(a + b);
}

// 定义模块的方法表
static PyMethodDef MyMethods[] = {
    {"add", add, METH_VARARGS, "Add two numbers"},
    {NULL, NULL, 0, NULL} // Sentinel
};

// 定义模块
static struct PyModuleDef mymodule = {
    PyModuleDef_HEAD_INIT,
    "mymodule", // 模块名称
    NULL, // 模块文档
    -1, // 可保持状态的大小
    MyMethods // 方法表
};

// 初始化模块
PyMODINIT_FUNC PyInit_mymodule(void) {
    return PyModule_Create(&mymodule);
}

2.2.2 编译C扩展

创建一个setup.py文件，用于构建C扩展：

from setuptools import setup, Extension

module = Extension('mymodule', sources=['mymodule.c'])

setup(name='MyModule',
      version='1.0',
      description='Python interface for the C library',
      ext_modules=[module])

在命令行中运行以下命令以构建扩展：

1	python setup.py build

2.2.3 在Python中使用C扩展

编译完成后，可以在Python中导入并使用C扩展模块：

import mymodule

result = mymodule.add(5, 3)
print(f"The sum is: {result}")  # 输出: The sum is: 8

3. 使用ctypes库

3.1 ctypes库简介

ctypes是Python的一个内置库，可以用来调用C语言动态链接库（DLL或.so文件）。这使得Python可以直接调用C函数，而无需编写C扩展。

3.2 使用ctypes调用C函数

3.2.1 创建C语言库

首先，编写一个C文件，提供一些简单的功能：

// simplemath.c
#include <stdio.h>

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

编译为共享库（Ubuntu示例）：

1	gcc -shared -o simplemath.so -fPIC simplemath.c

3.2.2 在Python中使用ctypes

然后可以在Python中使用ctypes加载共享库并调用C函数：

import ctypes

# 加载C语言库
simplemath = ctypes.CDLL('./simplemath.so')

# 调用C语言函数
result = simplemath.add(5, 3)
print(f"The sum is: {result}")  # 输出: The sum is: 8

4. 使用Cython

4.1 Cython简介

Cython是一种将Python代码编译成C代码的语言，能够提高Python的执行速度并与C接口交互。

4.2 使用Cython的基本步骤

4.2.1 安装Cython

使用pip安装Cython：

1	pip install cython

4.2.2 编写Cython代码

创建一个.pyx文件，编写需要的代码：

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# mymodule.pyx
def add(int a, int b):
    return a + b

4.2.3 创建setup.py进行编译

创建setup.py文件：

from setuptools import setup
from Cython.Build import cythonize

setup(
    name='MyCythonModule',
    ext_modules=cythonize("mymodule.pyx"),
)

4.2.4 编译Cython模块

在命令行运行以下命令：

1	python setup.py build_ext --inplace

4.2.5 在Python中使用Cython模块

以下是在Python中的用法：

from mymodule import add

result = add(5, 3)
print(f"The sum is: {result}")  # 输出: The sum is: 8

5. 小结

通过使用上述方法，Python和C语言可以很好地互操作。有多种方式可以在两种语言之间桥接，包括使用C扩展、ctypes库和Cython。根据具体需求选择合适的方法，可以极大地提升项目的性能与效率。

2024-08-08发表2024-08-10更新编程 / C进阶4 分钟读完 (大约662个字)

C99与C11

C99扩展

1. 新的基本数据类型

long long
- 新增的整数类型，能够表示更大的整数值。通常为64位。
- 示例代码：
  1
  long long bigNumber = 9223372036854775807; // 最大值
_Bool 和 bool
- _Bool 是C99引入的布尔类型，stdbool.h 中定义了 bool，true 和 false。
- 示例代码：
  1
  2
  3
  #include <stdbool.h>
  
  bool flag = true;

2. 变长数组（VLA）

在C99中，数组的大小可以在运行时指定。

示例代码：

void func(int n) {
    int arr[n]; // 变长数组
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        arr[i] = i;
    }
}

3. 新的预处理器功能

__func__
- 这个内置标识符用来获取当前函数的名称。
- 示例代码：
  1
  2
  3
  void myFunction() {
  printf("Function Name: %s\n", __func__);
  }

4. `inline` 函数

可以使用 inline 关键字来建议编译器在调用点嵌入函数以提高效率。

示例代码：

1
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3

inline int square(int x) {
    return x * x;
}

5. 允许的注释风格

C99引入了新的注释风格 //，这种方式可以用于单行注释。

示例代码：

1 2	// 这是单行注释 printf("Hello World\n"); // 打印信息

C11扩展

1. 原子操作

C11引入了对原子操作的支持，允许进行无锁并发编程。

示例代码：

#include <stdatomic.h>

atomic_int count = 0;

void increment() {
    atomic_fetch_add(&count, 1);
}

2. `_Static_assert`

支持编译时断言，确保某些条件在编译时得到满足。

示例代码：

1	_Static_assert(sizeof(int) == 4, "int must be 4 bytes");

3. 多线程支持

引入了 thread 和 mutex 等功能，支持多线程编程。

示例代码：

#include <threads.h>

void threadFunction() {
    printf("Hello from thread!\n");
}

int main() {
    thrd_t thread;
    thrd_create(&thread, threadFunction, NULL);
    thrd_join(thread, NULL);
    return 0;
}

4. 泛型选择

使用 _Generic 提供了基本的泛型编程支持。

示例代码：

#define type_of(var) _Generic((var), \
    int: "int", \
    float: "float", \
    double: "double", \
    default: "other")

int main() {
    printf("The type of 5 is: %s\n", type_of(5));         // prints "int"
    printf("The type of 5.0 is: %s\n", type_of(5.0));     // prints "double"
}

5. 更严格的类型检查

C11中对指针的类型转换进行了更严格的检查，避免错误的类型使用。

6. 新增的库函数

C11 定义了若干新的库函数，例如：
- aligned_alloc 提供了对齐内存分配。
- timespec_get 提供了更精确的时间获取。

总结

C99和C11在很大程度上扩展了C语言的功能，提升了其安全性、简洁性和多线程能力。这些新特性使得C语言在现代编程中的适应性更强。了解这些扩展不仅可以帮助程序员写出更高效的代码，还能提升代码的可读性和维护性。

1. 基本概念

2. 面向对象的支持

2.1 类和对象

3. 数据抽象与封装

3.1 访问控制

4. 函数与重载

4.1 函数重载

5. 运算符重载

6. 标准库

6.1 STL（标准模板库）

7. 内存管理

7.1 动态内存分配

8. 其他区别

8.1 引用

8.2 名字空间

9. 总结

1. 引言

2. 使用Python的C扩展

2.1 C扩展的概念

2.2 编写C扩展模块的步骤

2.2.1 编写C代码

2.2.2 编译C扩展

2.2.3 在Python中使用C扩展

3. 使用ctypes库

3.1 ctypes库简介

3.2 使用ctypes调用C函数

3.2.1 创建C语言库

3.2.2 在Python中使用ctypes

4. 使用Cython

4.1 Cython简介

4.2 使用Cython的基本步骤

4.2.1 安装Cython

4.2.2 编写Cython代码

4.2.3 创建setup.py进行编译

4.2.4 编译Cython模块

4.2.5 在Python中使用Cython模块

5. 小结

C99扩展

1. 新的基本数据类型

2. 变长数组（VLA）

3. 新的预处理器功能

4. inline 函数

5. 允许的注释风格

C11扩展

1. 原子操作

2. _Static_assert

3. 多线程支持

4. 泛型选择

5. 更严格的类型检查

6. 新增的库函数

总结

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4. `inline` 函数

2. `_Static_assert`