计算机C语言中工业设计教学应用

摘要：C语言作为一种介于高级语言和低级语言的中间语言，是1972年由美国贝尔实验室基于B语言的基础之上设计出来的一种全新的编程语言，C语言是一种编译型语言，具有高效、较好的移植性以及直接访问计算机硬件的特征，被广泛应用于计算机操作系统、驱动程序、嵌入式设备以及应用程序开发领域，几乎所有的计算机领域都可以看到C语言的身影。本文以计算机中C语言为主要内容，对其应用特点进行简要的分析和介绍，以在工业设计领域教学应用为案例，为更好了解和运用C语言提供参考。

关键词：计算机；C语言；应用；特点

C语言是1972年由美国贝尔实验室D.M.Ritchie设计出来的一种编译型语言(区别于解释型的计算机编程语言如Javascript)，C语言需要对程序代码通过编译生成目标代码进行运行，1978年之后，C语言被移植到大、中、小及微型机上，C语言兼具了高级语言和汇编语言的编程特点，C语言语法简洁紧凑、表达方式灵活、目标代码质量高，具备强大的数据处理能力，应用极其广泛，既可以用来编写应用程序，也可以编写操作系统程序，同时也可以用来编写直接操作计算机硬件设备的驱动程序，具有较好的可移植性。

1C语言介绍

1.1运算范围广泛、编写模式简单

C语言有32个关键字、34种运算符和9类控制语句，预算范围极其广泛，可操作的数据类型包括常见的整数、浮点数、字符、数组、指针以及结构体等。其中对指针的操作，更是C语言的魅力所在，C语言中可以使用指针直接用来操作计算机硬件设备，这是其运行效率较高的原因所在，同时由于C语言中对于指针操作不加限制，这导致C程序中容易出现的安全隐患，对编程人员的代码质量提出了更高的要求，正是基于安全性考虑，C++语言在保留指针的同时又增加了安全性的操作，但同时也带来了编程复杂度的提升。C语言利用仅有的9类控制语句，完成所有的编程操作，涵盖了高级语言中常见的循环、判断以及选择控制类型，相对简单的编写模式，各大高校往往将C语言作为计算机编程的入门语言，同时作为典型的过程式编程是区别于面相对象编程的代表。另外C语言与其他高级语言一样，同样具有相当丰富的函数库作为支撑，为开发人员完成特点的工作提供便利。

1.2执行效率较高，支持结构化开发

C语言作为一种介于底层汇编语言和高级语言之间的过渡性语言，具有较高的代码执行效率，除了操作基本的数据类型之外，C语言支撑对位、字节、以及地址的操作，从而实现了计算机基本单元数据的操作，常见的Windows操作系统、Linux操作系统都是利用C语言开发的(也有汇编语言编写的部分模块)，C语言编写效率高于汇编语言，编程的工作量、可读性以及调试过程都低于汇编语言，据相关数据统计C语言的目标代码效率紧紧比汇编语言低10%到20%左右。C语言支持函数、结构体类型，这是编程模型中结构化编程实现的基本条件，利用函数C语言可以将数据操作进行封装处理，而利用结构体可以将不同的数据结构进行组合，这与高级语言中类的描述具有一定的相似之处，结构化的语言设计使得C语言可以广泛适用各种开发需求，大幅度提升编程效率。除此之外，由于标准化工作的展开，C语言在异构机器上的代码修改量相对较低，高达85%以上的代码都是通用的，这也是C语言高移植性的重要体现。

1.3C语言的不足之处

任何一种语言都不是完美的，同样的C语言也有自身的缺点，主要体现在两个方面，其一是数据的封装性问题，C语言的数据封装多由结构体类型予以实现，没有Java、C++等高级语言直接提供的封装类型，需要编程开发人员自身进行实现，对于编程难度以及编程效率提出了较高的要求，同时由于不安全指针的使用，容易造成内存泄露等问题，这都是不恰当数据封装造成的；其二，C语言相对难以掌握，这里的掌握是指一些C语言应用方面的开发能力，与其简单的学习不是一个概念，C语言中对于语法的规定限制都是相对宽松，以常见的数组操作为例，其对数组下标就不进行检查，缓冲区溢出往往也由此引发，安全问题也由此引发，因此要想编写健壮性的C语言程序需要大量的学习和应用，相较于其他高级语言的学习具有一定的困难。

2C语言应用特点介绍

2.1直接内存访问应用特点——在操作系统软件开发中的应用

根据上文的论述，不难发现C语言具有较好的可移植性以及极好的执行效率，现在常见的操作系统诸如Linux基本上都是由C语言+少量的汇编语言来编写的(汇编语言在BOOT初始化时进行使用，代码量极少)。主要是由于C语言在编写操作系统时有与生俱来的优势，操作系统对于内存管理是非常重要的，以Java之类运行于虚拟机之上的编程语言无法直接对内存进行操作和管理，C语言具有非常大的开发优势，当然其他诸如B语言也曾经用于开发操作系统。另外，用C语言开发操作系统也有一定的历史渊源，毕竟操作系统服务于顶层的应用程序，应用程序开发需要遵循历史惯例，毕竟要想支撑如此海量的上层应用程序，脱离当前主流开发语言也是不现实的。总之，现阶段在操作系统领域的开发C语言可以说是一支独大，具有广泛的应用前景。

2.2操作底层硬件的应用特点——嵌入式系统开发中C语言的应用

随着移动互联网技术和物联网技术的发展，嵌入式开发逐渐变得火爆起来，一般意义的嵌入式系统开发都是基于操作系统层次之上的应用软件开发，C语言的应用同样侧重于两个方面，其一，硬件设备设备的驱动开发，这是目前C语言在嵌入式领域最为广泛应用场景，嵌入式系统需要将各种传感设备、控制设备整合于嵌入系统之中，离不开驱动程序作为软件支撑，C语言由于可以直接操作硬件设备，通过地址访问的形式进行硬件控制，完成硬件操作，有了驱动程序的支撑，应用程序根据驱动程序获取到的数据，再服务于上层应用程序，完成最终客户需求；其二，服务于直接用户的应用程序，常见嵌入式应用程序开发包括C+QT+Sqlite等，其中QT可以看成是第三方的图形库函数，而Sqlite作为微型数据库存放结构化对数据，实现图形界面的应用程序开发，相较于应用程序的驱动程序开发的应用范围更加广阔。

2.3简洁、高性能应用特点——C语言在数值计算方面的应用

运行效率以及编码的方便性使得在数值计算领域C语言同样有着广泛的应用，数值计算主要是利用计算机技术对数学问题进行求解(或近似求解)的应用，充分发挥计算机高效、准确以及快速的性能特点，常见的数值运算领域对于C语言的应用包括算法的编制，即利用C语言对计算方法和过程予以描述，实现求解过程以及C语言对求解程序的编制，调用算法函数实现普遍性计算的过程。除此之外，在应用C语言进行数值计算的时候还可以借助第三方的数值计算类库，实现一些特殊的计算要求，满足人们对于数学计算函数需求。总之，在数学科学研究方面C语言同样有着极其广泛的应用。

2.4高性能的应用特点——C语言应用于性能要求苛刻的应用开发

在一些对于性能要求严苛的领域，C语言同样发挥着重要的作用，常见的如网络协议的实现、网络底层应用开发都是基于C语言编写的，C语言具有高效的特点，其编写的底层程序可以直接嵌入到操作系统中充当单独的应用模块对上提供应用支持，这是其他高级语言不具备的语言特性。另外，一些对于实时性要求较高，例如地图数据更新和实时查询的底层实现往往都是由C语言进行实施的。由此可见，应用程序功能的实现以及编程语言的选择往往都是基于计算机编程语言的特性予以实施的，很难想象利用C语言进行Web网络程序的开发。

2.5强大的数据处理能力、易学性的特点——C语言在其他领域的应用

除了上述几个方面，C语言在其他领域也都有着广泛的应用，例如教育领域，高校计算机编程语言教学中C语言往往将作为启蒙语言、ACM编程比赛对于算法的表述C语言占据了很大的比例；另外在图形领域，C语言借助于第三方的类库实现图形绘制、制作动画效果、3D效果图等；在游戏开发领域C语言也具有广泛的应用在此就不一一的进行列举了。总体而言，C语言作为一种计算机编程语言，在各行各业都有着极其广泛的应用，但是根据其语言特征，往往更多的将其应用于底层操作系统、嵌入系统、数值计算以及对性能要求相对严苛的领域，而诸如Web领域、Windows桌面程序的开发往往由Java、C++、C#等高级语言进行实施。

3C语言在工业设计教学中的应用

根据C语言应用特点，本文认为在未来相当长的时间范围内，C语言仍旧是主流的计算机编程语言，仍然会占据TIOBE编程语言排行榜的前列，但值得关注的是随着C#、Java以及C++等编程语言在应用程序以及Web开发领域的广泛应用，C语言未来在面向用户的应用软件开发方向可能会逐渐弱化，其地位会随着操作系统以及底层硬件设备丰富度的提升得到进一步的巩固，毕竟利用C语言进行底层软件的开发具有相当的技术优势。总之，任何编程语言的兴起和发展都伴随着技术潮流的进步和市场发展的方向与时俱进的。

4小结

C语言是一种编译型的语言(区别于解释型编程语言)，介于高级语言和底层的汇编语言之间，具有直接操作计算机硬件设备的能力，常用于计算机操作系统、驱动程序、数值计算以及应用程序的开发，本文结合C语言实际应用场景，以计算机C语言为主要内容，分别从C语言的产生、C语言特点以及C语言应用特点等方面进行主要的论述，为读者更好的了解、掌握和应用C语言，高效的利用C语言进行计算机程序的开发和使用提供参考。

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作者:郑洋 单位:拉萨师范高等专科学校