位元詩人 [C 語言] 程式設計教學：介紹

由 位元詩人 撰寫。最後修改於西元 2026 年 04 月 17 日
C 語言
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前言

本文對 C 語言做概念性的介紹。

為什麼要學 C 語言？

相較於其他語言，C 語言更貼近硬體，抽象程度較低，適合用來理解電腦程式的基本運作方式。相對地，撰寫程式時需要自行處理較多細節。

一般基礎教材或大專院校課程中的 C 語言，多屬入門內容，與實際軟體專案之間仍有明顯落差。此外，主流桌面系統（如 Windows）對 C 的開發體驗並不理想，容易讓人產生「C 語言不實用」的印象。

C 語言是高階語言還是低階語言？

結論先說：C 語言是高階語言。

所謂低階語言，通常指的是組合語言（assembly language）。組合語言直接對應處理器（CPU）的指令集（instruction set），幾乎是一對一地控制硬體。因此，不同處理器之間的組語無法互通，也就不具備跨平台能力。

C 語言則不同。C 程式碼需要經由編譯器轉換為組合語言，再進一步轉為機械碼執行。其語法本身並不直接對應特定處理器的指令集，因此被歸類為高階語言。

有時會有人稱 C 為「中階語言」，但這並非嚴格的分類。C 仍然是高階語言，只是抽象程度較低。許多在其他語言中屬於語言本身的功能，在 C 中通常由函式庫提供，或需要自行實作。

跨平台

C 語言最初是為了撰寫 Unix 系統而設計。當 Unix 以 C 語言重新實作後，系統的可攜性大幅提升：在移植到新硬體時，只需重寫少部分與處理器相關的組合語言，其餘以 C 撰寫的程式碼可以直接重用。

不過，C 的跨平台並不像 Java、Golang 等語言那樣自動化。C 程式需要直接面對各平台的系統 API 差異。除了語法與標準函式庫層級的可攜性之外，實務上仍需由程式設計者主動設計與抽象，才能寫出真正可跨平台的程式。

C 語言的演進

有些人以為 C 語言是老古板，但其實 C 語言仍在持續演化。我們這裡會簡介到西元 2020 年為止的 C 標準演進過程。

K&R C

K&R C 是 C 語言尚未標準化前的非正式標準。該規格記載在 Brian Kernighan 和 Dennis Ritchie 所著的 C 語言經典教材 The C Programming Language 第一版中。由於 C 語言已經標準化了，不需再刻意追隨這個版本的 C 語言。

C89 或 ANSI C

C89 是第一個正式的 C 標準，許多人對 C 語言的印象就是基於這個版本的 C。由於絕大部分的 C 編譯器至少都支援 C89，有些很在意程式碼可攜性的軟體專案會刻意守在這個版本，像是 Lua。

C99

C99 是第一個 C 標準的重大改版，加入許多新的功能。包括但不限於：

  • 新增布林數 (boolean)
  • 新增複數 (complex number)
  • 新增 long long 整數
  • 新增以 // 開頭的單行註解
  • 可在 for 迴圈內初始化變數
  • 可用自動變數決定陣列長度
  • 新增一些函式庫

如果沒寫過 C 程式碼，可能會無法理解這些特性。先大略看過，學一陣子 C 語言自然會了解。

大抵上，C99 相容於 C89，但新增一些功能。

C11

C11 是第二個 C 標準的重大改版，加入許多新的功能。包括但不限於：

  • 新增型別安全的泛型程式，使用 _Generic 保留字
  • 支援多執行緒程式
  • 加入更多浮點數運算相關的巨集 (macro)
  • 支援匿名結構體 (structure) 和匿名聯合 (union)
  • 改善對 Unicode 的支援

同樣地，C11 大抵上相容於先前的 C 標準。

現代 C 語言 (modern C) 是指充份利用 C99 和 C11 的特性來撰寫 C 程式碼，不用刻意守在 ANSI C。善用現代 C 語言所帶來的特性，會讓程式碼更簡潔易讀。除非專案需要守在 ANSI C 或是所用的編譯器無法充分支援現代 C 語言的特性，我們應該善用現代 C 語言所帶來的便利性。

C17 或 C18

C18 是一個小改版，沒有引入新的語法特性，僅修復一些先前的問題。

C23

C23 也稱為 C2x，是最新的 C 標準。這個版本引入一些新的特性。但主流編譯器還沒跟上，不用急著去追新。

Embedded C

初學 C 語言時，會預設 C 程式在個人電腦上運行。相對來說，embedded C 是用於嵌入式裝置的 C 標準，和一般 C 語言有些差異。剛學 C 語言時不用刻意學這套標準，等到熟悉 C 語言後再學也不遲。

POSIX

POSIX 不是 C 標準，而是類 Unix 系統的標準，用於 BSD、GNU/Linux 等系統。POSIX 中即定義了一套共通的 C API，所以 C 程式碼在不同類 Unix 系統間是可攜的。由於 GNU/Linux 等類 Unix 系統相當普遍，所以 POSIX 值得關注。

主要的 C 語言編譯器

語言規格只是一份技術文件，實際能否使用，取決於編譯器是否支援。

目前常見的 C 編譯器包括 Visual C++、GCC 與 Clang。各編譯器對標準的支援情況可能隨版本變動，實務上仍應以官方文件為準。

Visual C++

Visual C++ 是隨附於 Visual Studio 的 C/C++ 編譯器，提供完整的開發環境。由於安裝與使用門檻較低，是許多初學者在 Windows 上學習 C 語言時的常見選擇。

GCC

GCC 是 GNU/Linux 等類 Unix 系統常見的編譯器，也有移植到其他平台。GCC 對 C 標準支援完整，並允許透過參數指定不同標準版本。

此外，GCC 提供部分非標準的語言延伸（extensions）。這些特性可提升表達能力，但會降低程式碼的可攜性。

Clang

Clang 是另一套常見的 C/C++ 編譯器，廣泛用於 macOS，也支援多種平台。其設計與 GCC 具有一定程度的相容性。

在學習階段，Clang 通常提供較清楚的錯誤訊息，有助於理解與除錯。

其他 C 語言編譯器

除了通用型編譯器外，也有針對特定用途或硬體設計的工具。

Intel C++ Compiler

Intel 提供的編譯器著重於效能最佳化，特別是在 Intel 處理器上。這類工具多用於效能敏感的應用場景，對初學者而言並非必要。

CUDA

CUDA 是利用 NVIDIA 顯示卡進行平行運算的技術，並在 C 語言上加入延伸語法。由於需依賴特定硬體與非標準特性，通常不作為入門學習工具。

Arduino

Arduino 是常見的嵌入式開發平台，使用接近 C/C++ 的語法撰寫程式。不過其語言環境與標準 C 存在差異，通常在特定應用情境下才會接觸。

和 C 語言相關的程式語言

C 語言簡潔的設計影響了許多後續的程式語言。其中有些語言直接建立在 C 之上，例如 C++ 和 Objective-C，並在此基礎上加入物件系統等較高階的抽象。

C++ 在語言本身中整合了物件導向、泛型等特性，發展成一門規模龐大的語言。雖然語法上與 C 有高度相似性，但兩者已經是不同的語言，也不再存在嚴格的包含關係。

Objective-C 則是在 C 的基礎上加入物件導向機制，主要應用於 Apple 生態系（macOS、iOS）。隨著 Swift 的出現，其重要性已逐漸下降，但在既有系統中仍然被廣泛使用。

本系列文章的記述方式

對於完整的 C 程式碼，會以語法高亮來輔助閱讀：

#include <stdio>

int main (void)
{
    printf("Hello World\n");

    return 0;
}

同樣地，對於 C 程式碼片段，也會以語法高亮來輔助閱讀：

/* Excerpt */
assert(0 != strcmp("hello", "goodbye"));

Unix (含 macOS、GNU/Linux、FreeBSD 等) 終端機會以 $ 符號來表示指令提示符：

$ cd path/to/project

當使用 root 操作 Unix 終端機時，則會改用 # 來表示指令提示符：

# apt install gcc

Windows 終端機會以 > 來表示指令提示符。為了簡化，不顯示工作目錄：

> cd path\to\project
關於作者

位元詩人 (ByteBard) 是資訊領域碩士，喜歡用開源技術來解決各式各樣的問題。這類技術跨平台、重用性高、技術生命長。

除了開源技術以外，位元詩人喜歡日本料理和黑咖啡，會一些日文，有時會自助旅行。