深入系統程式設計：C 初學者指南

探索系统编程：C 语言初学者指南

系统编程涉及与计算机底层硬件和软件交互。C 语言是系统编程的首选语言之一，因为它能够直接访问硬件资源。这篇指南将带你踏上系统编程之旅，从 C 语言基础到实际应用案例。

C 语言基础

变量和数据类型：
变量用于存储数据。在 C 中，变量必须声明其数据类型，例如：

int age; // 声明一个整型变量 "age"

函数：
函数是执行特定任务的可重用代码块。C 函数的语法如下：

int add(int x, int y) {
  return x + y;
}

指针：
指针变量指向其他变量的内存地址。它们用于动态管理内存。

int num = 3;
int *ptr = # // ptr 指向变量 num 的地址

系统编程概念

内存管理：
系统编程涉及内存的直接管理。你需要知道如何分配和释放内存空间。

// 分配 sizeof(int) 字节的内存
int *p = malloc(sizeof(int));

// 释放内存
free(p);

文件 I/O：
文件 I/O 操作对于系统编程至关重要。可以使用 fopen()、fread() 和 fwrite() 函数来操作文件。

// 打开 "test.txt" 文件
FILE *file = fopen("test.txt", "r");

// 读取文件内容
char buffer[1024];
fread(buffer, 1, 1024, file);

// 关闭文件
fclose(file);

操作系统交互：
C 语言提供了与操作系统交互的系统调用。这些调用允许程序执行特定任务，例如创建或终止进程。

// 创建一个子进程
pid_t pid = fork();

实战案例：创建一个简单的 shell

创建一个简单的 shell 是展示系统编程实际应用的绝佳示例。以下是步骤：

1. 初始化变量：包括标准输入、输出和错误流。
2. 读取用户输入：使用 fgets() 函数。
3. 解析命令：将命令字符串分割成单词和参数。
4. 执行命令：使用 execv() 函数。
5. 错误处理：处理命令执行错误。

完整的代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

int main() {
  char input[1024]; // 存储用户输入
  char *words[512]; // 存储命令和参数
  pid_t pid; // 子进程 ID

  while (1) {
    // 读取用户输入
    printf("> ");
    fgets(input, 1024, stdin);

    // 解析命令
    int num_words = tokenize(input, words);

    // 执行命令
    pid = fork();
    if (pid == 0) {
      // 子进程
      execv(words[0], words);
      perror("execv failed");
      exit(1);
    } else if (pid > 0) {
      // 父进程
      waitpid(pid, NULL, WUNTRACED);
    } else {
      // fork 失败
      perror("fork failed");
    }
  }

  return 0;
}

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