C语言进阶（基于ESP-IDF）

主要参考资料：
王利涛《嵌入式C语言自我修养：从芯片、编译器到操作系统》
#pragma的常用方法讲解: https://blog.csdn.net/weixin_39640298/article/details/84503428
C语言再学习 – __attribute__详解: https://blog.csdn.net/qq_29350001/article/details/129390465

C语言标准的发展过程

C语言标准大概经历了下面几个阶段：

K&R C
ANSI C
C99
C11

1.K&R C

K&R C一般也称为传统C。在C语言标准没有统一之前，C语言的作者Dennis M.Ritchie和Brian W.Kernighan合作写了一本书《C程序设计语言》。早期程序员编程，这本书可以说是绝对权威的。这本书很薄，内容精炼，主要介绍了C语言的基本编程语法。
后来《C程序设计语言》第二版问世，做了一些修改，如新增unsigned int、long int、struct等数据类型；把运算符=+/=-修改为+=/-=，避免运算符带来的一些歧义和bug。
第二版可以看作ANSI标准的雏形，但早期的C语言还是很简单的，如还没有定义标准库函数、没有预处理命令等。

2.ANSI C

ANSI C是ANSI在K&R C的基础上，统一了各大编译器厂商的不同标准，并对C语言的语法和特性做了一些扩展，在1989年发布的一个标准。这个标准一般也叫作C89/C90标准，也是目前各种编译器默认支持的C语言标准。ANSI C标准主要新增了以下特性。
● 增加了signed、volatile、const关键字。
● 增加了void*数据类型。
● 增加了预处理器命令。
● 增加了宽字符、宽字符串。
● 定义了C标准库。
● ……

3.C99标准

C99标准是ANSI在1999年基于C89标准发布的一个新标准。该标准对ANSI C标准做了一些扩充，如新增了一些关键字，支持新的数据类型。
● 布尔型：_Bool。
● 复数：_Complex。
● 虚数：_Imaginary。
● 内联：inline。
● 指针修饰符：restrict。
● 支持long long、long double数据类型。
● 支持变长数组。
● 允许对结构体特定成员赋值。
● 支持十六进制浮点数、float_Complex等数据类型。
● ……
C99标准也会借鉴其他编程语言的一些优点，对自身的语法和标准做一系列改进，例如：
● 变量声明可以放在代码块的任何地方。ANSI C标准规定变量的声明要全部写在函数语句的最前面，否则就会报编译错误。现在不需要这样写了，哪里需要使用变量，直接在哪里声明即可。
● 源程序每行最大支持4095字节。这个貌似足够用了，没有什么程序能复杂到一行程序有4000多个字符。
● 支持//单行注释。早期的ANSI C标准使用/**/注释，不如C++的//注释方便，所以C99标准就把这种注释吸收过来了，从C99标准开始也支持这种注释方式。
● 标准库新增了一些头文件，如stdbool.h、complex.h、stdarg.h、fenv.h等。大家在C语言中经常返回的true、false，其实这是C++里面的定义的bool类型，早期的C语言是没有bool类型的。那为什么我们经常这样写，而编译器编译程序时没有报错呢？这是因为早期大家编程使用的都是VC++6.0系列，使用的是C++编译器，C++编译器是兼容ANSI C标准的。当然还有一种可能就是有些IDE对这种数据类型做了封装。

4.C11标准

C11标准是ANSI在2011年发布的最新C语言标准，C11标准修改了C语言标准的一些bug，增加了一些新特性。
● 增加_Noreturn，声明函数无返回值。
● 增加_Generic，支持泛型编程。
● 修改了标准库函数的一些bug，如gets()函数被gets_s()函数代替。
● 新增文件锁功能。
● 支持多线程。
● ……
从C11标准的新增内容，我们可以观察到C语言未来的发展趋势。C语言现在也在借鉴现代编程语言的优点，不断添加到自己的标准里。如现代编程语言的多线程、字符串、泛型编程等，C语言最新的标准都支持。但是这样下去，C语言会不会变得越来越臃肿？是不是还能保持它“简单就是美”的初心呢？这一切只能交给时间了，至少目前我们不用担心这些，因为新发布的C11标准，目前绝大多数编译器还不支持，我们暂时还用不到。

编译器对C语言标准的扩展

不同编译器，出于开发环境、硬件平台、性能优化的需要，除了支持C语言标准，还会自己做一些扩展。
在51单片机上用C语言开发程序，我们经常使用Keil for C51集成开发环境。你会发现Keil for C51或者其他IDE里的C编译器会对C语言做很多扩展，如增加了各种关键字。
● data：RAM的低128B空间，单周期直接寻址。
● code：表示程序存储区。
● bit：位变量，常用来定义51单片机的P0～P3管脚。
● sbit：特殊功能位变量。
● sfr：特殊功能寄存器。
● reentrant：重入函数声明。
如果你在程序中使用以上这些关键字，那么你的程序只能使用51编译器来编译运行；
如果你使用其他编译器，如VC++6.0，则编译是通不过的。

同样的道理，GCC编译器也对C语言标准做了很多扩展。
● 零长度数组。
● 语句表达式。
● 内建函数。
● __attribute__特殊属性声明。
● 标号元素。
● case范围。
● ……
如支持零长度数组，这些新增的特性，C语言标准目前是不支持的，其他编译器也不支持。如果你在程序中定义一个零长度数组，则只能使用GCC编译器才能正确编译，使用VC++6.0编译器编译可能就通不过，因为Microsoft的C++编译器不支持这个特性。

在ESP-IDF开发中使用C

ISO C17 的 GNU(–std=gnu17) 是 ESP-IDF 中当前默认的 C 语言版本，编译器为GCC。

使用不同的语言标准编译某个组件的源代码，请在组件的 CMakeLists.txt 文件中设置所需的编译器标志：

idf_component_register( ... )
target_compile_options(${COMPONENT_LIB} PRIVATE -std=gnu11)

预处理

预处理器的核心功能在于利用其内建特性对源代码进行预处理，从而实现资源的等价替换。以下是四种常见的预处理操作：

文件包含：
#include 指令是预处理中最常用的一种，它允许将一个文件的内容包含到另一个文件中，实现源代码的模块化和重用。
条件编译：
通过使用 #if、#ifndef、#ifdef 和 #endif 等指令，预处理器能够在编译时根据条件选择性地包含或排除代码块，这有助于实现版本控制和避免头文件的重复包含。
布局控制：
#pragma 指令用于向编译器提供非标准的控制信息，它允许编译器执行特定的操作，如优化代码布局等。
宏替换：
#define 指令允许定义宏，这些宏可以代表常量、函数、类型定义或代码片段，从而简化代码的编写和维护。