C与跨平台开发

在众多高级编程语言中，C语言历史悠久，且生命力旺盛，系统开发和应用开发兼具，是信息技术发展的一把利器。这里简单介绍一下C语言的发展及其对跨平台开发的影响。

C语言

C语言是在1969到1973年间，由贝尔实验室的 Dennis Ritchie 最初为重写unix操作系统而开发的，它成功替代了汇编语言开发操作系统的模式，随后得到了广泛飞速的发展。由于几大流行操作系统的内核（Linux、Windows等）都是由C开发的，所以称之为系统编程语言，其能力不局限于系统开发。常见的高级编程语言或脚本语言，像Java、Python、Perl和PHP等都是应用类编程语言，对开发人员来说，由这些语言编写的代码，不存在运行平台的问题，很多高级语言也是由C来编写的。

而与众多流行的高级编程语言相比，C语言是一种与平台真正相关的编程语言（C++可以认为是C的超集）。编译工具将C源代码翻译成某种机器指令集的二进制程序，这种程序只能在相应的操作系统和硬件平台上运行。Java程序则仅需一次编译，就可到处运行，与具体的硬件平台无关，唯一条件就是该平台上得有java虚拟机。

跨平台开发

跨平台开发，是指一套代码（或者一种业务）在多个平台上运行的编程方式，也是一种开发技巧。平台就是业务运行的环境，Windows、Linux和Unix等就是最典型的计算机操作系统平台，还有像浏览器IE、Chrome和Firefox等是一类应用平台；这些“平台”也有自己的运行“平台”，Windows可以运行在x86、amd64和arm等硬件平台上，Linux可以跑的更多；这里讨论的平台指操作系统，涉及的平台分Windows和Unix-like。各种Unix和各种Linux视为同宗，Portable Operating System Interface (POSIX)这套规范在Unix-like上表现的较为一致，Windows上也有支持，但其上的Win32 API功能更为丰富。

跨平台开发当然是为了满足业务发展的需要而进行的，当你的软件在Windows上已运行良好，但随Linux市场的兴起，你不得不开发Linux上的产品，在Linux平台上重造一个“轮子”，业务与Windows上运行的软件没有差异，只是换了个平台而已。由于平台的差异，操作系统提供的接口不同，开发人员根据不同的系统调用实现相同的业务需求。在开发过程中，自然而然地出现一种抽象层，将业务和运行平台进行分离。

像Java这样的高级语言可以算是高级抽象，使用这些应用类语言来编写软件不用考虑平台，只需关注业务，这是一种比较常用的开发模式。这样似乎没有必要使用C来做应用开发，但在实践当中，许许多多的基础部件：数据库MySql、WEB服务器Apache等都是C来开发的，因为C开发的软件开销少、运行效率高。

跨平台问题

C语言本应该是跨平台的，几乎每个平台都原生支持C开发环境。由于C编译器实现的差异性和操作系统的多样性，导致用C开发应用时存在跨平台运行问题。

有必要说一下C语言的几个主要标准的进化

• K&R C
  经典C，事实标准，许多编译器的最低标准要求
• C89
  标准C，大部分C代码都是C89兼容的
• C99
  引入了非常多的新特性，有较多的c编译器提供支持，gcc就支持的很好，但微软公司对这个标准不那么热心，其集成开发工具Visual Studio 2013才开始比较良好地支持C99特性，这也成了软件从Linux系统移植到Windows平台的一个障碍。

新特性有：

• 宏定义支持取可变参数 #define Macro(…) _VAARGS
• 使用宏定义时，允许省略参数，被省略的参数会被扩展成空串
• 增加了内联函数
• 支持不定长的数组，即数组长度可以在运行时决定，比如利用变量作为数组长度。声明时使用 int a[var] 的形式。
• 变量声明不必放在语句块的开头，随用随定义；for 语句常写成 for(int i=0;i<100;++i) 的形式，即i 只在 for 语句块内部有效；微软的一些编译器不支持这样的书写方式。
• 允许在 struct 的最后定义的数组不指定其长度，写做 type name[] 的形式，主要用在不定长结构体的定义中，这个特性在应用中较为常见；
  结构定义

struct vectord {
     
    size_t len;
    double arr[]; // the flexible array member must be last
};

这样使用

//申请内存尺寸 sizeof(struct) + array_len*sizeof(array element)
struct vectord *vector = sizeof(struct vectord) + array_len*sizeof(double);
vector->len = ...;
for (int i = 0; i < vector->len; i++)
     vector[i] = ...

• 初始化结构的时候允许对特定的元素赋值，形式为：
  (微软的一些编译器同样不支持。)

struct test{
     int a[3]，b;} foo[] =  {
      [0].a = {
     1}, [1].a = 2 };
// 3,4 是对 .c,.d 赋值的
struct test{
     int a, b, c, d;} foo =  {
      .a = 1, .c = 3, 4, .b = 5 };

• 其他标准
  C11等，如果是跨平台开发，似乎可以无视最近标准引入的新特性了。

我们在用C进行开发时，尽量使用C89标准和部分C99特性，在需要依赖操作系统平台特性时，通过宏来控制相应平台上的特殊代码——

#if defined(_WIN32)
#define WIN32_LEAN_AND_MEAN
#include
#else
#include
#if defined(unix)
#include
#endif
#endif

#if defined(_WIN32)
#elif defined(_AIX)
#include
#include …
#elif defined(linux) …
#elif defined(__sun) && defined(__SVR4)…
#endif

宏定义是C语言的一个特色，功能很多；可以利用它针对特定平台编译特定代码，其他平台的代码不会编译连接到执行文件中，这样产生的程序规模就会小很多，同时产生了平台依赖。而java程序，如果要执行特定平台的业务，需要在运行时来检查当前运行的环境，再来做出选择。

当然，我们是站在巨人肩膀上进行软件开发的，不用亲自实现每项功能，在开源世界里有许许多多通用的、成熟的工具库可以使用。

• NSPR (NetScape Portable Runtime)
  它为非GUI(图形界面)开发提供了一套平台独立的系统工具库，涉及的内容包括：
  NSPR的目标是在各个操作系统环境提供统一的API，它不是努力输出各个操作系统的最广泛特性，而是提供最优解或者说是最佳实践，这些功能是现代操作系统的共有特性。如果出现新的操作系统，将NSPR移植到新平台的成功率是非常高的，主流系统NSPR均有支持。浏览器Firfox就用到了它。
  该库虽历史悠久，但生命力强盛。接口设计的比较稳定，具有很好的二进制兼容性。
  • 线程
  • 线程同步
  • 文件和网络IO
  • 时间
  • 内存管理
  • 共享库处理
• APR(Apache Portable Runtime)
  Apache的跨平台库，除了基本的操作系统抽象外，还提供了比较丰富的工具。
• OpenSSL
  网络安全通讯库
• libcurl
  客户端网络通信开发库，支持非常多的网络协议，HTTP(S)、FTP(S)、POP3、SCP和SMTP等等。

很多工具库首先以C(或C++)的形式出现，然后再为其他高级语言提供功能扩展。

跨平台开发，除了语言层面上的，还有编译工具链的问题，涉及如何建立工程文件，使用什么编译器等等。CMake系统可以帮助解决跨平台工程文件构建问题，先为平台生成对应开发环境的工程文件，再由平台上的编译工具进行编译；为可以生成 visual studio 工程文件，也可以为Unix-like系统生成Makefile。

小结

C语言既可进行操作系统开发，也可进行应用开发，适用范围广泛，对C开发人员来说，想象力限制了开发能力。但它不是马斯洛大锤，所要解决的问题也不都是钉子。在实践中，需要在软件运行速度和开发效率等问题上取得平衡。

Ref

1. C (programming language)
2. Flexible array member
3. Mozilla-About_NSPR
4. CMake