编程语言的实际应用场景（C语言场景）

从应用范围上来说，这些编程语言大致可以分为两种：

• 一种是专用型语言，也就是针对某个特定领域而设计出来的语言；
• 另一种是通用型语言，它们可以开发多种类型的应用程序，而不是局限在某个特定的领域。

专用型编程语言

通用型编程语言

C语言

一门通用性的语言，并没有针对某个领域进行优化，就目前而言，它可以进行以下几种类型的开发。
虽然C语言的开发场景看起来很多，但是如果总结一下的话，无非就是：底层/系统开发 +关键组件/模块的开发 + 贴近硬件的开发，这些开发场景非常关注运行效率，或者响应时间，或者硬件资源。

虽然C语言执行速度极快，占用资源极少，但是它使用起来非常麻烦，完全没有 Java、Python、Go、JavaScript、C# 等方便和灵活，会严重拖慢项目的开发进度，所以，通常只有在「不得不」的情况下才会使用C语言。

1) 单片机/嵌入式开发

单片机开发是嵌入式开发的一个分支，或者一个子集，或者一个分支

嵌入式开发两个方向：

• 单片机开发：由于硬件资源有限，通常不使用操作系统，让代码跑在裸机上；或者，仅仅安装一个简单的实时操作系统（RTOS），比如 FreeRTOS、µC/OS、RT-Thread 等
• 一个是基于复杂操作系统之上的开发，比如 Linux、Windows、Android 等。当然，这些操作系统都要针对嵌入式环境进行裁剪和优化，形成专门的嵌入式版本，以减少对资源的占用。这个才是通常所讲的嵌入式开发

家电（空调、自动洗衣机、遥控器），汽车（ECU发动机控制单元、BCU车身控制单元、车辆信息检测），医疗（心电图仪、血压仪、血糖仪、监护设备），智能卡（门禁卡、公交卡、银行卡），玩具（遥控汽车、摇摇椅）

2) 桌面软件开发

也叫 GUI 开发或者 PC 软件开发
在实际应用中，C语言通常用来开发某些关键模块或者效率模块，而不是开发一个完整的软件。这些模块一般对性能有着很高的要求，同时也关注资源消耗情况，除了C语言也没有其它更好的选择了。

当然，C语言也有一个比较完整和全面的 GUI 工具包，叫做 GTK。GTK 虽然使用C语言编写，但也提供了 C++、Python、Rust、JavaScript、Perl 等其它语言的接口。

【GTK 开源免费，跨平台，在 Linux 下比较常见，著名的 GNOME 和 GIMP 就使用 GTK 开发。】

Office早期版本使用C实现核心功能，PS早期版本使用C实现核心功能，CAD和3D建模软件使用C实现渲染和计算功能，Notepad++、Sublime Text使用C实现核心的编辑功能，MySQL Workbench和SQL Server Management Studio数据库客户端软件，使用C语言来实现数据库连接、查询、管理和界面。

开发一个完整的桌面软件，那么可以使用以下的解决方案/技术栈/技术选型（以 Windows 为例说明）：

• 基于 .NET 平台的 Windows Forms、WPF、UWP，可以使用 C#/VB.NET 编程
• 基于 C++ 的 GUI 框架/库，比如 Qt、MFC、wxWidgets、GTK
• 基于 Java 的 Swing、JavaFX
• 基于 Python 的 Tkinter、PyQt
• 基于 Web 技术（HTML、CSS 和 JavaScript）的 Electron 框架，VS Code、GitHub 客户端、Discord 就是用 Electron 开发
• 基于 Dart 的 Flutter，跨平台，支持 Windows、Linux、macOS、Android、iOS、网站

3) 系统组件开发

基础组件、核心算法、硬件驱动、通信协议的实现

C语言底层开发举例：

• 基础组件：文件系统、进程管理、用户界面（CLI+GUI）
• 核心算法：加密/安全算法（MD5、SHA、AES、RSA、SSL）、调度算法（线程/进程调度、内存页面置换）、LZ压缩算法、CRC和海明码等数据校验算法、随机数生成算法（又细分为多种方式）
• 硬件驱动：声卡驱动、显卡驱动、网卡驱动、蓝牙驱动、键鼠驱动、扫描仪/打印机驱动、USB驱动
• 通信协议：TCP/IP协议族（UDP、DNS、路由选择）、HTTP/HTTPS、SMTP/POP3/IMAP、FTP、SNMP、Bluetooth、NFC

4) 开发操作系统

这是C语言的初衷，它就是为开发操作系统而生的，UNIX、Linux、Windows 的内核就大量使用C语言。

5) 开发其它编程语言

有些编程语言的编译器（解释器）和标准库就使用C语言开发，比如 Python、PHP、Rust、Perl。

有些编程语言是在C语言的基础上进行的扩展，比如 C++、Objective-C、Swift、D语言。

由于C语言具有可移植性，适应性强，有时也被用作不同编程语言的中间语言，这样不同编程语言之间就可以共享组件/模块。把C语言作为中间件的编译器有：

• Gambit（Scheme语言的编译器和开发环境）
• BitC（系统级编程语言）
• GHC（Haskell语言的编译器）
• Vala（基于C的语言，创建GNOME桌面程序）
• Squeak（基于Smalltalk的面向对象编程语言）

6) 信号处理

C语言在电气工程领域也有很多用途，它可以使用信号处理算法来管理微处理器、微控制器等集成电路。

• 无线通信中的调制和解调，包括数字调制解调、射频调制解调
• 数字信号处理（DSP），包括滤波、频谱分析、时频分析、数字滤波器设计、谱估计

7) 音视频处理

C语言的速度非常快，能够快速地对音频和视频数据进行处理。音频和视频数据通常比较大，需要高效的算法和数据结构来处理，而C语言运行速度非常快，能够及时处理这些数据。

C语言提供了丰富的底层库和工具，如 FFmpeg、OpenCV 等，这些库和工具可以方便地对音频和视频数据进行编码、解码、剪辑、处理和转换等操作。

C语言支持指针和位运算等底层操作，这些操作可以对音频和视频数据进行高效的操作，如数据拷贝、移位、变换等。这些操作对于实现一些高级算法和数据结构非常有帮助。

• 音频编解码：MP3、AAC、WAV
• 视频编解码：H.264、H.265、VP9
• 音频处理：音频滤波、均衡器、混响、降噪、语音识别、音频合成
• 视频处理：图像滤波、色彩空间转换、运动估计、视频编辑
• 媒体库：FFmpeg 和 OpenCV 可以用于编解码、格式转换、滤波、图像处理等

8) 数据库开发

数据库是软件领域的基础设施，它的性能直接影响整个应用程序的运行效率，所以必须使用一种高效的语言进行开发。

使用C语言开发的数据库有：MySQL、SQLite、PostgreSQL、Oracle Database、Microsoft SQL Server。

Python语言

开发工具

• PyCharm
• Sublime
• VS Code

基本数据结构

• 字符串
• 列表
• 元组
• 集合
• 字典

函数

• 定义
• 参数传递
• 作用域
• lambda表达式
• 常用内置函数
• 闭包
• 匿名函数
• 生成器函数
• 装饰器
• 高阶函数

模块

• 文件处理（文件开闭，文件读写）
• 日期时间
• 导入模块
• 常用模块

进阶

• 正则表达式
• 数据库编程（聚合、分组、关联、排序、数据库设计、数据库调优）

并发

• 同步和异步
• 阻塞和非阻塞
• 多线程、多进程
• 协程
• 并发类库

网络编程

• 网络基础（七层模型、IP）
• 网络协议（TCP/UDP/HTTP/HTTPS/FTP/DNS）
• WebSocket

web开发

• Django框架（数据序列化、Django Rest Framework、分页缓存、信号、celery任务调度）