學習如何構造一個 C 文件并編寫一個 C main 函數來成功地處理命令行參數。

我知道，現在孩子們用 Python 和 JavaScript 編寫他們的瘋狂“應用程序”。但是不要這么快就否定 C 語言 —— 它能夠提供很多東西，并且簡潔。如果你需要速度，用 C 語言編寫可能就是你的答案。如果你正在尋找穩定的職業或者想學習如何捕獲空指針解引用，C 語言也可能是你的答案！在本文中，我將解釋如何構造一個 C 文件并編寫一個 C main 函數來成功地處理命令行參數。

我：一個頑固的 Unix 系統程序員。

你：一個有編輯器、C 編譯器，并有時間打發的人。

讓我們開工吧。

一個無聊但正確的 C 程序

Parody O'Reilly book cover, "Hating Other People's Code"

C 程序以 main() 函數開頭，通常保存在名為 main.c 的文件中。

/* main.c */
int main(int argc, char *argv[]) {
 
}

這個程序可以編譯但不干任何事。

$ gcc main.c
$ ./a.out -o foo -vv
$

正確但無聊。

main 函數是唯一的。

main() 函數是開始執行時所執行的程序的第一個函數，但不是第一個執行的函數。第一個函數是 _start()，它通常由 C 運行庫提供，在編譯程序時自動鏈入。此細節高度依賴于操作系統和編譯器工具鏈，所以我假裝沒有提到它。

main() 函數有兩個參數，通常稱為 argc 和 argv，并返回一個有符號整數。大多數 Unix 環境都希望程序在成功時返回 0（零），失敗時返回 -1（負一）。

參數向量 argv 是調用你的程序的命令行的標記化表示形式。在上面的例子中，argv 將是以下字符串的列表：

argv = [ "/path/to/a.out", "-o", "foo", "-vv" ];

參數向量在其第一個索引 argv[0] 中確保至少會有一個字符串，這是執行程序的完整路徑。

main.c 文件的剖析

當我從頭開始編寫 main.c 時，它的結構通常如下：

/* main.c */
/* 0 版權/許可證 */
/* 1 包含 */
/* 2 定義 */
/* 3 外部聲明 */
/* 4 類型定義 */
/* 5 全局變量聲明 */
/* 6 函數原型 */
 
int main(int argc, char *argv[]) {
/* 7 命令行解析 */
}
 
/* 8 函數聲明 */

下面我將討論這些編號的各個部分，除了編號為 0 的那部分。如果你必須把版權或許可文本放在源代碼中，那就放在那里。

另一件我不想討論的事情是注釋。

“評論謊言。”
- 一個憤世嫉俗但聰明又好看的程序員。

與其使用注釋，不如使用有意義的函數名和變量名。

鑒于程序員固有的惰性，一旦添加了注釋，維護負擔就會增加一倍。如果更改或重構代碼，則需要更新或擴充注釋。隨著時間的推移，代碼會變得面目全非，與注釋所描述的內容完全不同。

如果你必須寫注釋，不要寫關于代碼正在做什么，相反，寫下代碼為什么要這樣寫。寫一些你將要在五年后讀到的注釋，那時你已經將這段代碼忘得一干二凈。世界的命運取決于你。不要有壓力。

1、包含

我添加到 main.c 文件的第一個東西是包含文件，它們為程序提供大量標準 C 標準庫函數和變量。C 標準庫做了很多事情。瀏覽 /usr/include 中的頭文件，你可以了解到它們可以做些什么。

#include 字符串是 C 預處理程序（cpp）指令，它會將引用的文件完整地包含在當前文件中。C 中的頭文件通常以 .h 擴展名命名，且不應包含任何可執行代碼。它只有宏、定義、類型定義、外部變量和函數原型。字符串 <header.h> 告訴 cpp 在系統定義的頭文件路徑中查找名為 header.h 的文件，它通常在 /usr/include 目錄中。

/* main.c */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <libgen.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <getopt.h>
#include <sys/types.h>

這是我默認會全局包含的最小包含集合，它將引入：

2、定義

/* main.c */
<...>
 
#define OPTSTR "vi:o:f:h"
#define USAGE_FMT "%s [-v] [-f hexflag] [-i inputfile] [-o outputfile] [-h]"
#define ERR_FOPEN_INPUT "fopen(input, r)"
#define ERR_FOPEN_OUTPUT "fopen(output, w)"
#define ERR_DO_THE_NEEDFUL "do_the_needful blew up"
#define DEFAULT_PROGNAME "george"

這在現在沒有多大意義，但 OPTSTR 定義我這里會說明一下，它是程序推薦的命令行開關。參考 getopt(3) man 頁面，了解 OPTSTR 將如何影響 getopt() 的行為。

USAGE_FMT 定義了一個 printf() 風格的格式字符串，它用在 usage() 函數中。

我還喜歡將字符串常量放在文件的 #define 這一部分。如果需要，把它們收集在一起可以更容易地修正拼寫、重用消息和國際化消息。

最后，在命名 #define 時全部使用大寫字母，以區別變量和函數名。如果需要，可以將單詞放連在一起或使用下劃線分隔，只要確保它們都是大寫的就行。

3、外部聲明

/* main.c */
<...>
 
extern int errno;
extern char *optarg;
extern int opterr, optind;

extern 聲明將該名稱帶入當前編譯單元的命名空間（即 “文件”），并允許程序訪問該變量。這里我們引入了三個整數變量和一個字符指針的定義。opt 前綴的幾個變量是由 getopt() 函數使用的，C 標準庫使用 errno 作為帶外通信通道來傳達函數可能的失敗原因。

4、類型定義

/* main.c */
<...>
 
typedef struct {
 int verbose;
 uint32_t flags;
 FILE *input;
 FILE *output;
} options_t;

在外部聲明之后，我喜歡為結構、聯合和枚舉聲明 typedef。命名一個 typedef 是一種傳統習慣。我非常喜歡使用 _t 后綴來表示該名稱是一種類型。在這個例子中，我將 options_t聲明為一個包含 4 個成員的 struct。C 是一種空格無關的編程語言，因此我使用空格將字段名排列在同一列中。我只是喜歡它看起來的樣子。對于指針聲明，我在名稱前面加上星號，以明確它是一個指針。

5、全局變量聲明

/* main.c */
<...>
 
int dumb_global_variable = -11;

全局變量是一個壞主意，你永遠不應該使用它們。但如果你必須使用全局變量，請在這里聲明，并確保給它們一個默認值。說真的，不要使用全局變量。

6、函數原型

1. /* main.c */
2. <...>
3.  
4. void usage(char *progname, int opt);
5. int do_the_needful(options_t *options);

在編寫函數時，將它們添加到 main() 函數之后而不是之前，在這里放函數原型。早期的 C 編譯器使用單遍策略，這意味著你在程序中使用的每個符號（變量或函數名稱）必須在使用之前聲明。現代編譯器幾乎都是多遍編譯器，它們在生成代碼之前構建一個完整的符號表，因此并不嚴格要求使用函數原型。但是，有時你無法選擇代碼要使用的編譯器，所以請編寫函數原型并繼續這樣做下去。

當然，我總是包含一個 usage() 函數，當 main() 函數不理解你從命令行傳入的內容時，它會調用這個函數。

7、命令行解析

/* main.c */
<...>
 
int main(int argc, char *argv[]) {
 int opt;
 options_t options = { 0, 0x0, stdin, stdout };
 
 opterr = 0;
 
 while ((opt = getopt(argc, argv, OPTSTR)) != EOF) 
 switch(opt) {
 case 'i':
 if (!(options.input = fopen(optarg, "r")) ){
 perror(ERR_FOPEN_INPUT);
 exit(EXIT_FAILURE);
 /* NOTREACHED */
 }
 break;
 
 case 'o':
 if (!(options.output = fopen(optarg, "w")) ){
 perror(ERR_FOPEN_OUTPUT);
 exit(EXIT_FAILURE);
 /* NOTREACHED */
 } 
 break;
 
 case 'f':
 options.flags = (uint32_t )strtoul(optarg, NULL, 16);
 break;
 
 case 'v':
 options.verbose += 1;
 break;
 
 case 'h':
 default:
            

                當前題目：如何寫好C main函數？
                

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