探索系統編程：C 語言初學者指南

系統編程涉及與計算機底層硬件和軟件交互。 C 語言是系統編程的首選語言之一，因為它能夠直接訪問硬件資源。這篇指南將帶你踏上系統編程之旅，從 C 語言基礎到實際應用案例。

C 語言基礎

變量和數據類型：
變量用於存儲數據。在C 中，變量必須聲明其數據類型，例如：

int age; // 声明一个整型变量 "age"

函數：
函數是執行特定任務的可重用代碼塊。 C 函數的語法如下：

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

指針：
指針變量指向其他變量的內存地址。它們用於動態管理內存。

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

系統編程概念

內存管理：
系統編程涉及內存的直接管理。你需要知道如何分配和釋放內存空間。

// 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 操作對於系統編程至關重要。可以使用 fopen()、fread() 和 fwrite() 函數來操作文件。

// 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);

操作系統交互：
C 語言提供了與操作系統交互的系統調用。這些調用允許程序執行特定任務，例如創建或終止進程。

// 创建一个子进程
pid_t pid = fork();

實戰案例：創建一個簡單的 shell

創建一個簡單的 shell 是展示系統編程實際應用的絕佳示例。以下是步驟：

1. 初始化變量：包括標準輸入、輸出和錯誤流。
2. 讀取用戶輸入：使用 fgets() 函數。
3. 解析命令：將命令字符串分割成單詞和參數。
4. 執行命令：使用 execv() 函數。
5. 錯誤處理：處理命令執行錯誤。

完整的代碼如下：

#include 
#include 
#include 
#include 

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;
}