索引：
📍Compiling
在上週使用 command line (cmd) make + 檔名 的方式來 compile 編譯 source code 成電腦看得懂的 machine code ，而 make 就是執行一個名叫 clang 的程式，所以若你用 clang 這個 cmd 來編譯也是能得到一樣的結果，差別在於 make 會輸出成和原檔名相同的 machine code 檔，但使用 clang 你若沒有指定輸出的檔名，那他預設的檔名會是 a.out
$ make hello // 編譯檔名為 hello 的 machine code
$ clang hello.c // 編譯檔名為 a.out 的 machine code
所以可以傳 argument 引數給 command line 來定義編譯後的檔名為何，可以加在 clang 之後，source code 的檔名之前，並且前面要加上 -o ，代表 output 的縮寫。
$ clang -o hello hello.c // 編譯檔名為 hello 的 machine code
但若我們 source code 用到了其他的 head file 如課堂的 <cs50.h> ，在使用 clang 會需要在最後加上 -lcs50 代表告訴編譯器你引入外部函數或是外部變數明確的位址 （參考），但這些步驟其實能靠 make 來做到。
#include <cs50.h>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
string name = get_string("What's your name? ");
printf("hello, %s\n", name);
}
$ clang -o hello hello.c -lcs50 // 編譯檔名為 hello 的 machine code
所以拆解一下 make 可以有以下四個步驟：
- Preprocessing（預處理）：主要是是將外部引入的東西作轉換，如將
#include <cs50.h>這些外部引入的資源做轉換，也就是展成外部檔案裡面所有函式的prototype，另外，刪掉註解也是在這個地方會做處理。補充：prototype 代表只取函式傳入的變數與型態、回傳的變數與型態、函式名稱，如string get_string(string prompt);是 cs50.h 其中一個函式，其不包含{}的內容。 - Compiling（編譯）：中間會將 source code 轉換成組合語言（assembly code），以及進行一些語法語意的分析，所以並非直接將 source code 直接轉換成 machine code 。
- Assembling（彙編）：將組合語言轉換成 binary 的 machine code。
- Linking（鏈接）：把這些轉換後的 machine code 組合成一個檔案並產出，也就是剛剛
-lcs50指定在做的事。
補充：1. mac 在本地端無法用 make? 可以參考此 issue《Undefined symbols for architecture x86_64》 2. 其他細節的可以參考《淺談 c++ 編譯到鏈結的過程》。
📍Debugging
除錯是每個軟體工程師必經的一個過程，可以算是家常便飯，但 bug 這個詞最早被發現時其實真的是在指一隻實體的蛾跑進了一台名叫 Harvard Mark II 的電腦裡，造成了一些運行上的問題，這個故事發生在 1947 年。
在 cs50 所提供的遠端 vscode 能讓我們利用 debug50 這個指令來除錯並模擬電腦是如何一步步執行程式的，主要有幾個步驟：
- 設定 breakpoint，將滑鼠移到行數前面就會看到紅點，點選右鍵後就能看到設定中斷點的選項（或直接點紅點），意思是讓程式執行到那裡就先暫停。
-
terminal 的 tab 執行
debug50 ./檔案名稱後會出現一個 debug console 的 tab。 -
回到 terminal 的 tab 後你可以透過按鈕（如下圖）去操作程式，分別的功用如下：
- Continue：繼續執行程式直到下一個被設置的中斷點
- Step over：執行下一行
- Step into：跳進一個函式裡
- Step out：跳出函式
在視窗的左半邊可以看到變數的狀態，就可知道每一步的狀態是什麼以便知道錯誤在哪。
📍Memory
在電腦中有個我們很熟悉的晶片叫做 RAM，它可以儲存 0 和 1，因此當宣告變數時，它就會切一塊記憶體位置來儲存變數，在上一週提到不同的變數型態會有不同儲存的 bytes ，如 char 是存 1 byte，int 是存 4 bytes，因此它們會佔據記憶體內不同的大小。
📍Arrays
在宣告變數時某些資料型態是相同的話我們就能夠用 Arrays，例如班上同學的成績、手搖飲料的價錢等等，如以下計算平均成績：
#include <stdio.h>
int main(void)
{
// 宣告三個變數來存成績
int score1 = 72;
int score2 = 73;
int score3 = 33;
printf("Average: %f\n", (score1 + score2 + score3) / 3); // 用 3.0 才能讓型輸出成 float
}
在剛剛的記憶體中會像是以下這樣子，一個格子會是 1 byte，因此 int 的變數會佔據 4 bytes，以 0 和 1 表示的話會像下下張圖：
但若使用 Arrays 的話會更好，因為成績都是屬於 int ，那將它們放在一起也好進行一些資料處理，可以像以下來表示，宣告名稱為 scores 的 Arrays，裡面有 3 個 int 的變數，然後用 scores[index] 來賦值，並且使用 get_int 來輸入成績。
#include <cs50.h>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
int scores[3];
scores[0] = get_int("Score: ");
scores[1] = get_int("Score: ");
scores[2] = get_int("Score: ");
printf("Average: %f\n", (scores[0] + scores[1] + scores[2]) / 3.0);
}
但以上程式也還是有一些多餘的程式碼，因此可以透過迴圈改成以下，並且設定 n 來代表 Arrays 裏有幾個變數。
...
int n = get_int("How many scores? ");
int scores[n];
for (int i = 0; i < n; i++)
{
scores[i] = get_int("Score: ");
}
...
📍Characters
我們定義以下三個 char 變數後我們印出如以下：
#include <stdio.h>
int main(void)
{
char c1 = 'H';
char c2 = 'I';
char c3 = '!';
printf("%c%c%c\n", c1, c2, c3); // HI!
}
placeholder 換成 %i 能印出 ASCII
#include <stdio.h>
int main(void)
{
char c1 = 'H';
char c2 = 'I';
char c3 = '!';
printf("%i %i %i\n", c1, c2, c3); // 72 73 33
}
或是可以寫成
printf("%i %i %i\n", (int) c1, (int) c2, (int) c3); // 72 73 33
但若是將 float 轉換成 int 的時候會將小數位的這個資訊去除。
📍String
以剛剛的例子，我們可以透過字串來一次儲存字元的集合，因此 String 其實就是一串 characters （char）的 Arrays，但使用 String 會需要引入 cs50.h
#include <cs50.h>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
string s = "HI!";
printf("%s\n", s);
}
一般來說如果一個一個 char 來儲存，其記憶體位置會像下圖，但如果用 string 來存就會是下下的圖，可以注意到在任何使用 string 的變數有個特特性是，它預設會在最後使用 '\0' 來告訴程式說這個是該 string 的結束點，因此也佔了一個 byte，全部的 bit 為 0，其 ASCII 也是 0。
在以上的 “HI!” 其實使用了 4 bytes。
另外，因為 String 就是一串 char 的 Arrays ，所以我們可以用迴圈的方式來得到 string 的長度：
#include <cs50.h>
#include <stdio.h>
int string_length(string s);
int main(void)
{
string name = get_string("Name: ");
int length = string_length(name);
printf("%i\n", length);
}
int string_length(string s)
{
int i = 0;
while (s[i] != '\0') // 如果該位置不為 \0 就 i 加 1 並繼續
{
i++;
}
return i;
}
但在 cs50 的 string 函式庫就有這個函式，他的 head file 是 string.h
#include <cs50.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(void)
{
string name = get_string("Name: ");
int length = strlen(name);
printf("%i\n", length);
}
更多的函式能到 manual pages 尋找
📍Command-line arguments
我們曉得 ./檔案名稱 其代表的意義是呼叫 main 這個函式，但我們也能透過 command line 來傳引數進去作為 main 這個函式的變數，如下原本 main 這個函式的變數通常都是 void，但可以改成 int argc, string argv[]
argc是你傳入的變數有幾個，例如：./hello David算 2 個./hello David Jason算 3 個argv[]是陣列，以剛剛的範例來說會變["./hello","David"]和["./hello","David", "Jason"]
#include <stdio.h>
#include <cs50.h>
int main(int argc, string argv[])
{
if (argc != 2)
{
printf("missing command-line argument\n");
return 1; // 返回 1 或非 0 的值表示失敗
}
printf("hello, %s\n", argv[1]);
return 0; // 返回 0 表示成功
}
$./hello David
hello, David
小結：
在第二週的學習中，最有趣的部分是學到了變數在記憶體中的存儲方式。根據不同的型態，變數會佔用不同大小的記憶體空間，並且每個變數都有自己在記憶體中的位置(地址）。這使得我們需要注意 call by value 和 call by reference 的區別。前者僅僅是單純複製值，而後者則是複製變數在記憶體中的位置。總之，本週的學習讓我更加了解 C 語言的開發眉角，也期待能在作業學到更多東西。