模块 14: 高级主题和扩展

概述

在这个最终模块中，我们将探索超越基础的高级 C 编程主题。这些主题代表了 C 编程的前沿，展示了为什么 C 在现代软件开发中仍然具有重要意义。

学习目标

• 理解 C 中的多线程和并发编程
• 掌握高级网络编程技术
• 学习图形编程基础
• 探索嵌入式编程概念
• 理解实时系统编程
• 掌握现代 C 特性 (C11/C17)

多线程和并发

JavaScript vs C 线程模型

JavaScript 使用事件驱动的单线程模型和异步操作，而 C 提供对系统线程和同步原语的直接访问。

线程同步

高级网络编程

Socket 编程

图形编程基础

使用 SDL2 的基础图形

嵌入式编程

裸机编程

实时系统编程

实时约束

现代 C 特性 (C11/C17)

原子操作

使用 _Generic 的泛型编程

线程本地存储

练习题

练习 1: 多线程矩阵乘法

使用 pthreads 在 C 中实现多线程矩阵乘法算法：

void multiply_matrices_threaded(int** A, int** B, int** C, 
                               int rows, int cols, int threads);

练习 2: 实时任务调度器

创建一个实现速率单调调度的简单实时任务调度器：

typedef struct {
    char name[32];
    int period;
    int deadline;
    int execution_time;
    int priority;
} Task;

void schedule_tasks(Task* tasks, int num_tasks);

练习 3: 带线程池的网络服务器

实现一个使用线程池处理客户端连接的多线程网络服务器：

typedef struct {
    int server_socket;
    int max_threads;
    pthread_t* threads;
    int running;
} ThreadPoolServer;

ThreadPoolServer* create_server(int port, int max_threads);
void destroy_server(ThreadPoolServer* server);

高级主题总结

关键高级概念

1. 多线程: 对系统线程和同步的直接控制
2. 网络编程: 低级 socket 编程和协议
3. 图形编程: 使用 SDL2 等库的硬件加速图形
4. 嵌入式编程: 微控制器的裸机编程
5. 实时系统: 确定性时序和调度
6. 现代 C 特性: C11/C17 特性，用于更安全、更高效的代码

性能考虑

• 线程安全: 使用原子操作和适当的同步
• 内存管理: 实时系统的高效分配策略
• 缓存优化: 嵌入式系统的数据结构设计
• 时序约束: 满足实时截止时间
• 资源管理: 有限嵌入式资源的高效使用

最佳实践

• 使用适当的同步原语
• 为网络操作实现适当的错误处理
• 为实时约束设计
• 针对嵌入式系统限制进行优化
• 利用现代 C 特性提高安全性和性能
• 在目标环境中彻底测试

下一步

本模块涵盖了展示 C 语言强大功能和多功能性的高级 C 编程主题。要继续你的 C 编程之旅：

1. 探索特定领域: 选择感兴趣的领域（嵌入式、图形、网络等）
2. 实践真实项目: 使用这些概念构建完整的应用程序
3. 研究现有代码库: 从开源 C 项目中学习
4. 为项目做贡献: 加入开源社区
5. 保持更新: 关注 C 语言发展和新特性

C 编程在许多关键软件开发领域仍然至关重要，从操作系统到嵌入式设备。你在本课程中学到的技能为高级软件开发和系统编程提供了坚实的基础。

记住，C 的强大伴随着责任 - 始终在你的代码中优先考虑安全性、正确性和可维护性。