模組 14: 進階主題和擴展

概述

在這個最終模組中，我們將探索超越基礎的進階 C 程式設計主題。這些主題代表了 C 程式設計的前沿，展示了為什麼 C 在現代軟體開發中仍然具有重要意義。

學習目標

• 理解 C 中的多執行緒和並行程式設計
• 掌握進階網路程式設計技術
• 學習圖形程式設計基礎
• 探索嵌入式程式設計概念
• 理解即時系統程式設計
• 掌握現代 C 特性 (C11/C17)

多執行緒和並行

JavaScript vs C 執行緒模型

JavaScript 使用事件驅動的單執行緒模型和非同步操作，而 C 提供對系統執行緒和同步原語的直接存取。

執行緒同步

進階網路程式設計

Socket 程式設計

圖形程式設計基礎

使用 SDL2 的基礎圖形

嵌入式程式設計

裸機程式設計

即時系統程式設計

即時約束

現代 C 特性 (C11/C17)

原子操作

使用 _Generic 的泛型程式設計

執行緒本地儲存

練習題

練習 1: 多執行緒矩陣乘法

使用 pthreads 在 C 中實作多執行緒矩陣乘法演算法：

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

練習 2: 即時任務排程器

建立一個實作速率單調排程的簡單即時任務排程器：

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

void schedule_tasks(Task* tasks, int num_tasks);

練習 3: 帶執行緒池的網路伺服器

實作一個使用執行緒池處理客戶端連接的多執行緒網路伺服器：

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);

進階主題總結

關鍵進階概念

1. 多執行緒: 對系統執行緒和同步的直接控制
2. 網路程式設計: 低階 socket 程式設計和協定
3. 圖形程式設計: 使用 SDL2 等函式庫的硬體加速圖形
4. 嵌入式程式設計: 微控制器的裸機程式設計
5. 即時系統: 確定性時序和排程
6. 現代 C 特性: C11/C17 特性，用於更安全、更高效的程式碼

效能考量

• 執行緒安全: 使用原子操作和適當的同步
• 記憶體管理: 即時系統的高效分配策略
• 快取優化: 嵌入式系統的資料結構設計
• 時序約束: 滿足即時截止時間
• 資源管理: 有限嵌入式資源的高效使用

最佳實踐

• 使用適當的同步原語
• 為網路操作實作適當的錯誤處理
• 為即時約束設計
• 針對嵌入式系統限制進行優化
• 利用現代 C 特性提高安全性和效能
• 在目標環境中徹底測試

下一步

本模組涵蓋了展示 C 語言強大功能和多功能性的進階 C 程式設計主題。要繼續你的 C 程式設計之旅：

1. 探索特定領域: 選擇感興趣的領域（嵌入式、圖形、網路等）
2. 實踐真實專案: 使用這些概念建立完整的應用程式
3. 研究現有程式碼庫: 從開源 C 專案中學習
4. 為專案做貢獻: 加入開源社群
5. 保持更新: 關注 C 語言發展和新特性

C 程式設計在許多關鍵軟體開發領域仍然至關重要，從作業系統到嵌入式裝置。你在本課程中學到的技能為進階軟體開發和系統程式設計提供了堅實的基礎。

記住，C 的強大伴隨著責任 - 始終在你的程式碼中優先考慮安全性、正確性和可維護性。