C语言经典问题（不看后悔）c语言算法，C语言的优秀作品：NGINX，

1.c程序设计语言豆瓣

大家好，我是TT有很多人在学习 C 语言的时候都有一种感慨：C 语言的语法、语义、库函数都很精悍干练，把这些东西全部弄懂并不需要花费太多力气但想要再进一步，用它写出高效、实用的程序，这其中就有一道很大的“鸿沟”需要跨越，经常遇到的情况是面对一个问题不知道如何下手。

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我认为，要学好 C 编程，掌握基本的语言特性只是迈出了第一步因为比起其他编程语言，C 更接近系统底层，所以还需要了解计算机原理、操作系统等知识，并且把它们在 C 语言里“打通”“融成一体”，这样才算是真正学会了 C 语言编程。

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那么，学习 C 语言编程有没有什么好方法呢？除了阅读经典著作和实际开发编码之外，我觉得还有一种很有效的方式：钻研优秀的开源项目通过学习那些经过“千锤百炼”的一行行源码，践行鲁迅先生的“拿来主义”，把开源项目的精华部分转变为自己的知识储备。

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也就是那句老话：“他山之石，可以攻玉”所以，今天借着这个机会，我就来聊聊我个人认为的 C 语言编程的经典范本，NGINX，并向你展示用 NGINX 学习 C 语言编程的正确打开方式什么是 NGINX？正式讲方法之前，我们需要先来了解一下什么是 NGINX。

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有后端开发、网络应用背景的同学应该都知道 NGINX，它是一个高性能、高稳定、功能齐备的 Web 服务器NGINX 具有运行效率高、资源占用低、支持海量并发、运维友好等特点，适应了互联网“爆炸式”发展的大潮。

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所以，自从2004年公开发布0.1.0版以来，NGINX 的市场占有率就一路攀升，当然，相应的就是竞争对手 Apache httpd、Microsoft IIS 份额的下跌到今年，也就是2021年的5 月份，W3Techs 网站的统计数据表明，NGINX 不仅在前一千、前一百万，而且是在所有的网站中，使用率都超过了传统的 Apache，总计的站点数量超过了4 亿个。

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这也就意味着，NGINX 取代了已经存在27年的 Apache httpd，正式成为全球最受欢迎的 Web 服务器然而，NGINX 的用途还远远不止于 Web 服务由于它核心的框架机制非常灵活、易于扩展，在多年的发展过程中，官方团队和广大志愿者又为它添加了反向代理、负载均衡等能力。

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并且，由此进一步衍生出了内容缓存、API 网关、安全防护、协议适配等许许多多的额外特性这让 NGINX 成长为了一个全能的网络服务器软件从上面的介绍中，我们可以看到，NGINX 经过了全球用户和各种实际场景的验证，获得了极大的成功，说它是世界顶级的开源项目之一也丝毫不为过。

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而它，正是用标准的 ANSI C 语言开发实现的很自然地，我们会感到好奇：为什么仅仅使用最基本的 C 语言，NGINX 就能够编写出性能如此强劲、功能如此丰富的服务器应用呢？里面究竟有哪些奥秘呢？如果你能挖掘出这些蕴含在 NGINX 源码之中的“奥秘”和“宝藏”，让它为己所用，无疑会很好地提升自己的 C 语言编程“功力”。

10.一个C语言程序只能实现一种算法

这对于我们当前的具体工作，乃至今后的职场发展，都是非常有价值的我们能从 NGINX 中学到什么？作为服务器领域里的“全能选手”，NGINX 源码里包含的内容非常丰富，上至配置文件的解析、各种协议的转换、限流限速、访问控制，下至端口监听、信号处理、多进程/ 多线程、epoll 调用，诸如此类，不一而足。

可以说，在 Linux 环境里大部分的应用开发问题，都可以在 NGINX 里找到对应或者类似的解决方案而且，除了三个例外，这些功能全都是由 NGINX 从零开始编码实现的，具有高度的独立性这三个例外的功能是数据压缩、正则表达式和加密解密，它们是由 NGINX 之外的开源项目 zlib、PCRE、OpenSSL 来完成的。

而 zlib、PCRE、OpenSSL 这三个库，也是用 C 语言开发的久负盛誉的开源库，NGINX 是为了避免“重复造轮子”，这也情有可原由于 NGINX 里可研究的地方实在太多，下面我就挑出两个比较有代表性的知识点，给你简单地介绍一下。

第一个点，是 NGINX 的跨平台兼容能力我们都知道，操作系统的世界里不只有主流的 Windows、Linux，还有 macOS、FreeBSD 等等，而且每个操作系统还有不同的版本区别Java、Python 等语言有虚拟机，完全屏蔽了这些差异，而 C 程序更接近底层硬件，通常要直接调用系统函数编写代码，这就让代码的跨平台兼容成了一个大问题。

而 NGINX 却很好地实现了多系统平台的支持功能，能够在 Windows、Linux、macOS、FreeBSD、Solaris 等许多操作系统上运行，并且还兼容 GCC、Clang、Intel C 等不同的编译器和更下层的 x86、arm、SPARC 等硬件。

那么，它是怎么做到的呢？其实原理也很简单，就是引入“中间层”具体手法是使用宏、条件编译还有包装函数，在代码层面把不同的系统底层调用封装起来这样，上层使用的时候看到的就是一致的接口，不用再关心如何处理系统差异的“杂事”。

比如，对于 UNIX 系统里的非阻塞错误码（errno），NGINX 就使用条件编译，统一定义成宏 NGXEAGAIN，从而消除了 HP-UX 与 Linux、FreeBSD 等其他系统的差异：#if (hpux)

#define NGXEAGAIN EWOULDBLOCK#else#define NGXEAGAIN EAGAIN#endif又比如，对于常用的函数 memcpy，NGINX 先是使用宏做了一层包装，然后再针对 Intel C 编译器做特别优化，最终使用的函数实际上是 ngxcopy：

#define ngxmemcpy(dst, src, n)(void) memcpy(dst, src, n)#define ngxcpymem(dst, src, n)(((uchar *) memcpy(dst, src, n))+ (n))

#if ( INTELCOMPILER >=800)static ngxinline uchar *ngxcopy(uchar *dst, uchar *src, sizet len);#else#define ngxcopy ngxcpymem

#endifNGINX 还把许多操作系统独有的功能，分别定义在不同的头文件里，像 ngxlinuxconfig.h、ngxdarwinconfig.h然后，检测编译时的操作系统，再使用条件编译的方式包含进来，实现了针对不同操作系统的定制化：。

所以，研究了 NGINX 源码之后，我们就可以学会跨平台、兼容多系统这个对于 C 语言来说非常重要的技巧下面我们来看第二个点，NGINX 的内存管理能力在 C 语言里，使用动态内存的标准函数是 malloc 和 free，但反复地调用它们分配和释放操作效率很低，而且容易导致内存碎片，影响系统稳定。

为了解决这个问题，NGINX 构造了两种内存池，块式内存池 ngxpool 和页式内存池 ngxslabpool原理是预先向系统申请较大的一块内存，之后自己在里面按需切分使用，使用完毕后再一次性释放这样，就减少了系统调用的次数，也消除了内存碎片。

块式内存池 ngxpool 多用在请求处理这种内存使用量不确定、生命周期短的场景，它的数据结构简单摘录如下：typedef struct ngxpools ngxpool;// ngxpalloc.hstruct ngxpools {

ngxpooldatat d;//描述本内存池节点的信息；sizet max;//可分配的最大块；ngxpool *current;//当前使用的内存池节点；ngxchaint *chain;//为 chain 做的优化，空闲缓冲区链表；

ngxpoollarget *large;//大块的内存，串成链表；ngxpoolcleanupt *cleanup;//清理链表头指针；};ngxpool 实际上是一个内存块链表，使用指针串联起多块动态分配的内存。

小片的内存可以在块里直接移动指针分配，大块的内存就直接调用 malloc 分配，这就兼顾了不同的内存需求，非常灵活页式内存池 ngxslabpool 多用在进程间的共享内存、生命周期较长的场景由于共享内存通常容量固定，不能动态增长，所以就需要“精打细算”，管理的难度比 ngxpool 高很多。

ngxslabpool 的数据结构摘录如下：typedef struct {sizet minsize;//最小分配数量，通常是8 字节；sizet minshift;//最小左移，通常是3，即2^3=8；

ngxslabpaget *pages;//页数组；ngxslabpaget *last;//页链表指针，最后一页；ngxslabpaget free;//空闲页链表头节点；ngxslabstatt *stats;//统计信息数组；

ngxuintt pfree;//空闲页数量；uchar *start;//共享内存的开始地址；uchar *end;//共享内存的末尾地址；void *addr;//内存的起始地址；} ngxslabpool;

ngxslabpool 把内存划分成4K 大小的 page，每个 page 又可以再划分成更小的8 字节、16字节、32字节的 slab然后，NGINX 把这些 page 串成链表，就形成了一整片连续的内存。

分配大块内存的时候，就从链表里摘下多个 page，释放的时候再重新接入链表；而分配小块内存的时候就取一个 page，使用 bitmap 的方式在 page 里切割小片的 slab 分配可以看到，NGINX 有着优秀的内存管理能力，能够应用于多种应用场景。

我们完全可以把这些源码引入到自己的项目里，从而提升内存的使用效率如何阅读 NGINX 的源码？看到 NGINX 源码里的这些编程技巧和架构设计，是不是觉得很值得借鉴？我猜你已经有种跃跃欲试的感觉了，那现在就动手下载源码并阅读吧。

你可以从 NGINX 官网上下载源码压缩包不过我必须要提醒你：虽然 NGINX 的源码写得很规范，但阅读起来并不轻松拿当前的稳定版 NGINX 1.20来说，源码大约有15万行（不包含空行）虽然它的体量跟其他开源项目比起来算是中等规模，但想要弄懂其中错综复杂的数据结构和工作流程，也是一个很大的挑战。

所以，如果我们真的要把 NGINX 的源码读懂、读透，还是需要做些准备工作的最好的方式就是分而治之，有的放矢首先，我们需要大概了解 NGINX 源码的组成结构获取 NGINX 源码后，可以看到它里面有很多文件，目录结构我列在了下面：。

其中的 auto、conf、html，是预编译和配置示例等辅助文件，我们不需要太过关心。真正的 C 源码在 src 目录，这里又细分出几个子目录：

这些子目录的命名都很明确，可以说是一目了然比如，core 就是 NGINX 的核心框架功能，event 就是事件驱动机制，http 就是 HTTP 协议请求处理，os 就是具体的操作系统接口封装然后，你就可以有针对性地去看这些目录里的源码了。

我建议你只看自己感兴趣，或者当前急需了解的功能，避免不必要的时间和精力浪费接下来，在阅读 NGINX 源码的时候，我们也需要提前了解一下 NGINX 的编码风格，知道它的一些开发约定这样，就可以比较容易地进入状态，减少理解 NGINX 源码的障碍。

这里，我简单列出一些 NGINX 源码的特点，你可以参考：类型名、函数名使用前缀“ngx”，宏使用前缀“NGX”；枚举类型使用后缀“e”；函数指针类型使用后缀“pt”；结构体（struct）使用后缀“s”，

同名的“t”后缀是它的等价形式；为了节约内存，一些变量使用了“位域”特性（bit field）；大量使用了 void*指针，通过类型强制转换，实现了其他语言里的类、泛型的功能好了，今天的分享就到这里吧，最后做一个简单的小结：。

1.学习 C 语言编程，可以选择阅读经典著作、工作开发实践和钻研开源项目三种方式；2.NGINX 集成了 Web 服务器、反向代理、负载均衡等能力，是一个优秀的 C 语言开源项目；3.NGINX 源码里蕴含了非常精妙的编程技巧和设计思想，非常值得仔细研究；

4.NGINX 源码规模很大，要有选择、有目标地去阅读，这样才能事半功倍。