评：C语言18个经典问题答录

Posted 2020-07-12 lida2003

C语言18个经典问题答录这个大家都看过，自己也仔细看了一遍，另外，将一点感悟加注了一下。

1.这样的初始化有什么问题？char *p = malloc(10); 编译器提示“非法初始式” 云云。

答:这个声明是静态或非局部变量吗？函数调用只能出现在自动变量(即局部非静态变量) 的初始式中。因为静态变量的地址必须在编译的过程中就确定下来而malloc()申请的内存地址是在运行时确定的。

评：gcc编译不会报错。但是这样的编程习惯确实不好，即使知道需要内存大小，一般也是使用宏定义来标识需要分配的固定内存大小。这样既便于理解，也为今后的代码修改和移植提供了基础。

2. *p++ 自增p 还是p 所指向的变量?

答:后缀++ 和-- 操作符本质上比前缀一目操作的优先级高, 因此*p++ 和*(p++) 等价, 它自增p 并返回p 自增之前所指向的值。要自增p 指向的值, 使用(*p)++, 如果副作用的顺序无关紧要也可以使用++*p。

评：程序是按照运算符固定的逻辑关系执行。为了便于理解和阅读，编码时尽量采用()来明确表明运算符的优先级，避免理解出现的二义问题，这是一个编程习惯问题。

3. 我有一个char * 型指针正巧指向一些int 型变量, 我想跳过它们。为什么如下的代码((int *)p)++; 不行?

答:在C 语言中, 类型转换意味着“把这些二进制位看作另一种类型, 并作相应的对待”; 这是一个转换操作符, 根据定义它只能生成一个右值(rvalue)。而右值既不能赋值, 也不能用++ 自增。(如果编译器支持这样的扩展, 那要么是一个错误, 要么是有意作出的非标准扩展。) 要达到你的目的可以用:p = (char *)((int *)p + 1);或者,因为p 是char * 型, 直接用p += sizeof(int);

评：gcc编译器会根据指针所指向类型的大小，对++操作移动相应的类型大小字节数。

4.空指针和未初始化的指针是一回事吗?

答:空指针在概念上不同于未初始化的指针:空指针可以确保不指向任何对象或函数;而未初始化指针则可能指向任何地方。
 
评：任何指针必须初始化，如果不确定指针用途的可以初始化为NULL值。通常编程军规中约定，当然在优化代码中会有明显的说明和解释。

5.我可以用0来表示空指针吗?

答:根据语言定义, 在指针上下文中的常数0 会在编译时转换为空指针。也就是说, 在初始化、赋值或比较的时候,
如果一边是指针类型的值或表达式, 编译器可以确定另一边的常数0 为空指针并生成正确的空指针值。因此下边的代码段完全合法：
char *p = 0;
if(p != 0)

然而, 传入函数的参数不一定被当作指针环境, 因而编译器可能不能识别未加修饰的0 “表示” 指针。
在函数调用的上下文中生成空指针需要明确的类型转换,强制把0 看作指针。
例如, Unix 系统调用execl 接受变长的以空指针结束的字符指针参数。它应该如下正确调用：
execl("/bin/sh", "sh", "-c", "date", (char *)0);
如果省略最后一个参数的(char *) 转换, 则编译器无从知道这是一个空指针,从而当作一个0 传入。(注意很多Unix 手册在这个例子上都弄错了。)


摘要:
==========================|=============================
||         可以使用未加修饰的0           |               需要显示的类型转换               ||
||--------------------------------------------|-------------------------------------------------||
||   *初始化                                          | *函数调用, 作用域内无原型                 ||
||   *赋值                                              | *变参函数调用中的可变参数               ||
||   *比较                                              |                                                                  ||
||   *固定参数的函数调用                  |                                                                  ||
||    且在作用域内有原型                   |                                                                  ||
==========================|=============================

有两条简单规则你必须遵循:
1) 当你在源码中需要空指针常数时, 用“0” 或“NULL”。
2) 如果在函数调用中“0” 或“NULL” 用作参数, 把它转换成被调函数需要的指针类型

评：建议使用NULL值，通用且容易判断该变量是指针。参见/usr/include/linux/stddef.h, Linux下C语言NULL定义为#define NULL ((void *)0)  。

6. 既然数组引用会蜕化为指针, 如果arr 是数组, 那么arr 和&arr 又有什么区别呢?

答:区别在于类型:
在标准C 中, &arr 生成一个“T 型数组” 的指针, 指向整个数组。
在所有的C 编译器中, 对数组的简单引用(不包括& 操作符)生成一个T 的指针类型的指针, 指向数组的第一成员。

评：int array[100];
关于对数组名取地址的问题，由于数组名是右值，本来&array 是不合法的，早期不少编译器就是指定&array 是非法的，但后来C89/C99认为数组符合对象的语义，对一个对象取地址是合理的，因此，从维护对象的完整性出发，也允许&array 。只不过，&array 的意义并非对一个数组名取地址，而是对一个数组对象取地址，也正因为如此，array 才跟&array 所代表的地址值一样，同时sizeof(array )应该跟sizeof(&array )一样，因为sizeof(&array )代表取一个数组对象的长度。

但要注意到 array 和 &array 的类型是不同的。array为一个指针，而&array是指向数组int [100]的指针。array 相当于 &array[0]，而 &array 是一个指向 int[100] 的指针，类型是 int(*)[100]。类型为：类型 (*)[数组大小],所以&a+1大小为：首地址+sizeof(a)。

7. 我如何声明一个数组指针?

答:通常, 你不需要。当人们随便提到数组指针的时候, 他们通常想的是指向它的第一个元素的指针。
考虑使用指向数组某个元素的指针, 而不是数组的指针。类型T 的数组蜕变成类型T 的指针, 这很方便;
在结果的指针上使用下标或增量就可以访问数组中单独的成员。而真正的数组指针, 在使用下标或增量时, 会跳过整个数组,
通常只在操作数组的数组时有用。如果还有一点用的话。如果你真的需要声明指向整个数组的指针,
使用类似“int (*ap)[N];”这样的声明。其中N 是数组的大小。如果数组的大小未知, 原则上可以省略N, 但是这样生成的类型,
“指向大小未知的数组的指针”, 毫无用处。


评：数组本是一堆数据的集合，数组常使用于算法或者固定参数。如果有这样的数据集合，使用时，不如直接引用数据集合的名字来的更为简单方便，何必用指针。而一般应用真正关心的是数组里面的元素。因此指向数组元素的指针更重要。

8.当我向一个接受指针的指针的函数传入二维数组的时候, 编译器报错了,这是怎么回事?

答:数组蜕化为指针的规则不能递归应用。数组的数组(即C 语言中的二维数组) 蜕化为数组的指针, 而不是指针的指针。
数组指针常常令人困惑, 需要小心对待; 如果你向函数传递二位数组:
int array[NROWS][NCOLUMNS];
f(array);
那么函数的声明必须匹配:
void f(int a[][NCOLUMNS])
{ ... }
或者
void f(int (*ap)[NCOLUMNS]) /* ap 是个数组指针*/
{ ... }
在第一个声明中, 编译器进行了通常的从“数组的数组” 到“数组的指针” 的隐式转换; 第二种形式中的指针定义显而易见。
因为被调函数并不为数组分配地址,所以它并不需要知道总的大小, 所以行数NROWS 可以省略。但数组的宽度依然重要,
所以列维度NCOLUMNS (对于三维或多维数组, 相关的维度) 必须保留。
如果一个函数已经定义为接受指针的指针, 那么几乎可以肯定直接向它传入二维数组毫无意义。

评：函数入参主要就是传值和传址：传值主要是变量传递，传址主要是地址传递。按照对象的角度解释，一个变量和地址都是一个对象，而数组也是一个对象，而这个对象并不能作为函数的参数传入。

9. 我的strcat() 不行.我试了char *s1 = "Hello, "; char *s2 = "world!"; char *s3 = strcat(s1, s2); 但是我得到了奇怪的结果。

答:这里主要的问题是没有正确地为连接结果分配空间。C 没有提供自动管理的字符串类型。
C 编译器只为源码中明确提到的对象分配空间(对于字符串, 这包括字符数组和串常量)。
程序员必须为字符串连接这样的运行期操作的结果分配足够的空间,

常可以通过声明数组或调用malloc() 完成。strcat() 不进行任何分配; 第二个串原样不动地附加在第一个之后。
因此, 一种解决办法是把第一个串声明为数组:
char s1[20] = "Hello, ";
由于strcat() 返回第一个参数的值, 本例中为s1, s3 实际上是多余的; 在strcat() 调用之后, s1 包含结果。
提问中的strcat() 调用实际上有两个问题: s1 指向的字符串常数, 除了空间不足以放入连接的字符串之外,
甚至都不一定可写。


评：这里主要问题是对C语言基本编程里面字符串常量和strcat的理解不清晰。首先，字符串常量放在rodata段里，而字符串数组放在rwdata段里；其次，strcat是将src指向的字符串追加到dest的NULL结尾，当dest越界将会发生不可知异常。

char *strcat(char *dest, const char *src);
The  strcat() function appends the src string to the dest string, overwriting the terminating null byte ('\\0') at the end of dest,  and  then adds  a  terminating  null  byte.  The strings may not overlap, and the dest string must have enough space for the  result. If  dest  is  not large  enough, program behavior is unpredictable; buffer overruns are a favorite avenue for attacking secure programs.

参考： Redis开源代码读书笔记六（sds模块） ，sds sdscat(sds s, const char *t);

10. 那么返回字符串或其它集合的正确方法是什么呢?

答:返回指针必须是静态分配的缓冲区, 或者调用者传入的缓冲区,
或者用malloc() 获得的内存, 但不能是局部(自动) 数组。

评：局部数组的作用范围是函数内部，当函数返回，该内存区域将被释放，此时返回的数组地址指向的是无效数据，因此返回的必须是调用者所在或者以上作用范围的内存空间。

11. 我有个程序分配了大量的内存, 然后又释放了。但是从操作系统看,内存的占用率却并没有回去。

答:多数malloc/free 的实现并不把释放的内存返回操作系统, 而是留着供同一程序的后续malloc() 使用。

评：glibc库采用的ptmalloc机制，该机制通过mmap和mumap获取或者释放系统内存，而在实际使用过程中，malloc和free并不直接与系统交互，该API主要是维护进程中的内存资源，因此，虽然free了内存，从 ptmalloc机制看，free掉的资源并没有立即释放退还给操作系统。

12. calloc() 和malloc() 有什么区别?利用calloc 的零填充功能安全吗?free() 可以释放calloc() 分配的内存吗, 还是需要一个cfree()?

答:calloc(m, n) 本质上等价于:
p = malloc(m * n);
memset(p, 0, m * n);
填充的零是全零, 因此不能确保生成有用的空指针值或浮点零值free()

可以安全地用来释放calloc() 分配的内存。

评：malloc和calloc主要还是考虑其性能在memset上的开销。

13. 我认为我的编译器有问题: 我注意到sizeof('a') 是2 而不是1 (即,不是sizeof(char))。

答:可能有些令人吃惊, C语言中的字符常数是int 型, 因此sizeof('a') 是sizeof(int),这是另一个与C++ 不同的地方。

评：这个仅仅是编译器的定义问题，确实挺有意思的。64位系统sizeof(int)是4,32位系统sizeof(int)是2。

$ cat main.c
#include <stdio.h>
int main()
{
        char a;
        printf("sizeof(a) = %d\\n", sizeof(a));
        printf("sizeof('a') = %d\\n", sizeof('a'));
        printf("sizeof(char) = %d\\n", sizeof(char));
        printf("sizeof(int) = %d\\n", sizeof(int));
        return 0;
}

$ gcc main.c
daniel@ubuntu:~/test$ ./a.out
sizeof(a) = 1
sizeof('a') = 4
sizeof(char) = 1
sizeof(int) = 4

$ g++ main.c
$ ./a.out
sizeof(a) = 1
sizeof('a') = 1
sizeof(char) = 1
sizeof(int) = 4

14. 为什么声明extern int f(struct x *p); 报出了一个奇怪的警告信息“结构x 在参数列表中声明”?

答:与C 语言通常的作用范围规则大相径庭的是, 在原型中第一次声明(甚至提到)的结构不能和同一源文件中的其它结构兼容,
它在原型的结束出就超出了作用范围。要解决这个问题, 在同一源文件的原型之前放上这样的声明:
struct x;
它在文件范围内提供了一个不完整的结构x 的声明, 这样, 后续的用到结构x的声明至少能够确定它们引用的是同一个结构x。


评：在代码中尽量减少extern定义，该定义是比较破坏模块化，增加耦合度的东西，就像编程中也不提倡使用goto语句。

15. 我不明白为什么我不能象这样在初始化和数组维度中使用常量:const int n = 5; int a[n];

答:const 限定词真正的含义是 “只读的”; 用它限定的对象是运行时 (同常) 不能被赋值的对象。
因此用 const 限定的对象的值并不完全是一个真正的常量。
在这点上 C 和 C++ 不一样。如果你需要真正的运行时常量, 使用预定义宏 #define(或enum)。

评：const与define。两者都可以用来定义常量，但是const定义时，定义了常量的类型，所以更精确一些。#define只是简单的文本替换，除了可以定义常量外，还可以用来定义一些简单的函数。

16. 我能否把 main() 定义为 void, 以避免扰人的 “main无返回值”警告?

答:不能。main() 必须声明为返回 int, 且没有参数或者接受适当类型的两个参数。
如果你调用了 exit() 但还是有警告信息, 你可能需要插入一条冗余的 return语句
(或者使用某种 “未到达”指令, 如果有的话）。很多书不负责任地在例子中使用 void main(),
并宣称这样是正确的。但他们错了。

评：gcc中void main()可以定义并使用，但从正常的角度来说main需要int返回，确保命令行执行命令有正确的$?返回值。如果用g++来编译，void返回类型就会报错。

17. #pragma 是什么, 有什么用？

答:#pragam 指令提供了一种单一的明确定义的 “救生舱”, 可以用作各种 (不可移植的) 实现相关的控制和扩展:
源码表控制、结构压缩、警告去除 (就像 lint 的老 /* NOTREACHED */注释), 等等。

评：在所有的预处理指令中，#Pragma 指令可能是最复杂的了，它的作用是设定编译器的状态或者是指示编译器完成一些特定的动作。#pragma指令对每个编译器给出了一个方法，在保持与C和C++语言完全兼容的情况下，给出主机或操作系统专有的特征。依据定义，编译指示是机器或操作系统专有的，且对于每个编译器都是不同的。

18. “#pragma once” 是什么意思?我在一些头文件中看到了它。

答:这是某些预处理器实现的扩展用于使头文件自我识别; 它跟#ifndef技巧等价, 不过移植性差些。

评：其格式一般为: #pragma Para。其中Para 为参数，下面来看一些常用的参数message，code_seg，data_seg，once，hdrstop，resource，warning，comment，disable，region，pack