《C陷阱与缺陷》第三章

前言：

• 博主实力有限，博文有什么错误，请你斧正，非常感谢！

• 博主目前只掌握的c语言，因此本文主要以c语言为背景讨论问题。编译器：VS2019

• 本文是《C陷阱与缺陷》专栏第3章

• 《C陷阱与缺陷》第一章，我们认识了词法“陷阱”，第二章认识了语法“陷阱”

• 第三章让我们了解一下语义”陷阱“（指针与数组底层原理，求值顺序）

《C陷阱与缺陷》

“词法”陷阱	“语法”陷阱

、

语义”陷阱“

• 一句话，哪怕，单词，语法都对，仍然可能存在歧义或者非我们表达希望的意思。

• 同样对于c程序，即使语法正确，编译器对其也可能是我们非希望的运算，因此本博文主要讨论：语义“陷阱“。

指针与数组

指针与数组之间的联系是密不可分，理解数组必然需要理解指针。

• 数组名是不能进行自增，自减运算的，因为数组名是常地址。

• C语言只有一维数组，而且数组的大小必须在编译期间就作为常数确定下来。

• | C99标准允许变长数组（int arr[m] [n]）.但是市面上大部分C编译器(VS2019)还没有完全实现C99标准，但是对于在线OJ系统允许变长数组。另外GCC中实现了变长数组。 |
  | :----------------------------------------------------------- |

• 为什么说C语言只有一维数组呢？

• 我们知道变量在内存是连续存放的，同样一维数组也是。Exp；arr[m];当我们定义一个一维数组时，内存会为arr开辟大小为：m*sizeof（arr[0]）的字节空间。而对于二维数组，因为内存连续性的原因，内存并不会真真的开辟一个二维空间，而是连续依次存入二维数组的每个数据。之所以有二维数组的说法是为了分析问题方便。

Exp: int arr[ 3 ] [3 ] ;

声明 arr是一个数组，该数组有3个元素，每个元素类型是数组大小为3的一维数组。

• 二维数组的实质是一维数组，只是其元素类型是一维数组类型。

• 多维数组同理

• 为什么要在编译期间确定大小

为了给数组开辟内存

• 对于数组我们只要知道2件事：1.数组大小；2.获得指向数组首元素地址的指针。对于数组的运算就没问题了

• 为什么说知道数组首元素地址就可以了

1.指针的运算是根据其指向数据类型来进行计算。

int main()
{

int arr1[4] = { 5,6,8,4};
int* p1 = arr1;//数组名是一维数组arr1首元素地址，而首元素是int 类型，因此p类型为int
printf("%d\n", *arr1);
printf("%d\n", *p1);
printf("%d\n", *(arr1+1));
printf("%d\n", *(p1+1));//p的类型是int，因此加一，跳过int 字节内存。

//二维数组
printf("\n");
int  arr2[3][2] = {45,4,5,6,78,75 };
int(*p2)[2] = arr2;//数组名是二维数组首元素地址，而首元素的，类型是 int [2](含有2个元素的一维数组)
                  //因此p在定义的类型为：int [2];
printf("%d\n", arr2[0][0]);
printf("%d\n", **p2);//*p后的地址类型为int,而%d需要int型数据，因此再*；

printf("%d\n", arr2[1][0]);
printf("%d\n", *(*(p2 + 1)+0));



return 0;
}

2.以数组下标的形式进行数组的运算很正常，但是实质底层原理是指针的运算（编译器在遇到数组都将其转化为同类型的指针）。任何一个数组元素的下标都可以通过指针找到。因此我们完全可以依据指针进行数组的运算。

• 许多程序设计语言中都内建有索引运算，在C语言中索引运算是以指针算术的形式定义的。

int *p=arr;
//数组下标为0的元素是arr[0]
//实质是*（p+0）；
//数组下标为1的元素是arr[1]
//实质是 *（p+1)

int arr[2][3]={0};
int (*p)[3]=arr;
//数组下标为0的元素是arr[0],但是其类型int*即int的地址,因此二维数组下标 （0，0）的arr[0][0]
//其实质：*（*（p+0）+0）
//数组下标为1的元素是arr[1],但是其类型int*即int的地址,因此二维数组下标 （1，0）的arr[1][0]
//其实质：*（*（p+1）+0）

操作符:sizeof()

• sizeof()是操作符，不是函数

• sizeof（）用于只用于求数据在内存中所占内存的大小单位字节，在（）里面不产生的任何影响

• sizeof对数组的一些运算，有特殊规定

C中数组名代表其数组首元素地址。但是对于sizeof（）来说，其代表整个数组。而&arr代表取数组的地址,因此对地址求其大小，在32位系统4字节大小

64位系统下8字节大小。

指针

• 任何指针都是指向某种类型的变量，类型决定了指针运算跳过的字节大小。

• 只有同类型的指针之间，才能进行有效运算

int 型指针与int型指针间进行运算，数组型指针与数组型指针间进行运算。等。。。

• 同类型指针间的运算是有意义的

• 比如同时指向数组的2个指针，其相减就可以得到2个指针间的元素个数

• 一旦定义指针，就必须指定其指向,或者对指针赋值NULL

• 对于一维数组arr[i]与* （p+i）意义一样，但是[ ]的形式更容易理解，尤其是二维数组。

• 因为*（p+i）== *(i+p)，即p[i]=i[p],但是强烈不推荐这种i[p]这种形式

非数组的指针

• 字符串

C语言的字符串常量存放在常量区,其代表一块包括字符串中所有字符以及字符串``结束标志‘\0’`组成 的内存区域的首地址.

因此对于字符型指针，其不是指向整个字符串，而指向的是字符串的首地址。

另外不同的指针，指向相同字符串，不同指针指向同一地址的字符串

• 字符串的实质是地址，但是因为其是常量，因此不能修改其值

char *str="hello";
*str='G';//在C语言在是违法，禁止的

• 打印字符串%s的规则

1. 其打印的地址必须是字符串类型

2. 打印结束标志是‘\0’;

作为参数的数组声明

• | 在C语言中，我们没办法可以将一个数组作为函数参数直接传递。我们用数组名传参，数组名会被编译器自动转换为同类型的指针。 |
  | :----------------------------------------------------------- |

Exp:

int fun(int arr[])

//编译器自动转换数组名
int fun(int *p)

避免”举隅法“

• ”举隅法“是一种文学修辞上的手段，类似以微笑代替喜悦，赞许之情。而对于C语言中，指针是指向某个数据，但是并不意味这指针就是该数据，指针存的是该数据的地址。即不要混淆指针与指针所指向的数据

空指针并非空字符串

C语言的强制转换操作符，可以将一个整数X强制转换为指针（即x将变成对应16进制内存编号的地址），但是对于常数0这个特殊情况，编译器保证由0转换的指针不等于任何有效的指针。

当0转换为指针时，绝对不可以对其解引用(*)

if(p==(char*)0)
{}//合法
if(strcmp(p,(char *)0))
{}//非法，库函数strcmp中有对指针的``解引用``

边界计算与不对称边界

边界计算：

对一个数组有10个元素，那么数组下标的范围是什么呢？

• 对于Fortran，Pl/I,Snobol4等程序语言，下标从1开始，而且这些语言允许自定义数组下标的起始地址。

• 对于Algol，Pascal，编程必须显示的指定数组下标上界与下界

• 在Basic中声明一个10个元素的数组，实际编译器分配11个元素的空间，下标从0到10

不对称边界：

问题：修建一个100米的护栏，护栏间的距离是10米，问需要多少栏杆？

答案： 11

这是典型的”栏杆错误“，也被称谓”差一错误“

针对这种错误有一种好的方法：

• 首先考虑最简单情况下的特例，然后推广
• 仔细计算边界。

而在C语言编程时如何更好的避免差一错误呢？

这就需要“不对称边界”：

• 用第一个入界点和最后一个出界点来表示数值范围

• 取值范围大小是出界点与入界点差
• 上界永远不小于下界

Exp1：

Exp2：

数组边界”溢界“问题

int i =0;
int arr[10]={0};
for(i =0;i<=12;i++)
{
arr[i]=0;
printf("%d\n",arr[i])

}
//这种用法在C中是允许的，因为底层是指针。
//程序是个死循环，下面解释
//在Vs2019中，编译器会在变量与数组之间放2个空内内存，目的就是防止"溢界"问题
//内存的利用是先高地址，后低地址。
//正是因为这个规则和变量与数组的定义顺序，当arr[12]即是i
//此时i又重新赋值为0，因此进入死循环

ANSI C标志明确允许这种用法：数组中实际不存在的”溢界“元素地址位于数组所占内存之后，这个地址可以被用于赋值和比较，但是引用该元素就是非法的。

求值顺序

• 运算符的优先级并不决定求值顺序。

int a=b*c+d *e+f * g;

//编译器只知道*比+先计算，但是不知道开始的顺序是怎样的。

即a=（b*c+d *e）+f * g;

或者a=b*c+（d *e+f * g);

• 但是C语言在规定了4个运算符的求值顺序

四个运算符是：&&；|| ； ？： ； ‘，’ ；

• &&和||首先对左侧操作数求值，具有改变运算顺序的性质即（左侧为真，右侧就不需要求值）

• a？b：c 先算a，后根据a算b,c；

• ，首先对左侧操作数求值，然后丢弃该值，再对下一个操作数求值。

• 分隔函数参数的‘’逗号‘’不是“逗号运算符”。

• 所有赋值运算都不决定求值顺序

int i=0；
while（i<n）
{
y[i]=x[i++]
}
//因为赋值"="的性质，无法确定y,x中的i是哪个值，另外不同编译器会有自己的赋值运算符求值顺序。为避免这个有争议的”垃圾代码“我们可以
while（i<n）
{
y[i]=x[i];
i++;
}

整数“溢出”

C中的每种数据类型都有其取值范围。

如signed char -128~127

int (-2^31) ~(2^31-1)

等…

• C语言中存在2种整数算术运算，有符号和无符号

• 在无符号运算中，无”溢出“一说
• 在无符号与有符号运算中，有符号会转化为无符号型，进行运算，不在有“”溢出“一说

• 在有符号运算中，存在”溢出“一说。另外“溢出”的结果是未定义的,当发生“溢出”，任何的运算都是不安全的。

假设a和b是2个非负整形变量，我们检验是否会“溢出”，溢出后就会成为”负数“。

if（a+b<0）
{
..
}

在某些机器上，加分运算器讲设置一个寄存器的4种状态之一：正，负，0，溢出。在这种编译器上，a+b后判断寄存器是否未”负“，但是此时寄存器的状态是”溢出“，那么if的检测就会不安全。

更改为：

//方法一
if（（unsingned）a+(unsigned)b>INT_MAX）
{}
//INT_MAX是整形数据的最大取值，定义在库中
//方法二
if（a>INT_MAX-b）
{}

为main函数提供返回值

• 函数为说明返回值的类型时，默认为int，main也同理

• 对于大多数C语言都是通过main的返回值来告诉操作系统该函数执行是成功还是失败。

• 返回0代表成功，非0代表失败

• 因此return具有结束函数执行的效果，在循环中合理运用会产生奇妙的效果