【C语言】C语言的495个问题

因为需要研究PostgreSQL源码，故需要了解C的工程知识，虽说C的基础很简单，语法集合很少，但是对于大型系统来说，但由于C缺少一些现代语言的包，类等概念，在源码经常看到一些约定俗成的“利用C来实现高级语言语法特性”的知识，在《C语言的495个问题》中，有详细的说明，下面我们就一起看看吧。

1 声明和初始化

基本类型

1.1 各类型区别

• 正确如下，已在mac和ubuntu中验证（书中说法是至少，但实际按如下记即可）
• char 1byte
• short int
• int 4 byte
• long int 8 byte
• long long 8 byte

# include 

int main() {
    printf("char: %lu\n", sizeof(char)); // 1
    printf("short int: %lu\n", sizeof(short int)); // 2
    printf("int: %lu\n", sizeof(int)); // 4
    printf("long: %lu\n", sizeof(long)); // 8
    printf("long long: %lu\n", sizeof(long long)); // 8
    return 0;
}

1.2 为什么不精确定义标准类型的大小

C语言相对低级，其设计理念认为类型大小应该有具体实现来决定， 虽然这很容易出矛盾

1.3 因为C没有精确定义标准类型大小，那么用typedef定义int16和int32是否能解决问题呢

是的，但其实标准头文件中已经定义了int16_t和uint_32_t类型

1.4 新64位机上64位类型是什么样的

• 增加了long long: 至少64bit

1.5 char *p1, p2有什么问题

• 这样表示p1是指针，但p2是值。
• 应改为char *p1, *p2;

1.6 malloc用法

正确方式如下, 注意malloc函数返回的是指针

#include 

int main() {
    char *p;
    p = malloc(10);
    return 0;
}

声明风格

1.7 全局变量和函数应该怎么定义&&声明？

• 可以声明多次，但只能定义一次。
• 一般在.c文件中定义，在.h文件·中声明，这样使用者只要引用了.h文件就拥有了声明。
  • 变量声明是extern int i;
  • 函数声明是extern int f();
  • 变量定义是int i = 0;
  • 函数定义是int f() {return 1;}
  • 尤其是把外部函数的声明放在.h中，而不是.c中，防止外部函数原型变化了，但.c文件中忘记更改导致错误的函数原型贻害无穷。
• c文件一般也要引用对应的h文件，这样编译器可以检查c和h文件中声明与定义是否一致。

1.8 怎么在C中实现不透明数据类型?

见2.4

1.9 怎么生成半全局变量，就是那种只能被部分源文件中国的函数访问的变量？

• C原生不支持，
• 为了实现变量分包来管理， 有2种解决方案：
  • 包内的变量都带固定前缀，“口头约定”使用者不能定义相同前缀的变量
  • 变量用下划线开头

存储类型

1.10 static函数内的变量都必须是static的吗

尽量这样做

1.11 extern 函数声明的作用

• 可以当做一种格式上的提示，指明函数的定义可能在别的c文件中
• 其实extern int f();和int f();没有区别

1.12 auto的作用

没啥用，过时了

类型定义typedef

1.13用户定义的类型，typedef和#define的区别？

• 尽量用typedef，因为能更好的处理指针类型
• #define主要是配合#ifdef宏使用的

1.14 定义链表报错

• struct可以包含“指向 自己类型 的指针”，但要提前声明该struct类型
• 以下三种均可

struct node {
    char *item;
    struct node *next;
};
typedef struct node *NodePtr;

int main() {
    NodePtr a;
    NodePtr b;
    return 1;
}

struct node;
typedef struct node *NodePtr;
struct node {
    char *item;
    NodePtr *next;
};

int main() {
    NodePtr a;
    NodePtr b;
    return 1;
}

typedef struct node {
    char *item;
    struct node *next;
} *NodePtr;

int main() {
    NodePtr a;
    NodePtr b;
    return 1;
}

1.15 定义一对相互引用的结构

以下两种均可

struct a {
    int field;
    struct b *bpointer;
};

struct b {
    int bfield;
    struct a *apointer;
};

int main() {
    struct a aa;
    struct b bb;
    return 1;
}

struct a;
struct b;
typedef struct a *APTR;
typedef struct b *BPTR;
struct a {
    int afield;
    BPTR bpointer;
};
struct b {
    int bfield;
    APTR pointer;
};

int main() {
    APTR aa;
    BPTR bb;
    return 1;
}

1.16 struct定义和typedef struct定义的区别

见2.1

1.17 typedef int (*funcptr) ();是什么意思？

• 函数指针，传参为空，返回int
• 等价于如下

funcptr fp1, fp2;
int (*pf1) (), (*pf2) ();

1.18 const限定词

typedef char *charp;
const charp p;

const修饰的是指针p，而不是指针p所指向的变量

1.19 为什么数组 维度值中，不能用const值

const int n = 5;
int a[n];

是不允许，会报错

1.20 const char *p, char const *p, char *const p的区别？

见11.10和1.21

复杂的声明

1.21 非常复杂的声明怎么理解，定义一个包含N个指向返回指向字符的指针的函数的指针的数组?

• 可以用逐层定义

1.22 用C定义状态机

略

数组大小

1.23 能不能声明和传入数组大小一直的局部数组，或者有参数指定大小的参数数组？

不能

1.24 file1.c中定义extern数组，在file2.c中，为什么用sizeof取不到数组大小

// file1.c
int array[] = {1,2,3};

// file2.c
extern int array[];

• 未指定数组大小的extern数组，是不完全类型，不能用sizeof
• 有如下三种方案

// file1.c
int array[] = {1, 2, 3};
int arraysz = sizeof(array);

// file2.c
# include 
# include 
extern int array[];
extern int arraysz;

int main() {
//    int sz = sizeof(array);
//    printf("%d\n", sz);
    printf("%d\n", arraysz);
    return 1;
}

// file1.h
#define ARRAYSZ 3

// file1.c
# include "file1.h"
int array[ARRAYSZ] = {1, 2, 3};

// file2.c
# include "file1.h"
# include 
extern int array[];

int main() {
    printf("%d\n", ARRAYSZ);
    return 1;
}

或者给数组末尾加哨兵位（如-1, NULL等）

声明问题

1.25 函数定义一次，调用一次，但编译器提示非法重复声明？

可能是函数没有声明，或者和引入的某头文件中的函数同名了。

1.26 void main()对吗

不对，见11.7

1.27 编译器包函数原型不匹配

见11.4

1.28 文件中第一个声明就爆出奇怪的语法错误，为什么

见10.9

1.29 编译器不允许我定义大数组，如double array[256][256]

见19.28和7.20

命名空间

1.30 怎么判断哪些标识符可以用，哪些被保留了

略 不要用下划线开头，容易出问题

初始化

1.31 没有显示初始化的值？全局变量初始化为0？

• static变量，未初始化时，C可以确保初始值是0
• 全局和局部变量，未初始化时，内容是未定义的垃圾内容，不能做任何有用的假设（包括用malloc和realloc申请的堆内存，也需要手动做初始化，否则也是未定义的垃圾内容）

1.32 为什么不能编译如下char[]代码

如果char[] a = "";不行的话，可以用char *a = "";或者char a[10]; strcpy(a, "");

1.33 编译器提示invalid initializers

不明白

1.34 以下初始化的区别

char[] a = "";和char *a = "";，字符串字面量是内存中只读区域的，有的编译器会控制其是否可写，所以对a的写操作是否报错，取决于编译器的种类

1.35 char{a[3]} = "abc"是合法的

对，是合法的

1.36 函数指针怎么初始化

extern int func();
int (*fp)() = func;

fp是指向函数的指针

1.37 能初始化union联合体吗

是，可以

2 struct，union和enum的区别

结构声明

2.1 struct和typedef struct的区别

用struct定义的话，使用时也得带上struct关键字，反之则不用

2.2 struct和typedef struct的使用

struct x {};
struct x a;

// 或
typedef struct x{} y;
y a;

// 或可以重名
typedef struct x{} x;
x a;

2.3 struct可以包含指向自己的指针么？

可以，见1.14和1.15

2.4 C语言，用什么方法实现抽象数据类型最好？

不明

2.5 C能否实现面向对象程序的一些好特性

• 把函数指针，放入struct，可以实现“类的方法”
• 继承：通过预处理器，或让积累的结构作为初始的子集
• 没有重载和覆盖

2.6 为啥声明报错

见11.6

2.7 struct内数组初始化很小的size，但实际装很大的容量，是一种通用的技术

通过struct，然后提供一个函数，可以初始化数组， 详细见数上的4个例子

2.8 struct变量作为函数的入参和出参，是合法的

这种方式传递的是浅拷贝，struct内的指针成员指向的还是原地址，而不是复制出新的一份儿

2.9 为什么不能用==和!=来做比较

遇到未使用的hole洞时会出问题，所以一般char*都是用strcmp比较而不是==

2.10 传参是struct时，内部发生了什么

• 传参是struct时，会把struct推到stack里，所以浪费stack空间
• 因此一般都传指针，而不是传struct

2.11 如何解说struct做传参，怎样创建无名的中间常量struct

可以用匿名struct

plotpoint((struct point){1,2});
或
plotpoint((struct point){.x=1, .y=2});

2.12 怎样读写文件

• fwrite()
• fread()
• 注意移植性

结构填充

2.13 内存对齐

• 当内存对齐时，很多机器能更高效的访问，因此编译器会的struct做内存对齐
• 比如按byte寻址的机器，2字节的short int必须放在偶数地址上，4byte的long int必须放在整数倍地址上
• 有些机器压根不能访问没有内存对齐的机器
• sizeof返回的是对齐后的值

2.15 如何确定域在struct内的字节偏移量

# define offsetof(type, f) ((size_t) \ ((char *)&((type *)0)->f -(char *)(type *) 0))

2.16 怎样在运行中用名字，访问结构中的域

offsetb = offsetof(struct a, b);
*(int *) ((char *)structp + offsetb) = value;

2.18 数组名可用作数组的基地址，但为啥struct不能这样呢?

• 数组，函数都如此
• 当你提到结构时，得到的是整个结构

2.19 程序运行正确，但退出时core dump了，为啥？

注意struct定义的末尾要加分号;

union

2.20 struct与union的区别

• union本质上是成员相互重叠的struct，可以从一种类型解释，亦可以从另一种类型解释。
• union的大小，是其最大成员的大小。
• struct的大小，是其所有成员大小之和。
• union和struct都有可能有内存对齐。

2.21 有办法初始化union吗

可以初始化union的任意成员

2.22 有没有办法跟踪union的哪个域，在使用?

没有

enum

2.23 enum和一组预处理的#define有啥区别?

• 区别很小，enum可读性更好

2.24 enum可移植吗

移植性很好

2.25 有什么显示enum符号的容易方法吗?

没有，可以自己写一个函数，把枚举常量值映射到字符串，或者用调试器

2.26 位域: 冒号和数字是什么意思

节省内存空间，用于struct内部

2.27 为什么大家喜欢用显示的掩码和位操作，而不是用位域

因为位域的移植性差

3 表达式

求值顺序

3.1 a[i] = i++是未定义的

3.2 printf("%d\n", i++ * i++);的结果出乎意料

尽量不要在一行里写多个i++之类的值，和人想象的结果可能有差异

3.3 i = i++行为未定义

最好不要这么写

3.4 a ^= b ^= a ^= b行为未定义

尽量不要这么写，在一个表达式中两次修改变量a的值，此行为是未定义的

3.5 不能通过括号强制执行计算顺序

只有部分作用

3.6 &&和||是有短路原则的

即若左边的子表达式即可决定最终结果，则右边的子表达式不会计算
如下是非常常见的正确用法

if (d != 0 && n / d > 0) {
    // sth
}

if (p == NULL || *p == '\0') {
    // sth
}

3.8 函数调用的参数，的求值顺序是不确定的

如下，可能f2()比f1()先执行

printf("%d %d", f1(), f2());

3.9 怎样避免写出“未定义”的表达式

书中的表述有些绕，就是尽量不要写类似a[i] = i++之类的复杂表达式，避免歧义类似

3.11 写简单表达式的原则

1. 一个表达式最多只修改一个对象
2. 如果一个对象在一个表达式中出现一次以上，且在表达式中被修改，应确保每次的读操作都读取的是最终值

其他的表达式问题

3.13 i++与++i

• i++： i+1，返回的是原i值
• ++i：i+1，返回的是+1后的值

3.15 比较三个数的大小

正确的方式是

if (a < b && b < c) {
}

而不是if(a

3.16 类型溢出或截短

正确的方式是提前转换，如下是正确的

long int c = (long int) a * b;
// 或
long int c = (long int) a * (long int) b;

4 指针

基本的指针应用

4.1 指针的好处