C陷阱与缺陷：语法陷阱

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博客大纲

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语法陷阱

引入

要理解一个 C 程序，仅仅理解组成该程序的符号是不够的。程序员还必须理解这些符号是如何组合成声明、表达式、语句和程序的。虽然这些组合方式的定义都很完备，几乎无懈可击，但有时这些定义与人们的直觉相悖，或者容易引起混淆。本章将讨论一些用法和意义与我们想当然的认识不一致的语法结构。

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理解函数声明

原文：
有一次，一位程序员与我交谈一个问题。他当时正在编写一个独立运行于某种微处理器上的 C 程序。当计算机启动时，硬件将调用首地址为 0位置的子例程，为了模拟开机启动时的情形，我们必须设计出一个 C 语句，以显式调用该子例程。经过一段时间的思考，我们最后得到的语句如下:
(*(void(*)())0)();
像这样的表达式恐怕会令每个 C 程序员都“不寒而栗”。不过，他们大可不必对此望而生畏，因为构造这类表达式其实只有一条简单的规则: 按照使用的方式来声明。

作者在此抛出了一个问题，即 ((void(*)())0)0);这个语句是如何运行的？
在此，我先向大家讲述几个预备知识，我们再回过头来看这个语句。
它们分别是：表达式，声明，函数名本质。

表达式

什么是表达式

有人说：“一个语句就是一个表达式。”；有人说：“一个括号内的判断条件就是一个表达式”；等等…
其实大家并不会去纠结到底什么是表达式，但是心里多多少少会对其有一定的认知，接下来我就为大家仔细讲解一些表达式的知识。

表达式的定义为：
由一系列运算符与操作数组成的序列

这个概括未免有点笼统，也就是因为其太笼统了，所以很多意想不到的式子也能被称为表达式，我先抛出我对表达式的比较具体的定义：

1.由常量，变量，函数组成，用C语言语法规则，用运算符链接起来的式子称为表达式
2.一个表示式可以没有运算符，但不能没有操作数。

第一句话好理解，第二句话我用例子来说明：
我们在定义一个变量时，可以不赋值，只声明其类型int a;，比如这个语句中，a本身就是一个表达式，在a这个表达式中，没有出现任何操作符，仅仅由一个变量组成；再比如while(i)，在这个语句中，i这个变量是while循环的判断条件，i本身也是一个表达式。
此外，函数调用语句也是一个表达式，printf("Hello world")就是一个表达式。

表达式的目的

对于表达式的目的，相信大家也是众说纷纭，有太多表达式可以做的事情了，光是C语言的库函数就数不过来了，一个函数一个功能，那表达式的目的不就有成千上万种？
其实不是的，在C语言中，表达式只有三种作用，我先将其列举出来，再做详解：

1.计算数值
2.指明作用对象
3.产生副作用

计算数值：
这个很好理解，比如while(a - b )这个语句，a - b就是一个可以产生数值的表达式，大部分表达式可以返回一个数值，比如调用函数后的返回值，或是一个普通的计算表达式。
但是也有表达式不产生返回值，比如void类型的函数。

指明对象：
指明对象的过程，就是告诉编译器一个数据应该存在哪一个内存，或者从哪一个内存取用。如c = a + b，我们刚刚说过，一个变量本身也是表达式，所以此处的a，b，c本身都是一个表达式。a与b表达式的作用就是指明a与b对于的内存，让编译器去取用，而c表达式的作用就是指明c的内存，来存储表达式a + b的返回值。

产生副作用：
什么是副作用呢？
其实除了以上两条以外，都是副作用。
比如：c = a + b这个语句，它除了计算出一个值，还有什么作用？答案是对变量c赋值。其实我们在使用这样的一个语句的时候，多半就是为了用c来接收a+b的值，但是在定义中，这确实是一个副作用。
再比如：printf("Hello world")这个语句，它的主要目的是什么？
大部分人会回答输出一个字符串，其实并不是，它的主要作用是得到返回值，printf函数的返回值是字符串中字符的个数，所以此处printf的目的是返回11这个值。而输出hello world只是它的副作用。

我们刚刚简单给大家讲了什么是表达式，我们了解到，表达式的主要目的就是为了求值，那么一个表达式的返回值应该是什么类型呢？这就涉及到了声明:

声明

原文：
任何C变量都由两部分组成：类型以及一组类似表达式的声明符（declarator），声明符从表面上看与表达式有些类似，对它求值应返回一个声明中给定类型的结果。

也就是说，声明的作用是规范一个表达式的所求的值是什么类型的。此处的声明类型极为广泛，包括函数声明，变量声明。
变量的声明：
对单个变量的声明：比如int a，它由两部分组成，int是类型，a是声明符（理解为表达式即可）。此语句的意思就是：对于a这个表达式，求值后得到的返回值必须为int类型。

对指针的声明：比如char *p，这个语句有两个理解方式，大部分的现代的理解方式为，变量p，其类型为char*。
而从声明的角度来说，它的理解应该是：一个表达式*p，其求值后返回值为char类型。这也就说明p是一个指向char类型变量的指针。
当然，这两种理解方式没有谁好谁坏，只是角度不同，前者从变量p本身理解，而后者从声明来理解。
函数的声明：
对有了前面对声明的解释，对函数的声明也就不难理解了：
float func()这样一个声明语句，表达的意思就是：对于函数表达式func()，其求值后返回值类型为float类型。

以上的两中声明类型也是可以混合着来的，作者给出了两个语句对比分析：

float *g()与float (*h)()

接下来我带大家辨析一下：
首先，造成它们的区别的最大前提就是：操作符*的优先级是小于（）的。
对于*g()这个表达式，g先和（）结合，那么g的本质就是函数，g()再和*结合成*(g())。从声明的角度解释：*(g())的返回值必须是float类型。那么float *g()的意思就是：g()函数是一个返回值为float*的函数。

对于(*h)()这个表达式，h由于被圆括号改变了结合顺序，h先和*结合，那么h的本质就是指针，再与()结合，说明这是一个函数指针。float (*h)()是一个指向返回值为float的函数的指针。

函数名本质

我们尝试监视一个函数名：

可以看到，函数名的值是一个地址，而&add也是一个地址，而且两者地址相同。所以函数名本质上是一个指针。
我们平常调用函数的时候，函数名（）这样的表达式，函数名是该函数的指针，那我们是不是也可以取一个函数指针出来，然后在指针后面加上小括号来调用函数呢？我们试一试：

此处我们发现，p得到了add函数的地址后，居然就可以直接用p()来代替add()了，这就更进一步说明了：add函数名本身是对应函数的指针。
但是我们对比一下p()与（*p）()，发现它们居然都能执行这个函数调用，作者在此特殊声明：*ANSIC标准允许将（*p）()简写为p()。
所以说，p()其实是一个简写，而我们平常在调用函数的时候，其实也是直接用函数名来调用，也就是以简写的形式调用。

对复杂代码分析

代码1
有了这些预备知识，我们接下来就可以分析表达式(*(void(*)())0)();了：

作者说过，这个代码的目的是让一个函数在0地址处被调用，也就是说我们需要一个0地址处的指针。
我们在表达式中只看到了一个数字0，没错，这就是0地址，但0单独出现，只表示一个整型常量，所以在此，我们要将这个int类型的0，强制转化为一个函数类型：

这个需要调用的函数是什么样的作者在文中并没有明说，先假设这个函数的函数名为func。
我们可以通过(void(*)())这个强制转化，推断出来此函数为void func()。既然我们要将0转化为此函数的指针，那就要得到这个函数的指针。我们将此函数写为完全形式void (*func)()，想要得到此函数的指针类型，只需要将这个函数的函数名去掉即可。所以此函数的指针类型就是void(*)()，将函数类型带个小括号，放在0前面，0就被强制转化为了对应的函数指针。

得到0处的函数指针后：
如果一个函数指针为p，调用这个函数就是(*p)(参数)或者p(参数)。我们的函数是void func()，其没有参数，此处作者采用的是没有简化的方法，所以调用形式就是(*p)()，然后将p指针改为我们之前得到的强制转化后的0指针就是(*(void(*)())0)();。
所以此语句的作用就是：在0地址处调用void func()函数。

代码2
在解决这个问题之后，作者抛出了第二串代码void (*signal(int, void(*)(int)))(int)，接下来我们对其分析：
请问这个语句是一个什么过程？
我们可以很明显看出，内部是有函数参数的，但是上述的三个int，后面都没有数据，这说明这不是一个函数调用过程，而是一个函数的声明过程。
signal其实是一个C语言的库函数：

而上述代码就是对signal函数的声明，不过在声明函数时，是可以去掉参数名的。所以作者给出的声明是上图C的声明的去参数版本。
我先简单介绍signal函数，使用signal函数，需要给signal传入两个参数，一个int类型，一个函数指针类型。当signal被调用后，就会返回这个传入函数的指针。

所以signal(int, void(*)(int))这一部分，就是signal函数名以及它的两个参数。既然是声明过程，那就要声明一个返回值，signal函数的返回值就是传入的那个函数 void (*func)(int)，那么这个函数的指针就是 void (*)(int)。这也就是signal的返回类型。
综上，signal的声明就应该是：

void (*)(int) signal(int, void(*)(int))

对吗？
其实不对，在声明的语法规定中，要求如果函数的返回类型为函数指针，返回类型后面的部分要放在*后面。
我们的返回类型为void (*)(int) ，后面的一大段signal(int, void(*)(int)) 先用x代替。在经过声明的语法规范后，就应该这样：void (*x)(int) ,随后将x替换为signal(int, void(*)(int)) ，就可以得到void (*signal(int, void(*)(int)))(int)。

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运算符的优先级

作者在第二个小节提出了操作符的优先级来带的问题，并举出了几个案例，来说明对操作符优先级不熟悉会带来的问题，随后又总结了几个操作符的大概优先级，在此我将此小节内容整理为了一个表格，我将先介绍此表格，后分析作者给出的案例。

优先级	运算符	描述	类型	操作数	结合性
1	++ - -	后置自增与自减	---	---	从左到右
	( )	函数调用	与访问有关的操作符
	[ ]	数组下标
	.	结构体与联合体成员访问
	->	结构体与联合体成员通过指针访问
	(type){list}	复合字面量	---
2	++ - -	前置自增与自减	---	单目操作符	从右到左
	+ -	一元加与减
	！ ~	逻辑非与按位非
	(type)	强制类型转化
	*	间接（解引用）
	&	取址
	sizeof	取大小
3	* / %	乘法、除法及余数	算数操作符	双目操作符	从左到右
4	+ -	加法及减法
5	<< >>	按位左移及右移	移位操作符
6	< <= > >=	分别为 < ， ≤ ，> ，≥ 的关系运算符	关系操作符
7	== !=	分别为 = 与 ≠ 关系
8	&	按位与	位操作符
9	^	按位异或（排除或）		单目
10	|	按位或（包含或）		双目操作符
11	&&	逻辑与	逻辑操作符
12	||	逻辑或
13	? :	三元条件	---	三目操作符	从右到左
14	=	简单赋值	赋值操作符	---
	+= -=	以和及差赋值
	*= /= %=	以积、商及余数赋值
	<<= >>=	以按位左移及右移赋值
	&= ^= |=	以按位与、异或及或赋值
15	,	逗号	---	---	从左到右

以上表格可以总结为（这也差不多是作者的总结）：

1.与访问有关的操作符优先级非常高，甚至高于单目操作符
2.单目操作符 > 双目操作符 > 三目操作符，优先级呈递减趋势（除去按位异或）
3.在双目操作符中：算数 > 移位 > 关系 > 位 > 逻辑
4.所有与赋值有关的操作符，优先级都非常低，甚至低于三目操作符

这些条目都非常好记，也很好理解，基本记忆这几条，就能解决C语言中99%的操作符优先级带来的问题。
如果你认为记忆第三条略有些麻烦，在平常编程时积累也未必不行，但是抛开第三条，我希望大家脑海里可以有一个大致的轴：

访问 -> 单目-> 双目-> 三目-> 赋值

接下来我们带着这四条规则去看看作者提出的案例：

1. if (flags & FLAG != 0)
   此处程序员目的是：判断flags与FLAG按位与后，是否为0。
   而根据操作符的优先级，关系操作符的优先级是大于位操作符的，所以会先判断!=，后面才按位与，故此代码有误。

2. while(c = getc(in) != EOF)
   此处程序员的目的是：让c接收getc函数的返回值，并判断输入是否成功。
   但是根据第四条，所有类型的赋值操作符优先级都是最低档的，所以这个表达式会先判断!=，后赋值。

3. *func()
   这已经是一个老生常谈的问题了，也就是解引用与函数调用的优先级关系，分析如下：
   （）是一个访问类型的操作符，优先级极高。而*是一个单目操作符，优先级低于访问类型的操作符，所以func会先和（）结合成函数，在解引用函数返回值。
   故对上述代码的错误理解为：func作为一个函数名，本质是指针，先解引用fuc，再调用，函数
   正确理解：func函数的返回值是一个指针，func（）先调用后，将返回值解引用。

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switch语句

原文：
*C语言的switch 语句的控制流程能够依次通过并执行各个 case 部分，这一点是C语言的与众不同之处。考虑下面的例子,两段程序代码分别用 C语言和 Pascal语言编写:
C语言：

switch(color){
case 1:
printf("red");
break;
case 2:
printf("yellow");
break;
case 3:
printf("blue");
break;

Pascal语言:

case color of
1: write('red');
2: write('yellow');
3: write('blue');
end

上述两串代码的最大区别就是break语句，其实两个语言在这方面的大致逻辑差不多，都是根据输入的整型值，来进入某一个分支，并输出其结果。
但是对于C语言switch语句本身，我认为这样理解更贴切：根据输入的整型值，进入某个case，并执行此case开始往下所有case的所有语句。
在switch语句没有break参与时，它会从当前case往下执行，直到整个switch结束，而非当前case结束。而break参与，就会在执行完某个case后跳出switch。
对于上述Pascal的示例中。Pascal并没有在每个分支后面都加上end语句，这是因为pascal语言的每个分支都会偷偷包含一个end语句，来终止上一分支进入下一分支。这也就是为什么Pascal的分支语句最后要加一个end，因为最后一个分支下面没有其它分支了，也就没有一个隐藏的end来跳出整个语句。所以要用一个end来终止。

但是C语言这样的特性也可以带来一些妙用，比如作者给出的一个加减法计算器：

switch(choose)//选择1执行减法，选择2执行加法
	case 1:
		num1 = -num1;
		//此处没有break
	case 2;
		sum = num1 + num2;
		break;

上述代码中，在case1中利用了一个取反操作，当用户输入2，执行的就是num1 + num2的加法操作。而当用户输入1，就会先进行一次取反，由于缺少一个break，会继续执行case2，继续加法。但是由于刚刚case1取反过了，结果其实是num2 - num1，就完成了减法操作。
所以C语言的这个特性，也是有利有弊的。

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悬挂else

#include 
int main()
{
	int a = 0;
	int b = 2;
	if(a == 1)
		if(b == 2)
		printf("hehe\n");
	else
		printf("haha\n");
	return 0;
}

作者在最后，提出了悬挂else的问题，这个问题常常是因为代码书写不规范导致的。
我们先分析上述代码，请问输出结果是什么？
答案是啥都不输出。
这就是悬空else 的问题，可以记住这样一条规则，如果有多个if 和else ，else 总是跟最接近的if 匹配。
上面的代码排版，让else 和第一个if 语句对齐，让我们以为else 是和第一个if匹配的，当if语句不成立的时候，自然想到的就是执行 else 子句，打印haha 。
但实际上else 是和第二个if进行匹配的，因为else距离第二个if比较近，这样后边的if…else 语句是嵌套在第一个if 语句中的，第一个if 语句就不成立，第二个if 就没机会执行了，最终啥都不打印。