【C++进阶】深入理解C/C++(1)

注：本文转自http://blog.csdn.net/rockics/article/details/7015067

译自Deep C (and C++) by Olve Maudal and Jon Jagger，本身半桶水不到，如果哪位网友发现有错，留言指出吧：）

 

编程是困难的，正确的使用C/C++编程尤其困难。确实，不管是C还是C++，很难看到那种良好定义并且编写规范的代码。为什么专业的程序员写出这样的代码？因为绝大部分程序员都没有深刻的理解他们所使用的语言。他们对语言的把握，有时他们知道某些东西未定义或未指定，但经常不知道为何如此。这个幻灯片，我们将研究一些小的C/C++代码片段，使用这些代码片段，我们将讨论这些伟大而充满危险的语言的基本原则，局限性，以及设计哲学。

 

         假设你将要为你的公司招聘一名C程序言，你们公司是做嵌入式开发的，为此你要面试一些候选人。作为面试的一部分，你希望通过面试知道候选人对于C语言是否有足够深入的认识，你可以这样开始你们的谈话：

 int main ()
 {
          int a= 42;
          printf(“%d\n”,a);
 }

当你尝试去编译链接运行这段代码时候，会发生什么？

 

一个候选者可能会这样回答：

         你必须通过#include<stdio.h>包含头文件，在程序的后面加上 return 0; 然后编译链接，运行以后将在屏幕上打印42.

         没错，这个答案非常正确。

 

         但是另一个候选者也许会抓住机会，借此展示他对C语言有更深入的认识，他会这样回答：

         你可能需要#include<stdio.h>，这个头文件显示地定义了函数printf()，这个程序经过编译链接运行，会在标准输出上输出42，并且紧接着新的一行。

         然后他进一步说明：

         C++编译器将会拒绝这段代码，因为C++要求必须显示定义所有的函数。然而，有一些特别的C编译器会为printf()函数创建隐式定义，把这个文件编译成目标文件。再跟标准库链接的时候，它将寻找printf()函数的定义，以此来匹配隐式的定义。

         因此，上面这段代码也会正常编译、链接然后运行，当然你可能会得到一些警告信息。

 

         这位候选者乘胜追击，可能还会往下说，如果是C99，返回值被定义为给运行环境指示是否运行成功，正如C++98一样。但是对于老版本的C语言，比如说ANSI C以及K&R C，程序中的返回值将会是一些未定义的垃圾值。但是返回值通常会使用寄存器来传递，如果返回值的3，我一点都不感到惊讶，因为printf()函数的返回值是3，也就是输出到标准输出的字符个数。

         说到C标准，如果你要表明你关心C语言，你应该使用 intmain (void)作为你的程序入口，因为标准就这么说的。

         C语言中，使用void来指示函数声明中不需要参数。如果这样声明函数int f()，那表明f()函数可以有任意多的参数，虽然你可能打算说明函数不需要参数，但这里并非你意。如果你的意思是函数不需要参数，显式的使用void，并没有什么坏处。

 int main (void)
 {
          inta = 42;
          printf(“%d\n”,a);
 }

然后，有点炫耀的意思，这位候选人接着往下说：

         如果你允许我有点点书生气，那么，这个程序也并不完全的符合C标准，因为C标准指出源代码必须要以新的一行结束。像这样：

 int main ()
 {
          inta = 42;
          printf(“%d\n”,a);
 }

同时别忘了显式的声明函数printf()：

 #include <stdio.h>
 int main (void)
 {
          inta = 42;
          printf(“%d\n”,a);
 }

现在看起来有点像C程序了，对吗？

 

然后，在我的机器上编译、链接并运行此程序：

 $  cc–std=c89 –c foo.c
 $  ccfoo.o
 $ ./a.out
 42
 $ echo $?
 3


 $  cc–std=c99 –c foo.c
 $  ccfoo.o
 $ ./a.out
 42
 $ echo $?
 0

这两名候选者有什么区别吗？是的，没有什么特别大的区别，但是你明显对第二个候选者的答案更满意。

 

        也许这并不是真的候选者，或许就是你的员工，呵呵。

         让你的员工深入理解他们所使用的语言，对你的公司会有很大帮助吗？

         让我们看看他们对于C/C++理解的有多深……

        

 #include <stdio.h>

 void foo(void)
 {
    int a = 3;
    ++a;
    printf("%d\n", a);
 }

 int main(void)
 {
    foo();
    foo();
    foo();
 }

 

这两位候选者都会是，输出三个4.然后看这段程序：

 #include <stdio.h>

 void foo(void)
 {
    static int a = 3;
    ++a;
    printf("%d\n", a);
 }

 int main(void)
 {
    foo();
    foo();
    foo();
 }

他们会说出，输出4,5,6.再看：

 #include <stdio.h>

 void foo(void)
 {
    static int a;
    ++a;
    printf("%d\n", a);
 }

 int main(void)
 {
    foo();
    foo();
    foo();
 }

第一个候选者发出疑问，a未定义，你会得到一些垃圾值？

你说：不，会输出1,2,3.

候选者：为什么？

你：因为静态变量会被初始化未0.

 

第二个候选者会这样来回答：

         C标准说明，静态变量会被初始化为0，所以会输出1,2,3.

 

再看下面的代码片段：

 #include <stdio.h>

 void foo(void)
 {
    int a;
    ++a;
    printf("%d\n", a);
 }

 int main(void)
 {
    foo();
    foo();
    foo();
 }

 

第一个候选者：你会得到1,1,1.

你：为什么你会这样想？

候选者：因为你说他会初始化为0.

你：但这不是静态变量。

候选者：哦，那你会得到垃圾值。

 

第二个候选者登场了，他会这样回答：

a的值没有定义，理论上你会得到三个垃圾值。但是实践中，因为自动变量一般都会在运行栈中分配，三次调用foo函数的时候，a有可能存在同一内存空间，因此你会得到三个连续的值，如果你没有进行任何编译优化的话。

你：在我的机器上，我确实得到了1,2,3.

候选者：这一点都不奇怪。如果你运行于debug模式，运行时机制会把你的栈空间全部初始化为0.

 

 

接下来的问题，为什么静态变量会被初始化为0，而自动变量却不会被初始化？

第一个候选者显然没有考虑过这个问题。

第二个候选者这样回答：

把自动变量初始化为0的代价，将会增加函数调用的代价。C语言非常注重运行速度。

然而，把全局变量区初始化为0，仅仅在程序启动时候产生成本。这也许是这个问题的主要原因。

更精确的说，C++并不把静态变量初始化为0，他们有自己的默认值，对于原生类型（native types）来说，这意味着0。

 

再来看一段代码：

 #include<stdio.h>

 static int a;

 void foo(void)
 {
     ++a;
     printf("%d\n", a);
 }

 int main(void)
 {
     foo();
     foo();
     foo();
 }

第一个候选者：输出1,2,3.

你：好，为什么？

候选者：因为a是静态变量，会被初始化为0.

你：我同意……

候选者：cool…

 

 

这段代码呢：

 #include<stdio.h>

 int a;

 void foo(void)
 {
     ++a;
     printf("%d\n", a);
 }

 int main(void)
 {
     foo();
     foo();
     foo();
 }

第一个候选者：垃圾，垃圾，垃圾。

你：你为什么这么想？

候选者：难道它还会被初始化为0？

你：是的。

候选者：那他可能输出1,2,3？

你：是的。你知道这段代码跟前面那段代码的区别吗？ 有static那一段。

候选者：不太确定。等等，他们的区别在于私有变量(private variables)和公有变量(public variables).

你：恩，差不多。

 

第二个候选者：它将打印1,2,3.变量还是静态分配，并且被初始化为0.和前面的区别：嗯。这和链接器(linker)有关。这里的变量可以被其他的编译单元访问，也就是说，链接器可以让其他的目标文件访问这个变量。但是如果加了static，那么这个变量就变成该编译单元的局部变量了，其他编译单元不可以通过链接器访问到该变量。

         你：不错。接下来，将展示一些很不错的玩意。静候：）