導讀：Dennis Ritchie過世了，他發(fā)明了C語言，一個影響深遠并徹底改變世界的計算機語言。一門經(jīng)歷40多年的到今天還長盛不訓的語言，今天很多語言都受到C的影響，C++，Java，C#，Perl，PHP，Javascript等等。但是，你對C了解嗎？相信你看過本站的《C語言的謎題》還有《誰說C語言很簡單？》。這里，我再寫一篇關于深入理解C語言的文章，一方面是緬懷Dennis，另一方面是告訴大家應該如何學好一門語言。（順便注明一下，下面的一些例子來源于這個slides）。

　　文章內(nèi)容如下：

　　首先，我們先來看下面這個經(jīng)典的代碼：

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

　　從這段代碼里你看到了什么問題？我們都知道，這段程序里少了一個#include <stdio.h> 還少了一個return 0；的返回語句。

　　不過，讓我們來深入的學習一下，

　　這段代碼在C++下無法編譯，因為C++需要明確聲明函數(shù)

　　這段代碼在C的編譯器下會編譯通過，因為在編譯期，編譯器會生成一個printf的函數(shù)定義，并生成.o文件，鏈接時，會找到標準的鏈接庫，所以能編譯通過。

　　但是，你知道這段程序的退出碼嗎？在ANSI-C下，退出碼是一些未定義的垃圾數(shù)。但在C89下，退出碼是3，因為其取了printf的返回值。為什么printf函數(shù)返回3呢？因為其輸出了’4′， ’2′，’\n’ 三個字符。而在C99下，其會返回0，也就是成功地運行了這段程序。你可以使用gcc的 -std=c89或是-std=c99來編譯上面的程序看結(jié)果。

　　另外，我們還要注意main()，在C標準下，如果一個函數(shù)不要參數(shù)，應該聲明成main(void)，而main()其實相當于main(…)，也就是說其可以有任意多的參數(shù)。

　　我們再來看一段代碼：

#include?<stdio.h>? void?f(void) ? { ? static?int?a?=?3; ? static?int?b; ? int?c; ? ++a;?++b;?++c; ? printf("a=%d\n",?a); ? printf("b=%d\n",?b); ? printf("c=%d\n",?c); ? } ? int?main(void) ? { ? f(); ? f(); ? f(); ? }

　　這個程序會輸出什么？

　　我相信你對a的輸出相當有把握，就分別是4，5，6，因為那個靜態(tài)變量。

　　對于c呢，你應該也比較肯定，那是一堆亂數(shù)。

　　但是你可能不知道b的輸出會是什么？答案是1，2，3。為什么和c不一樣呢？因為，如果要初始化，每次調(diào)用函數(shù)里，編譯器都要初始化函數(shù)棧空間，這太費性能了。但是c的編譯器會初始化靜態(tài)變量為0，因為這只是在啟動程序時的動作。

　　全局變量同樣會被初始化。

　　說到全局變量，你知道 靜態(tài)全局變量和一般全局變量的差別嗎？是的，對于static 的全局變量，其對鏈接器不可以見，也就是說，這個變量只能在當前文件中使用。

　　我們再來看一個例子：

#include?<stdio.h>? void?foo(void) ? { ? int?a; ? printf("%d\n",?a); ? } ? void?bar(void) ? { ? int?a?=?42; ? } ? int?main(void) ? { ? bar(); ? foo(); ? }

　　你知道這段代碼會輸出什么嗎？A）一個隨機值，B）42。A 和 B都對（在“在函數(shù)外存取局部變量的一個比喻”文中的最后給過這個例子），不過，你知道為什么嗎？

如果你使用一般的編譯，會輸出42，因為我們的編譯器優(yōu)化了函數(shù)的調(diào)用棧（重用了之前的棧），為的是更快，這沒有什么副作用。反正你不初始化，他就是隨機值，既然是隨機值，什么都無所謂。

　　但是，如果你的編譯打開了代碼優(yōu)化的開關，-O，這意味著，foo（）函數(shù)的代碼會被優(yōu)化成main（）里的一個inline函數(shù)，也就是說沒有函數(shù)調(diào)用，就像宏定義一樣。于是你會看到一個隨機的垃圾數(shù)。

　　下面，我們再來看一個示例：

#include?<stdio.h>? int?b(void)?{?printf(“3”);?return?3;?} ? int?c(void)?{?printf(“4”);?return?4;?} ? int?main(void) ? { ? int?a?=?b()?+?c(); ? printf(“%d\n”,?a); ? }

　　這段程序會輸出什么？，你會說是，3，4，7。但是我想告訴你，這也有可能輸出，4，3，7。為什么呢？ 這是因為，在C/C++中，表達的評估次序是沒有標準定義的。編譯器可以正著來，也可以反著來，所以，不同的編譯器會有不同的輸出。你知道這個特性以后，你就知道這樣的程序是沒有可移植性的。

　　我們再來看看下面的這堆代碼，他們分別輸出什么呢？

　　示例一

int?a=41;?a++;?printf("%d\n",?a);

　　示例二

int?a=41;?a++?&?printf("%d\n",?a);

　　示例三

? int?a=41;?a++?&&?printf("%d\n",?a);

　　示例四

int?a=41;?if?(a++?<?42)?printf("%d\n",?a);

　　示例五

int?a=41;?aa?=?a++;?printf("%d\n",?a);

　　只有示例一，示例三，示例四輸出42，而示例二和五的行為則是未定義的。關于這種未定義的東西又叫Sequence Points，因為這會讓編譯器不知道在一個表達式順列上如何存取變量的值。比如a = a++，a + a++，不過，在C中，這樣的情況很少。

　　下面，再看一段代碼：（假設int為4字節(jié)，char為1字節(jié)）

struct?X?{?int?a;?char?b;?int?c;?}; ? printf("%d,",?sizeof(struct?X)); ? struct?Y?{?int?a;?char?b;?int?c;?char?d}; ? printf("%d\n",?sizeof(struct?Y));

　　這個代碼會輸出什么?

　　a) 9，10
　　b)12, 12
　　c)12, 16

　　答案是C，我想，你一定知道字節(jié)對齊，是向4的倍數(shù)對齊。

　　但是，你知道為什么要字節(jié)對齊嗎？還是因為性能。因為這些東西都在內(nèi)存里，如果不對齊的話，我們的編譯器就要向內(nèi)存一個字節(jié)一個字節(jié)的取，這樣一來，struct X，就需要取9次，太浪費性能了，而如果我一次取4個字節(jié)，那么我三次就搞定了。所以，這是為了性能的原因。

但是，為什么struct Y不向12 對齊，卻要向16對齊，因為char d； 被加在了最后，當編譯器計算一個結(jié)構(gòu)體的尺寸時，是邊計算，邊對齊的。也就是說，編譯器先看到了int，很好，4字節(jié)，然后是 char，一個字節(jié)，而后面的int又不能填上還剩的3個字節(jié)，不爽，把char b對齊成4，于是計算到d時，就是13 個字節(jié)，于是就是16啦。但是如果換一下d和c的聲明位置，就是12了。

　　另外，再提一下，上述程序的printf中的%d并不好，因為，在64位下，sizeof的size_t是unsigned long，而32位下是 unsigned int，所以，C99引入了一個專門給size_t用的%zu。這點需要注意。在64位平臺下，C/C++ 的編譯需要注意很多事。你可以參看《64位平臺C/C++開發(fā)注意事項》。

　　下面，我們再說說編譯器的Warning，請看代碼：

#include?<stdio.h>? ? int?main(void) ? ? { ? ? int?a; ? ? printf("%d\n",?a); ? ? }

　　考慮下面兩種編譯代碼的方式 ：

　　cc -Wall a.c
　　cc -Wall -O a.c

　　前一種是不會編譯出a未初化的警告信息的，而只有在-O的情況下，再會有未初始化的警告信息。這點就是為什么我們在makefile里的CFLAGS上總是需要-Wall和 -O。

　　最后，我們再來看一個指針問題，你看下面的代碼：

#include?<stdio.h>? int?main(void) ? { ? int?a[5]; ? printf("%x\n",?a); ? printf("%x\n",?a+1); ? printf("%x\n",?&a); ? printf("%x\n",?&a+1); ? }

　　假如我們的a的地址是：0Xbfe2e100， 而且是32位機，那么這個程序會輸出什么？

　　第一條printf語句應該沒有問題，就是 bfe2e100

　　第二條printf語句你可能會以為是bfe2e101。那就錯了，a+1，編譯器會編譯成 a+ 1*sizeof（int），int在32位下是4字節(jié)，所以是加4，也就是bfe2e104

　　第三條printf語句可能是你最頭疼的，我們怎么知道a的地址？我不知道嗎？可不就是bfe2e100。那豈不成了a==&a啦？這怎么可能？自己存自己的？也許很多人會覺得指針和數(shù)組是一回事，那么你就錯了。如果是 int *a，那么沒有問題，a == &a。但是這是數(shù)組啊a[]，所以&a其實是被編譯成了 &a[0]。

　　第四條printf語句就很自然了，就是bfe2e114。

　　看過這么多，你可能會覺得C語言設計得真拉淡啊。不過我要告訴下面幾點Dennis當初設計C語言的初衷：

　　1）相信程序員，不阻止程序員做他們想做的事。

　　2）保持語言的簡潔，以及概念上的簡單。

　　3）保證性能，就算犧牲移植性。

　　今天很多語言進化得很高級了，語法也越來越復雜和強大，但是C語言依然光芒四射，Dennis離世了，但是C語言的這些設計思路將永遠不朽。

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轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/gxldan/archive/2011/11/19/4066759.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的深入了解C语言的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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