前言：

• 博主實(shí)力有限，博文有什么錯(cuò)誤，請(qǐng)你斧正，非常感謝！

• 博主目前只掌握的c語(yǔ)言，因此本文主要以c語(yǔ)言為背景討論問(wèn)題。編譯器：VS2019

• 本文是《C陷阱與缺陷》專欄第3章

• 《C陷阱與缺陷》第一章，我們認(rèn)識(shí)了詞法“陷阱”，第二章認(rèn)識(shí)了語(yǔ)法“陷阱”

• 第三章讓我們了解一下語(yǔ)義”陷阱“（指針與數(shù)組底層原理，求值順序）

《C陷阱與缺陷》

“詞法”陷阱	“語(yǔ)法”陷阱

、

語(yǔ)義”陷阱“

• 一句話，哪怕，單詞，語(yǔ)法都對(duì)，仍然可能存在歧義或者非我們表達(dá)希望的意思。

• 同樣對(duì)于c程序，即使語(yǔ)法正確，編譯器對(duì)其也可能是我們非希望的運(yùn)算，因此本博文主要討論：語(yǔ)義“陷阱“。

指針與數(shù)組

指針與數(shù)組之間的聯(lián)系是密不可分，理解數(shù)組必然需要理解指針。

• 數(shù)組名是不能進(jìn)行自增，自減運(yùn)算的，因?yàn)閿?shù)組名是常地址。

• C語(yǔ)言只有一維數(shù)組，而且數(shù)組的大小必須在編譯期間就作為常數(shù)確定下來(lái)。

• | C99標(biāo)準(zhǔn)允許變長(zhǎng)數(shù)組（int arr[m] [n]）.但是市面上大部分C編譯器(VS2019)還沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)C99標(biāo)準(zhǔn)，但是對(duì)于在線OJ系統(tǒng)允許變長(zhǎng)數(shù)組。另外GCC中實(shí)現(xiàn)了變長(zhǎng)數(shù)組。 |
  | :----------------------------------------------------------- |

• 為什么說(shuō)C語(yǔ)言只有一維數(shù)組呢？

• 我們知道變量在內(nèi)存是連續(xù)存放的，同樣一維數(shù)組也是。Exp；arr[m];當(dāng)我們定義一個(gè)一維數(shù)組時(shí)，內(nèi)存會(huì)為arr開(kāi)辟大小為：m*sizeof（arr[0]）的字節(jié)空間。而對(duì)于二維數(shù)組，因?yàn)閮?nèi)存連續(xù)性的原因，內(nèi)存并不會(huì)真真的開(kāi)辟一個(gè)二維空間，而是連續(xù)依次存入二維數(shù)組的每個(gè)數(shù)據(jù)。之所以有二維數(shù)組的說(shuō)法是為了分析問(wèn)題方便。

Exp: int arr[ 3 ] [3 ] ;

聲明 arr是一個(gè)數(shù)組，該數(shù)組有3個(gè)元素，每個(gè)元素類型是數(shù)組大小為3的一維數(shù)組。

• 二維數(shù)組的實(shí)質(zhì)是一維數(shù)組，只是其元素類型是一維數(shù)組類型。

• 多維數(shù)組同理

• 為什么要在編譯期間確定大小

為了給數(shù)組開(kāi)辟內(nèi)存

• 對(duì)于數(shù)組我們只要知道2件事：1.數(shù)組大小；2.獲得指向數(shù)組首元素地址的指針。對(duì)于數(shù)組的運(yùn)算就沒(méi)問(wèn)題了

• 為什么說(shuō)知道數(shù)組首元素地址就可以了

1.指針的運(yùn)算是根據(jù)其指向數(shù)據(jù)類型來(lái)進(jìn)行計(jì)算。

int main(){int arr1[4] = { 5,6,8,4};int* p1 = arr1;//數(shù)組名是一維數(shù)組arr1首元素地址，而首元素是int 類型，因此p類型為intprintf("%d/n", *arr1);printf("%d/n", *p1);printf("%d/n", *(arr1+1));printf("%d/n", *(p1+1));//p的類型是int，因此加一，跳過(guò)int 字節(jié)內(nèi)存。//二維數(shù)組printf("/n");int  arr2[3][2] = {45,4,5,6,78,75 };int(*p2)[2] = arr2;//數(shù)組名是二維數(shù)組首元素地址，而首元素的，類型是 int [2](含有2個(gè)元素的一維數(shù)組)                  //因此p在定義的類型為：int [2];printf("%d/n", arr2[0][0]);printf("%d/n", **p2);//*p后的地址類型為int,而%d需要int型數(shù)據(jù)，因此再*；printf("%d/n", arr2[1][0]);printf("%d/n", *(*(p2 + 1)+0));return 0;}

2.以數(shù)組下標(biāo)的形式進(jìn)行數(shù)組的運(yùn)算很正常，但是實(shí)質(zhì)底層原理是指針的運(yùn)算（編譯器在遇到數(shù)組都將其轉(zhuǎn)化為同類型的指針）。任何一個(gè)數(shù)組元素的下標(biāo)都可以通過(guò)指針找到。因此我們完全可以依據(jù)指針進(jìn)行數(shù)組的運(yùn)算。

• 許多程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中都內(nèi)建有索引運(yùn)算，在C語(yǔ)言中索引運(yùn)算是以指針?biāo)阈g(shù)的形式定義的。

int *p=arr;//數(shù)組下標(biāo)為0的元素是arr[0]//實(shí)質(zhì)是*（p+0）；//數(shù)組下標(biāo)為1的元素是arr[1]//實(shí)質(zhì)是 *（p+1)int arr[2][3]={0};int (*p)[3]=arr;//數(shù)組下標(biāo)為0的元素是arr[0],但是其類型int*即int的地址,因此二維數(shù)組下標(biāo) （0，0）的arr[0][0]//其實(shí)質(zhì)：*（*（p+0）+0）//數(shù)組下標(biāo)為1的元素是arr[1],但是其類型int*即int的地址,因此二維數(shù)組下標(biāo) （1，0）的arr[1][0]//其實(shí)質(zhì)：*（*（p+1）+0）

操作符:sizeof()

• sizeof()是操作符，不是函數(shù)

• sizeof（）用于只用于求數(shù)據(jù)在內(nèi)存中所占內(nèi)存的大小單位字節(jié)，在（）里面不產(chǎn)生的任何影響

• sizeof對(duì)數(shù)組的一些運(yùn)算，有特殊規(guī)定

C中數(shù)組名代表其數(shù)組首元素地址。但是對(duì)于sizeof（）來(lái)說(shuō)，其代表整個(gè)數(shù)組。而&arr代表取數(shù)組的地址,因此對(duì)地址求其大小，在32位系統(tǒng)4字節(jié)大小

64位系統(tǒng)下8字節(jié)大小。

指針

• 任何指針都是指向某種類型的變量，類型決定了指針運(yùn)算跳過(guò)的字節(jié)大小。

• 只有同類型的指針之間，才能進(jìn)行有效運(yùn)算

int 型指針與int型指針間進(jìn)行運(yùn)算，數(shù)組型指針與數(shù)組型指針間進(jìn)行運(yùn)算。等。。。

• 同類型指針間的運(yùn)算是有意義的

• 比如同時(shí)指向數(shù)組的2個(gè)指針，其相減就可以得到2個(gè)指針間的元素個(gè)數(shù)

• 一旦定義指針，就必須指定其指向,或者對(duì)指針賦值NULL

• 對(duì)于一維數(shù)組arr[i]與* （p+i）意義一樣，但是[ ]的形式更容易理解，尤其是二維數(shù)組。

• 因?yàn)?（p+i）== *(i+p)，即p[i]=i[p],但是強(qiáng)烈不推薦這種i[p]這種形式

非數(shù)組的指針

• 字符串

C語(yǔ)言的字符串常量存放在常量區(qū),其代表一塊包括字符串中所有字符以及字符串``結(jié)束標(biāo)志‘/0’`組成 的內(nèi)存區(qū)域的首地址.

因此對(duì)于字符型指針，其不是指向整個(gè)字符串，而指向的是字符串的首地址。

另外不同的指針，指向相同字符串，不同指針指向同一地址的字符串

• 字符串的實(shí)質(zhì)是地址，但是因?yàn)槠涫浅Ａ浚虼瞬荒苄薷钠渲?/li>

char *str="hello";*str="G";//在C語(yǔ)言在是違法，禁止的

• 打印字符串%s的規(guī)則

1. 其打印的地址必須是字符串類型

2. 打印結(jié)束標(biāo)志是‘/0’;

作為參數(shù)的數(shù)組聲明

• | 在C語(yǔ)言中，我們沒(méi)辦法可以將一個(gè)數(shù)組作為函數(shù)參數(shù)直接傳遞。我們用數(shù)組名傳參，數(shù)組名會(huì)被編譯器自動(dòng)轉(zhuǎn)換為同類型的指針。 |
  | :----------------------------------------------------------- |

Exp:

int fun(int arr[])//編譯器自動(dòng)轉(zhuǎn)換數(shù)組名int fun(int *p)

避免”舉隅法“

• ”舉隅法“是一種文學(xué)修辭上的手段，類似以微笑代替喜悅，贊許之情。而對(duì)于C語(yǔ)言中，指針是指向某個(gè)數(shù)據(jù)，但是并不意味這指針就是該數(shù)據(jù)，指針存的是該數(shù)據(jù)的地址。即不要混淆指針與指針?biāo)赶虻臄?shù)據(jù)

空指針并非空字符串

C語(yǔ)言的強(qiáng)制轉(zhuǎn)換操作符，可以將一個(gè)整數(shù)X強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為指針（即x將變成對(duì)應(yīng)16進(jìn)制內(nèi)存編號(hào)的地址），但是對(duì)于常數(shù)0這個(gè)特殊情況，編譯器保證由0轉(zhuǎn)換的指針不等于任何有效的指針。

當(dāng)0轉(zhuǎn)換為指針時(shí)，絕對(duì)不可以對(duì)其解引用(*)

if(p==(char*)0){}//合法if(strcmp(p,(char *)0)){}//非法，庫(kù)函數(shù)strcmp中有對(duì)指針的``解引用``

邊界計(jì)算與不對(duì)稱邊界

邊界計(jì)算：

對(duì)一個(gè)數(shù)組有10個(gè)元素，那么數(shù)組下標(biāo)的范圍是什么呢？

• 對(duì)于Fortran，Pl/I,Snobol4等程序語(yǔ)言，下標(biāo)從1開(kāi)始，而且這些語(yǔ)言允許自定義數(shù)組下標(biāo)的起始地址。

• 對(duì)于Algol，Pascal，編程必須顯示的指定數(shù)組下標(biāo)上界與下界

• 在Basic中聲明一個(gè)10個(gè)元素的數(shù)組，實(shí)際編譯器分配11個(gè)元素的空間，下標(biāo)從0到10

不對(duì)稱邊界：

問(wèn)題：修建一個(gè)100米的護(hù)欄，護(hù)欄間的距離是10米，問(wèn)需要多少欄桿？

答案： 11

這是典型的”欄桿錯(cuò)誤“，也被稱謂”差一錯(cuò)誤“

針對(duì)這種錯(cuò)誤有一種好的方法：

• 首先考慮最簡(jiǎn)單情況下的特例，然后推廣
• 仔細(xì)計(jì)算邊界。

而在C語(yǔ)言編程時(shí)如何更好的避免差一錯(cuò)誤呢？

這就需要“不對(duì)稱邊界”：

• 用第一個(gè)入界點(diǎn)和最后一個(gè)出界點(diǎn)來(lái)表示數(shù)值范圍

• 取值范圍大小是出界點(diǎn)與入界點(diǎn)差
• 上界永遠(yuǎn)不小于下界

Exp1：

Exp2：

數(shù)組邊界”溢界“問(wèn)題

int i =0;int arr[10]={0};for(i =0;i<=12;i++){arr[i]=0;printf("%d/n",arr[i])}//這種用法在C中是允許的，因?yàn)榈讓邮侵羔槨?/span>//程序是個(gè)死循環(huán)，下面解釋//在Vs2019中，編譯器會(huì)在變量與數(shù)組之間放2個(gè)空內(nèi)內(nèi)存，目的就是防止"溢界"問(wèn)題//內(nèi)存的利用是先高地址，后低地址。//正是因?yàn)檫@個(gè)規(guī)則和變量與數(shù)組的定義順序，當(dāng)arr[12]即是i//此時(shí)i又重新賦值為0，因此進(jìn)入死循環(huán)

ANSI C標(biāo)志明確允許這種用法：數(shù)組中實(shí)際不存在的”溢界“元素地址位于數(shù)組所占內(nèi)存之后，這個(gè)地址可以被用于賦值和比較，但是引用該元素就是非法的。

求值順序

• 運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)并不決定求值順序。

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

//編譯器只知道*比+先計(jì)算，但是不知道開(kāi)始的順序是怎樣的。

即a=（b*c+d *e）+f * g;

或者a=b*c+（d *e+f * g);

• 但是C語(yǔ)言在規(guī)定了4個(gè)運(yùn)算符的求值順序

四個(gè)運(yùn)算符是：&&；|| ； ？： ； ‘，’ ；

• &&和||首先對(duì)左側(cè)操作數(shù)求值，具有改變運(yùn)算順序的性質(zhì)即（左側(cè)為真，右側(cè)就不需要求值）

• a？b：c 先算a，后根據(jù)a算b,c；

• ，首先對(duì)左側(cè)操作數(shù)求值，然后丟棄該值，再對(duì)下一個(gè)操作數(shù)求值。

• 分隔函數(shù)參數(shù)的‘’逗號(hào)‘’不是“逗號(hào)運(yùn)算符”。

• 所有賦值運(yùn)算都不決定求值順序

int i=0；while（i<n）{y[i]=x[i++]}//因?yàn)橘x值"="的性質(zhì)，無(wú)法確定y,x中的i是哪個(gè)值，另外不同編譯器會(huì)有自己的賦值運(yùn)算符求值順序。為避免這個(gè)有爭(zhēng)議的”垃圾代碼“我們可以while（i<n）{y[i]=x[i];i++;}

整數(shù)“溢出”

C中的每種數(shù)據(jù)類型都有其取值范圍。

如signed char -128~127

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

等…

• C語(yǔ)言中存在2種整數(shù)算術(shù)運(yùn)算，有符號(hào)和無(wú)符號(hào)

• 在無(wú)符號(hào)運(yùn)算中，無(wú)”溢出“一說(shuō)
• 在無(wú)符號(hào)與有符號(hào)運(yùn)算中，有符號(hào)會(huì)轉(zhuǎn)化為無(wú)符號(hào)型，進(jìn)行運(yùn)算，不在有“”溢出“一說(shuō)

• 在有符號(hào)運(yùn)算中，存在”溢出“一說(shuō)。另外“溢出”的結(jié)果是未定義的,當(dāng)發(fā)生“溢出”，任何的運(yùn)算都是不安全的。

假設(shè)a和b是2個(gè)非負(fù)整形變量，我們檢驗(yàn)是否會(huì)“溢出”，溢出后就會(huì)成為”負(fù)數(shù)“。

if（a+b<0）{..}

在某些機(jī)器上，加分運(yùn)算器講設(shè)置一個(gè)寄存器的4種狀態(tài)之一：正，負(fù)，0，溢出。在這種編譯器上，a+b后判斷寄存器是否未”負(fù)“，但是此時(shí)寄存器的狀態(tài)是”溢出“，那么if的檢測(cè)就會(huì)不安全。

更改為：

//方法一if（（unsingned）a+(unsigned)b>INT_MAX）{}//INT_MAX是整形數(shù)據(jù)的最大取值，定義在庫(kù)中//方法二if（a>INT_MAX-b）{}

為main函數(shù)提供返回值

• 函數(shù)為說(shuō)明返回值的類型時(shí)，默認(rèn)為int，main也同理

• 對(duì)于大多數(shù)C語(yǔ)言都是通過(guò)main的返回值來(lái)告訴操作系統(tǒng)該函數(shù)執(zhí)行是成功還是失敗。

• 返回0代表成功，非0代表失敗

• 因此return具有結(jié)束函數(shù)執(zhí)行的效果，在循環(huán)中合理運(yùn)用會(huì)產(chǎn)生奇妙的效果