導(dǎo)讀：Dennis Ritchie過世了，他發(fā)明了C語言，一個(gè)影響深遠(yuǎn)并徹底改變世界的計(jì)算機(jī)語言。一門經(jīng)歷40多年的到今天還長盛不訓(xùn)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(duì)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(guān)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(yīng)該如何學(xué)好一門語言。（順便注明一下，下面的一些例子來源于這個(gè)slides）。

文章內(nèi)容如下：

首先，我們先來看下面這個(gè)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(gè)#include <stdio.h> 還少了一個(gè)return 0;的返回語句。

不過，讓我們來深入的學(xué)習(xí)一下，

這段代碼在C++下無法編譯，因?yàn)镃++需要明確聲明函數(shù)

這段代碼在C的編譯器下會(huì)編譯通過，因?yàn)樵诰幾g期，編譯器會(huì)生成一個(gè)printf的函數(shù)定義，并生成.o文件，鏈接時(shí)，會(huì)找到標(biāo)準(zhǔn)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?yàn)槠淙×藀rintf的返回值。為什么printf函數(shù)返回3呢？因?yàn)槠漭敵隽恕?′, ’2′,’\n’ 三個(gè)字符。而在C99下，其會(huì)返回0，也就是成功地運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)下，如果一個(gè)函數(shù)不要參數(shù)，應(yīng)該聲明成main(void)，而main()其實(shí)相當(dāng)于main(…)，也就是說其可以有任意多的參數(shù)。

我們?cè)賮砜匆欢未�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(gè)程序會(huì)輸出什么？

我相信你對(duì)a的輸出相當(dāng)有把握，就分別是4，5，6，因?yàn)槟莻�(gè)靜態(tài)變量。

對(duì)于c呢，你應(yīng)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(huì)是什么？答案是1，2，3。為什么和c不一樣呢？因?yàn)�，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)�？臻g，這太費(fèi)性能了。但是c的編譯器會(huì)初始化靜態(tài)變量為0，因?yàn)檫@只是在啟動(dòng)程序時(shí)的動(dòng)作。

全局變量同樣會(huì)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(duì)于static 的全局變量，其對(duì)鏈接器不可以見，也就是說，這個(gè)變量只能在當(dāng)前文件中使用。

我們?cè)賮砜匆粋�(gè)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(huì)輸出什么嗎？A) 一個(gè)隨機(jī)值，B) 42。A 和 B都對(duì)（在“在函數(shù)外存取局部變量的一個(gè)比喻”文中的最后給過這個(gè)例子），不過，你知道為什么嗎？

如果你使用一般的編譯，會(huì)輸出42，因?yàn)槲覀兊木幾g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(jī)值，既然是隨機(jī)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(guān)，-O，這意味著，foo()函數(shù)的代碼會(huì)被優(yōu)化成main()里的一個(gè)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(huì)看到一個(gè)隨機(jī)的垃圾數(shù)。

下面，我們?cè)賮砜匆粋�(gè)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(huì)輸出什么？，你會(huì)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?yàn)�，在C/C++中，表達(dá)的評(píng)估次序是沒有標(biāo)準(zhǔn)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(huì)有不同的輸出。你知道這個(gè)特性以后，你就知道這樣的程序是沒有可移植性的。

我們?cè)賮砜纯聪旅娴倪@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(guān)于這種未定義的東西又叫Sequence Points，因?yàn)檫@會(huì)讓編譯器不知道在一個(gè)表達(dá)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(shè)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(gè)代碼會(huì)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(duì)齊，是向4的倍數(shù)對(duì)齊。

但是，你知道為什么要字節(jié)對(duì)齊嗎？還是因?yàn)樾阅堋Ｒ驗(yàn)檫@些東西都在內(nèi)存里，如果不對(duì)齊的話，我們的編譯器就要向內(nèi)存一個(gè)字節(jié)一個(gè)字節(jié)的取，這樣一來，struct X，就需要取9次，太浪費(fèi)性能了，而如果我一次取4個(gè)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(duì)齊，卻要向16對(duì)齊，因?yàn)閏har d; 被加在了最后，當(dāng)編譯器計(jì)算一個(gè)結(jié)構(gòu)體的尺寸時(shí)，是邊計(jì)算，邊對(duì)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(gè)字節(jié)，而后面的int又不能填上還剩的3個(gè)字節(jié)，不爽，把char b對(duì)齊成4，于是計(jì)算到d時(shí)，就是13 個(gè)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?yàn)�，�?4位下，sizeof的size_t是unsigned long，而32位下是 unsigned int，所以，C99引入了一個(gè)專門給size_t用的%zu。這點(diǎn)需要注意。在64位平臺(tái)下，C/C++ 的編譯需要注意很多事。你可以參看《64位平臺(tái)C/C++開發(fā)注意事項(xiàng)》。

下面，我們?cè)僬f說編譯器的Warning，請(qǐng)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(huì)編譯出a未初化的警告信息的，而只有在-O的情況下，再會(huì)有未初始化的警告信息。這點(diǎn)就是為什么我們?cè)趍akefile里的CFLAGS上總是需要-Wall和 -O。

最后，我們?cè)賮砜匆粋�(gè)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(jī)，那么這個(gè)程序會(huì)輸出什么？

第一條printf語句應(yīng)該沒有問題，就是 bfe2e100

第二條printf語句你可能會(huì)以為是bfe2e101。那就錯(cuò)了，a+1，編譯器會(huì)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?cè)趺粗�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(huì)覺得指針和數(shù)組是一回事，那么你就錯(cuò)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(shí)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(huì)覺得C語言設(shè)計(jì)得真拉淡啊。不過我要告訴下面幾點(diǎn)Dennis當(dāng)初設(shè)計(jì)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(jìn)化得很高級(jí)了，語法也越來越復(fù)雜和強(qiáng)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(shè)計(jì)思路將永遠(yuǎn)不朽。

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