C语言缺陷与陷阱(笔记)(4)

2019-01-26 12:55

工作,但这纯属偶然。

&&、||和!运算符将它们的参数视为仅有“真”或“假”,通常约定0代表“假”而其它的任意值都代表“真”。这些运算符返回1表示“真”而返回0表示“假”,而且&&和||运算符当可以通过左边的操作数确定其返回值时,就不会对右边的操作数进行求值。

因此!10是零,因为10非零;10 && 12是1,因为10和12都非零;10 || 12也是1,因为10非零。另外,最后一个表达式中的12不会被求值,10 || f()中的f()也不会被求值。

考虑下面这段用于在一个表中查找一个特定元素的程序: i = 0;

while(i < tabsize && tab[i] != x) i++;

这段循环背后的意思是如果i等于tabsize时循环结束,元素未被找到。否则,i包含了元素的索引。

假设这个例子中的&&不小心被替换为了&,这个循环可能仍然能够工作,但只有两种幸运的情况可以使它停下来。

首先,这两个操作都是当条件为假时返回0,当条件为真时返回1。只要x和y都是1或0,x & y和x && y都具有相同的值。然而,如果当使用了除1之外的非零值表示“真”时互换了这两个运算符,这个循环将不会工作。

其次,由于数组元素不会改变,因此越过数组最后一个元素前进一个位置时是无害的,循环会幸运地停下来。失误的程序会越过数组的结尾,因为&不像&&,总是会对所有的操作数进行求值。因此循环的最后一次获取tab[i]时i的值已经等于tabsize了。如果tabsize是tab中元素的数量,则会取到tab中不存在的一个值。

4.3 下标从零开始

在很多语言中,具有n个元素的数组其元素的号码和它的下标是从1到n严格对应的。但在C中不是这样。

一个具有n个元素的C数组中没有下标为n的元素,其中的元素的下标是从0到n - 1。因此从其它语言转到C语言的程序员应该特别小心地使用数组:

int i, a[10];

for(i = 1; i <= 10; i++) a[i] = 0;

这个例子的目的是要将a中的每个元素都设置为0,但没有期望的效果。因为for语句中的比较i < 10被替换成了i <= 10,a中的一个编号为10的并不存在的元素被设置为了0,这样内存中a后面的一个字被破坏了。如果编译该程序的编译器按照降序地址为用户变量分配内存,则a后面就是i。将i设置为零会导致该循环陷入一个无限循环。

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4.4 C并不总是转换实参

下面的程序段由于两个原因会失败:

double s; s = sqrt(2); printf(\

第一个原因是sqrt()需要一个double值作为它的参数,但没有得到。第二个原因是它返回一个double值但没有这样声名。改正的方法只有一个:

double s, sqrt(); s = sqrt(2.0); printf(\

C中有两个简单的规则控制着函数参数的转换:(1)比int短的整型被转换为int;(2)比double短的浮点类型被转换为double。所有的其它值不被转换。确保函数参数类型的正确性是程序员的责任。

因此,一个程序员如果想使用如sqrt()这样接受一个double类型参数的函数,就必须仅传递给它float或double类型的参数。常数2是一个int,因此其类型是错误的。

当一个函数的值被用在表达式中时,其值会被自动地转换为适当的类型。然而,为了完成这个自动转换,编译器必须知道该函数实际返回的类型。没有更进一步声名的函数被假设返回int,因此声名这样的函数并不是必须的。然而,sqrt()返回double,因此在成功使用它之前必须要声名。

实际上,C实现通常允许一个文件包含include语句来包含如sqrt()这些库函数的声名,但是对那些自己写函数的程序员来说,编写声名也是必要的——或者说,对那些编写非凡的C程序的人来说是有必要的。

这里有一个更加壮观的例子: main() { int i; char c;

for(i = 0; i < 5; i++) { scanf(\ printf(\ }

printf(\}

表面上看,这个程序从标准输入中读取五个整数并向标准输出写入0 1 2 3 4。实际上,它并不总是这么做。譬如在一些编译器中,它的输出为0 0 0 0 0 1 2 3 4。

为什么?因为c的声名是char而不是int。当你令scanf()去读取一个整数时,它需要一个指向一个整

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数的指针。但这里它得到的是一个字符的指针。但scanf()并不知道它没有得到它所需要的:它将输入看作是一个指向整数的指针并将一个整数存贮到那里。由于整数占用比字符更多的内存,这样做会影响到c附近的内存。

c附近确切是什么是编译器的事;在这种情况下这有可能是i的低位。因此,每当向c中读入一个值,i就被置零。当程序最后到达文件结尾时,scanf()不再尝试向c中放入新值,i才可以正常地增长,直到循环结束。

4.5 指针不是数组

C程序通常将一个字符串转换为一个以空字符结尾的字符数组。假设我们有两个这样的字符串s和t,并且我们想要将它们连接为一个单独的字符串r。我们通常使用库函数strcpy()和strcat()来完成。下面这种明显的方法并不会工作: char *r; strcpy(r, s); strcat(r, t);

这是因为r没有被初始化为指向任何地方。尽管r可能潜在地表示某一块内存,但这并不存在,直到你分配它。

让我们再试试,为r分配一些内存:

char r[100]; strcpy(r, s); strcat(r, t);

这只有在s和t所指向的字符串不很大的时候才能够工作。不幸的是,C要求我们为数组指定的大小是一个常数,因此无法确定r是否足够大。然而,很多C实现带有一个叫做malloc()的库函数,它接受一个数字并分配这么多的内存。通常还有一个函数称为strlen(),可以告诉我们一个字符串中有多少个字符:因此,我们可以写:

char *r, *malloc();

r = malloc(strlen(s) + strlen(t)); strcpy(r, s); strcat(r, t);

然而这个例子会因为两个原因而失败。首先,malloc()可能会耗尽内存,而这个事件仅通过静静地返回一个空指针来表示。

其次,更重要的是,malloc()并没有分配足够的内存。一个字符串是以一个空字符结束的。而strlen()函数返回其字符串参数中所包含字符的数量,但不包括结尾的空字符。因此,如果strlen(s)是n,则s需要n + 1个字符来盛放它。因此我们需要为r分配额外的一个字符。再加上检查malloc()是否成功,我们得到:

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char *r, *malloc();

r = malloc(strlen(s) + strlen(t) + 1); if(!r) {

complain(); exit(1); }

strcpy(r, s); strcat(r, t);

4.6 避免提喻法

提喻法(Synecdoche, sin-ECK-duh-key)是一种文学手法,有点类似于明喻或暗喻,在牛津英文词典中解释如下:“a more comprehensive term is used for a less comprehensive or vice versa; as whole for part or part for whole, genus for species or species for genus, etc.(将全面的单位用作不全面的单位,或反之;如整体对局部或局部对整体、一般对特殊或特殊对一般,等等。)”

这可以精确地描述C中通常将指针误以为是其指向的数据的错误。正将常会在字符串中发生。例如:

char *p, *q; p = \

尽管认为p的值是xyz有时是有用的,但这并不是真的,理解这一点非常重要。p的值是指向一个有四个字符的数组中第0个元素的指针,这四个字符是'x'、'y'、'z'和'\\0'。因此,如果我们现在执行: q = p;

p和q会指向同一块内存。内存中的字符没有因为赋值而被复制。这种情况看起来是这样的:

要记住的是,复制一个指针并不能复制它所指向的东西。

因此,如果之后我们执行:

q[1] = 'Y';

q所指向的内存包含字符串xYz。p也是,因为p和q指向相同的内存。

4.7 空指针不是空字符串

将一个整数转换为一个指针的结果是实现相关的(implementation-dependent),除了一个例外。这个例外是常数0,它可以保证被转换为一个与其它任何有效指针都不相等的指针。这个值通常类似这样定义:

#define NULL 0

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但其效果是相同的。要记住的一个重要的事情是,当用0作为指针时它决不能被解除引用。换句话说,当你将0赋给一个指针变量后,你就不能访问它所指向的内存。不能这样写:

if(p == (char *)0) ...

也不能这样写:

if(strcmp(p, (char *)0) == 0) ...

因为strcmp()总是通过其参数来查看内存地址的。

如果p是一个空指针,这样写也是无效的:

printf(p); 或

printf(\

4.8 整数溢出

C语言关于整数操作的上溢或下溢定义得非常明确。

只要有一个操作数是无符号的,结果就是无符号的,并且以2n为模,其中n为字长。如果两个操作数都是带符号的,则结果是未定义的。

例如,假设a和b是两个非负整型变量,你希望测试a + b是否溢出。一个明显的办法是这样的:

if(a + b < 0) complain();

通常,这是不会工作的。

一旦a + b发生了溢出,对于结果的任何赌注都是没有意义的。例如,在某些机器上,一个加法运算会将一个内部寄存器设置为四种状态:正、负、零或溢出。 在这样的机器上,编译器有权将上面的例子实现为首先将a和b加在一起,然后检查内部寄存器状态是否为负。如果该运算溢出,内部寄存器将处于溢出状态,这个测试会失败。

使这个特殊的测试能够成功的一个正确的方法是依赖于无符号算术的良好定义,即要在有符号和无符号之间进行转换:

if((int)((unsigned)a + (unsigned)b) < 0) complain();

4.9 移位运算符

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