Dennis Ritchie 過世了，他發明了C語言，一個影響深遠並徹底改變世界的計算機語言。一門經歷40多年的到今天還長盛不衰的語言，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瞭解嗎？相信你看過本站的《C語言的謎題》還有《誰說C語言很簡單？》，這裏，我再寫一篇關於深入理解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。（順便註明一下，下面的一些例子來源於這個slides）
首先，我們先來看下面這個經典的代碼：
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int
main(){ int
a = 42; printf(“%d\n”,
a);} |
從這段代碼裏你看到了什麼問題？我們都知道，這段程序裏少了一個#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，因爲C++需要明確聲明函數
- 這段代碼在C的編譯器下會編譯通過，因爲在編譯期，編譯器會生成一個printf的函數定義，並生成.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。但在C89下，退出碼是3，因爲其取了printf的返回值。爲什麼printf函數返回3呢？因爲其輸出了’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果。
- 另外，我們還要注意main()，在C標準下，如果一個函數不要參數，應該聲明成main(void)，而main()其實相當於main(…)，也就是說其可以有任意多的參數。
我們再來看一段代碼：
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#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();} |
這個程序會輸出什麼？
- 我相信你對a的輸出相當有把握，就分別是4，5，6，因爲那個靜態變量。
- 對於c呢，你應該也比較肯定，那是一堆亂數。
- 但是你可能不知道b的輸出會是什麼？答案是1，2，3。爲什麼和c不一樣呢？因爲，如果要初始化，每次調用函數裏，編譯器都要初始化函數棧空間，這太費性能了。但是c的編譯器會初始化靜態變量爲0，因爲這只是在啓動程序時的動作。
- 全局變量同樣會被初始化。
說到全局變量，你知道 靜態全局變量和一般全局變量的差別嗎？是的，對於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：
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#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麼嗎？A) 一個隨機值，B) 42。A 和 B都對（在“在函數外存取局部變量的一個比喻”文中的最後給過這個例子），不過，你知道爲什麼嗎？
- 如果你使用一般的編譯，會輸出42，因爲我們的編譯器優化了函數的調用棧（重用了之前的棧），爲的是更快，這沒有什麼副作用。反正你不初始化，他就是隨機值，既然是隨機值，什麼都無所謂。
- 但是，如果你的編譯打開了代碼優化的開關，-O，這意味着，foo()函數的代碼會被優化成main()裏的一個inline函數，也就是說沒有函數調用，就像宏定義一樣。於是你會看到一個隨機的垃圾數。
下面，我們再來看一個示例：
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#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);} |
這段程序會輸出什麼？，你會說是，3，4，7。但是我想告訴你，這也有可能輸出，4，3，7。爲什麼呢？ 這是因爲，在C/C++中，表達的評估次序是沒有標準定義的。編譯器可以正着來，也可以反着來，所以，不同的編譯器會有不同的輸出。你知道這個特性以後，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，他們分別輸出什麼呢？
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int
a=41; a++; printf("%d\n",
a); |
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int
a=41; a++ & printf("%d\n",
a); |
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int
a=41; a++ && printf("%d\n",
a); |
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int
a=41; if
(a++ < 42) printf("%d\n",
a); |
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int
a=41; a = a++; printf("%d\n",
a); |
只有示例一，示例三，示例四輸出42，而示例二和五的行爲則是未定義的。關於這種未定義的東西是因爲Sequence Points的影響（Sequence Points是一種規則，也就是程序執行的序列點，在兩點之間的表達式只能對變量有一次修改），因爲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爲4字節，char爲1字節）
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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)); |
這個代碼會輸出什麼?
a) 9，10
b)12, 12
c)12, 16
答案是C，我想，你一定知道字節對齊，是向4的倍數對齊。
- 但是，你知道爲什麼要字節對齊嗎？還是因爲性能。因爲這些東西都在內存裏，如果不對齊的話，我們的編譯器就要向內存一個字節一個字節的取，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，那麼我三次就搞定了。所以，這是爲了性能的原因。
- 但是，爲什麼struct Y不向12 對齊，卻要向16對齊，因爲char d; 被加在了最後，當編譯器計算一個結構體的尺寸時，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，然後是 char，一個字節，而後面的int又不能填上還剩的3個字節，不爽，把char b對齊成4，於是計算到d時，就是13 個字節，於是就是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並不好，因爲，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++開發注意事項》。
下面，我們再說說編譯器的Warning，請看代碼：
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#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，纔會有未初始化的警告信息。這點就是爲什麼我們在makefile裏的CFLAGS上總是需要-Wall和 -O。
最後，我們再來看一個指針問題，你看下面的代碼：
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#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，那麼這個程序會輸出什麼？
- 第一條printf語句應該沒有問題，就是 bfe2e100
- 第二條printf語句你可能會以爲是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，所以是加4，也就是bfe2e104
- 第三條printf語句可能是你最頭疼的，我們怎麼知道a的地址？我不知道嗎？可不就是bfe2e100。那豈不成了a==&a啦？這怎麼可能？自己存自己的？也許很多人會覺得指針和數組是一回事，那麼你就錯了。如果是 int *a，那麼沒有問題，因爲a是指針，所以 &a 是指針的地址，a 和 &a不一樣。但是這是數組啊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bfe2e104。還是不對，因爲是&a是數組，被看成int(*)[5]，所以sizeof(a)是5，也就是5*sizeof(int)，也就是bfe2e114。
看過這麼多，你可能會覺得C語言設計得真扯淡啊。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，語法也越來越複雜和強大，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。