C语言深度剖析总结(一)-白红宇

C语言深度剖析总结(一)

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发布时间：2019-05-10

本文共 5989 字，大约阅读时间需要 19 分钟。

1.register关键字请求编译器尽可能的将变量存储在CPU内部寄存器中而不是内存中以提高访问效率。

数据从内存中取出来首先放到寄存器中，然后CPU再从寄存器中读取数据来进行处理，处理完后同样通过寄存器放到内存中， CPU不直接和内存打交道。

Register的值必须是一个单个的值，并且其长度应小于或等于int的长度，而且register变量可能不放在内存中，所以不能用取地址符(&)来获取register变量的地址。

#include <cstdlib>#include <iostream> using namespace std; int main(int argc, char *argv[]){ char a[1000]; for(int i=0; i<1000; i++) a[i] = -1 - i; cout << strlen(a) << endl; system("PAUSE"); return EXIT_SUCCESS;}

输出结果为：255

先来了解下补码的知识:

在计算机中，数值一律用补码来表示（存储），主要原因是使用补码，可以将符号位和其它位统一处理，同时，减法也可以按加法来处理，两外，两个用补码表示的数相加时，如果最高位（符号位）有进位，则进位被舍去。整数的补码和其原码一致，负数的补码：符号位为1，其余位为该数绝对值的原码按位取反，然后整个数加1.

于是， for()循环中，当i = 255时， a[255] = -256, 由于char类型的只能表示-128~127之间的数，所以-256已经发生了溢出，只将最低8位赋给a[255], -256的补码的低8位为0，所以a[255] = 0, 也就是字符串的结尾符’/0’的ascii值，当用strlen()计算a的长度时，遇到a[255]时停止，于是strlen(a) = 255; (a[0]~a[254])

3. 下面输出：

#include <iostream>#include <string>#include <bitset> using namespace std; int main(){ //freopen("output.txt", "wt", stdout); int i = -20; unsigned j = 10; bitset<32> b(i + j); int res = i + j; cout << b << endl; cout << hex << i + j << endl; cout << dec << res << endl; system("PAUSE"); return 0;}

输出结果：

11111111111111111111111111110110

fffffff6

-10

分析：当表达式中既有signed和 unsigned时，计算结果为unsigned类型的，所以i + j的结果也是unsigned类型的，i + j = -10, -10的补码可以按照上面说的计算补码的介绍得出…

如果把i + j的结果复制给int类型的，则-10的补码会被解析成有符号类型的，故res的输出为-10;

#include <iostream>#include <string> using namespace std; int main(){ unsigned i; for(i=9; i>=0; i--) cout << "#####" << endl; system("PAUSE"); return 0;}

程序将无限的输出####, 因为i为unsigned类型的，永远>=0, 所以上面的for()是个死循环…

5.如果函数没有返回值，那么声明为void 类型。在C语言中，如果不加返回值类型限定，那么编译器将函数返回值默认为int类型，不是void。

如果函数无参数，那么声明其参数为void

6. 如果函数的参数可以是任意类型的指针，那么声明其参数为void*类型，想标准库中的memcpy(), memset()函数，他们的指针参数的类型和返回值类型都是void*类型的，这也真实体现了内存操作函数的意义，因为它操作的对象仅仅是一片内存，而不论这篇内存的类型是什么。

7. void不能代表一个真实的变量，因为定义变量时必须分配内存空间，定义void类型变量，编译器到底应该为变量分配多大的空间呢？所以不行…

void a; // error

fun（void a）；// error

8. 编译器通常不为普通的const只读变量分配存储空间，而是将他们保存在符号表中，这使得他成为一个编译期间的值，没有了读写内存的操作，使得他的效率也很高。

例如：

#define M 3

const int N = 5; //此时并未将N放入内存中，只是保存在符号表中

…

int i = N; //此时为N分配内存，以后不再分配

int j = N; //此时不为N分配内存

int k = M; //预编译期间进行宏替换，分配内存

int l = M; //再次进行宏替换，分配内存

const定义的只读变量从汇编的角度来看，只是给出了对应的内存地址，而不是向#define一样给出的是立即数，所以， const定义的只读变量在程序运行过程中只有一份拷贝（因为他是全局的只读变量，放在静态存储区），而#define定义的宏常量在内存中有若干份拷贝。

#define宏是在预编译阶段进行替换，而const修饰的只读变量是在编译的时候确定其值。

#define宏没有类型，而const修饰的只读变量具有特定的类型，所以在编译的时候还能够进行类型检查。

9. volatile 关键字和const 一样是一种类型修饰符，用它修饰的变量表示可以被某些编译器

未知的因素更改，比如操作系统、硬件或者其它线程等。遇到这个关键字声明的变量，编

译器对访问该变量的代码就不再进行优化，从而可以提供对特殊地址的稳定访问。

先看看下面的例子：

int i=10;

int j = i；//(1)语句

int k = i；//(2)语句

这时候编译器对代码进行优化，因为在（1）、（2）两条语句中，i 没有被用作左值。这时候编译器认为i 的值没有发生改变，所以在（1）语句时从内存中取出i 的值赋给j 之后，这个值并没有被丢掉，而是在（2）语句时继续用这个值给k 赋值。编译器不会生成出汇编代码重新从内存里取i 的值，这样提高了效率。但要注意：（1）、（2）语句之间i 没有被用作左值才行。

再看另一个例子：

volatile int i=10;

int j = i；//(3)语句

int k = i；//(4)语句

volatile 关键字告诉编译器i 是随时可能发生变化的，每次使用它的时候必须从内存中取出i

的值，因而编译器生成的汇编代码会重新从i 的地址处读取数据放在k 中。

这样看来，如果i 是一个寄存器变量或者表示一个端口数据或者是多个线程的共享数

据，就容易出错，所以说volatile 可以保证对特殊地址的稳定访问。

10.const volatile int i = 10;

这个表示i是一个const常量，不能够被用户代码改变，但是i可以被其他因素改变。

下面是找到的一些分析：

const表示我们自己的代码不会改变这个值（别的代码或者硬件有可能改变这个值）。volatile表示禁止优化。因为编译器会认为如果代码没有改变变量，那么这个变量就不会改变，因此编译器会用寄存器把该变量缓存起来，每次需要读取变量值的时候，就从缓存中读取。这在大多数时候是正确的，但是在多线程或者中断的场合就不正确了。

一个值可以同时是const和volatile。例如，硬件时钟一般设定为不能由程序改变，这一点使他成为const；但它被程序以外的代理改变，这使它成为volatile的。只需在声明中同时使用这两个限定词。

volatile标识一个变量意味着这个变量可能被非本程序的其他过程改变，例如某个访问这一变量的某中断程序。

CSDN讨论链接：

11.柔性数组：

C99 中，结构中的最后一个元素允许是未知大小的数组，这就叫做柔性数组成员，但结

构中的柔性数组成员前面必须至少一个其他成员。柔性数组成员允许结构中包含一个大小可

变的数组。sizeof 返回的这种结构大小不包括柔性数组的内存。包含柔性数组成员的结构用

malloc ()函数进行内存的动态分配，并且分配的内存应该大于结构的大小，以适应柔性数组

的预期大小。

柔性数组到底如何使用呢？看下面例子：

typedef struct st_type

{

int i;

int a[0];

}type_a;

有些编译器会报错无法编译可以改成：

typedef struct st_type

{

int i;

int a[];

}type_a;

这样我们就可以定义一个可变长的结构体，用sizeof(type_a) 得到的只有4 ，就是

sizeof(i)=sizeof(int)。那个0 个元素的数组没有占用空间，而后我们可以进行变长操作了。通

过如下表达式给结构体分配内存：

type_a *p = (type_a*)malloc(sizeof(type_a)+100*sizeof(int));

这样我们为结构体指针p 分配了一块内存。用p->item[n]就能简单地访问可变长元素。

但是这时候我们再用sizeof（*p）测试结构体的大小，发现仍然为4。是不是很诡异？我们

不是给这个数组分配了空间么？

别急，先回忆一下我们前面讲过的“模子”。在定义这个结构体的时候，模子的大小就

已经确定不包含柔性数组的内存大小。柔性数组只是编外人员，不占结构体的编制。只是说

在使用柔性数组时需要把它当作结构体的一个成员，仅此而已。再说白点，柔性数组其实与

结构体没什么关系，只是“挂羊头卖狗肉”而已，算不得结构体的正式成员。

12. Big Endian和Little Endian:

Big Endian（大端模式）:字数据的高字节存储在低地址中，而字数据的低地址则存放在高地址中。

Little Endian(小端模式)：字数据的高字节存储在高地址中，而字数据的低地址存放在低地址中。

判断系统存储模式：

#include <iostream> using namespace std;int check(){ union { int i; char ch; }c; c.i = 1; return c.ch;} int main(){ int res = check(); if(res == 0) cout << "big endian" << endl; else cout << "little endian" << endl; system("PAUSE"); return 0;}

大小端转换：

#include <iostream> using namespace std; #define swap(a) a = ((unsigned int)a >> 24) | ((unsigned int)a >> 8) & 0x0000ff00 | (a << 8) & 0x00ff0000 | (a << 24) int main(){ int a = 0x12345678; swap(a); cout << hex << a << endl; system("PAUSE"); return 0;}

输出：0x78563412

13.

#include <cstdlib>#include <iostream> using namespace std; enum enum_name{ ONE, TWO, THREE = 5}enum_obj; int main(int argc, char *argv[]){ cout << sizeof(enum_obj) << endl; system("PAUSE"); return EXIT_SUCCESS;}

输出结果: 4

enum类型的大小是size_t, size_t一般是整形的长度

14.

#include <cstdlib>#include <iostream> using namespace std; typedef struct _TEST{ int a; _TEST& operator =(int i) { a = i; return *this; }}TEST, *PTRTEST; int main(int argc, char *argv[]){ TEST test1; TEST test2; const PTRTEST ptr1 = &test1; PTRTEST const ptr2 = &test1; //ptr1 = &test2; //error: ptr1 read only //ptr2 = &test2; //error: ptr1 read only *(ptr1) = 1; *(ptr2) = 2; system("PAUSE"); return EXIT_SUCCESS;}

这段代码中，定义了两个TEST类型的指针，const PTRTEST ptr1，PTRTEST const ptr2，这两种形式都是定义了一个指针常量，就如同const int I和int const I都是定义个一个常量I一样。对于编译器来说，只认为PTRTEST 是一个类型，并不去管他不是不指针类型。