征服C指针(C程序员必读经典 原版畅销11年)

1.2.6 　实践——swap函数　　31
1.3 　关于数组　　34
1.3.1 　运用数组　　34
1.3.2 　数组和指针的微妙关系　　37
1.3.3 　下标运算符[]和数组是没有关系的　　39
1.3.4 　为什么存在奇怪的指针运算　　42
1.3.5 　不要滥用指针运算　　43
1.3.6 　试图将数组作为函数的参数进行传递　　45
1.3.7 　声明函数形参的方法　　48
第2章 　做个实验见分晓——C是怎么使用内存的　　51
2.1 　虚拟地址　　51
2.2 　C的内存的使用方法　　56
2.2.1 　C的变量的种类　　56
2.2.2 　输出地址　　58
2.3 　函数和字符串常量　　61
2.3.1 　只读内存区域　　61
2.3.2 　指向函数的指针　　62
2.4 　静态变量　　64
2.4.1 　什么是静态变量　　64
2.4.2 　分割编译和连接　　64
2.5 　自动变量（栈）　　66
2.5.1 　内存区域的“重复使用”　　66
2.5.2 　函数调用究竟发生了什么　　66
2.5.3 　可变长参数　　73
2.5.4 　递归调用　　80
2.6 　利用malloc()来进行动态内存分配（堆）　　84
2.6.1 　malloc()的基础　　84
2.6.2 　malloc()是“系统调用”吗　　88
2.6.3 　malloc()中发生了什么　　89
2.6.4 　free()之后，对应的内存区域会怎样　　91
2.6.5 　碎片化　　93
2.6.6 　malloc()以外的动态内存分配函数　　94
2.7 　内存布局对齐　　98
2.8 　字节排序　　101
2.9 　关于开发语言的标准和实现——对不起，前面的内容都是忽悠的　　102
第3章 　揭秘C的语法——它到底是怎么回事　　105
3.1 　解读C的声明　　105
3.1.1 　用英语来阅读　　105
3.1.2 　解读C的声明　　106
3.1.3 　类型名　　109
3.2 　C的数据类型的模型　　111
3.2.1 　基本类型和派生类型　　111
3.2.2 　指针类型派生　　112
3.2.3 　数组类型派生　　113
3.2.4 　什么是指向数组的指针　　114
3.2.5 　C语言中不存在多维数组！　　116
3.2.6 　函数类型派生　　117
3.2.7 　计算类型的大小　　119
3.2.8 　基本类型　　121
3.2.9 　结构体和共用体　　122
3.2.10 　不完全类型　　123
3.3 　表达式　　125
3.3.1 　表达式和数据类型　　125
3.3.2 　“左值”是什么——变量的两张面孔　　129
3.3.3 　将数组解读成指针　　130
3.3.4 　数组和指针相关的运算符　　132
3.3.5 　多维数组　　133
3.4 　解读C的声明（续）　　137
3.4.1 　const修饰符　　137
3.4.2 　如何使用const？可以使用到什么程度？　　139
3.4.3 　typedef　　141
3.5 　其他　　143
3.5.1 　函数的形参的声明　　143
3.5.2 　关于空的下标运算符[]　　146
3.5.3 　字符串常量　　148
3.5.4 　关于指向函数的指针引起的混乱　　151
3.5.5 　强制类型转换　　152
3.5.6 　练习——挑战那些复杂的声明　　153
3.6 　应该记住：数组和指针是不同的事物　　157
3.6.1 　为什么会引起混乱　　157
3.6.2 　表达式之中　　158
3.6.3 　声明　　160
第4章 　数组和指针的常用方法　　161
4.1 　基本的使用方法　　161
4.1.1 　以函数返回值之外的方式来返回值　　161
4.1.2 　将数组作为函数的参数传递　　162
4.1.3 　可变长数组　　163
4.2 　组合使用　　166
4.2.1 　可变长数组的数组　　166
4.2.2 　可变长数组的可变长数组　　172
4.2.3 　命令行参数　　174
4.2.4 　通过参数返回指针　　177
4.2.5 　将多维数组作为函数的参数传递　　181
4.2.6 　数组的可变长数组　　182
4.2.7 　纠结于“可变”之前，不妨考虑使用结构体　　183
4.3 　违反标准的技巧　　187
4.3.1 　可变长结构体　　187
4.3.2 　从1开始的数组　　189
第5章 　数据结构——真正的指针的使用方法　　193
5.1 　案例学习1：计算单词的出现频率　　193
5.1.1 　案例的需求　　193
5.1.2 　设计　　195
5.1.3 　数组版　　200
5.1.4 　链表版　　203
5.1.5 　追加检索功能　　211
5.1.6 　其他的数据结构　　214
5.2 　案例学习2：绘图工具的数据结构　　218
5.2.1 　案例的需求　　218
5.2.2 　实现各种图形的数据模型　　219
5.2.3 　Shape型　　221
5.2.4 　讨论——还有别的方法吗　　223
5.2.5 　图形的组合　　228
5.2.6 　继承和多态之道　　233
5.2.7 　对指针的恐惧　　236
5.2.8 　说到底，指针究竟是什么　　237
第6章 　其他——拾遗　　239
6.1 　陷阱　　239
6.1.1 　关于strncpy()　　239
6.1.2 　如果在早期的C中使用float类型的参数　　240
6.1.3 　printf()和scanf()　　242
6.1.4 　原型声明的光和影　　243
6.2 　惯用句法　　245
6.2.1 　结构体声明　　245
6.2.2 　自引用型结构体　　246
6.2.3 　结构体的相互引用　　247
6.2.4 　结构体的嵌套　　248
6.2.5 　共用体　　249
6.2.6 　数组的初始化　　250
6.2.7 　char数组的初始化　　250
6.2.8 　指向char的指针的数组的初始化　　251
6.2.9 　结构体的初始化　　252
6.2.10 　共用体的初始化　　252
6.2.11 　全局变量的声明　　253

.　　在这里，我谨向他们致以深深的谢意。
　　2000年11月28日 03：33 J.S.T.
　　前桥和弥
　　

.　　某些有一定经验的C程序员会觉得C的声明还是比较奇怪的。当然也有一些人可能并没有这种体会，但或多或少都有过下面的疑问。
　　C的声明中，[]比?的优先级高。因此，char ?s[10]这样的声明意为“指向char的指针的数组”——搞反了吧？
　　搞不明白double (?p)[3];和void (?func)(int a);这样的声明到底应该怎样阅读。
　　int ?a中，声明a为“指向int的指针”。可是表达式中的指针变量前?却代表其他意思。明明是同样的符号，意义为什么不同？
　　int ?a和int a[]在什么情况下可以互换？
　　空的[]可以在什么地方使用，它又代表什么意思呢？
　　本书的编写就是为了回答以上这样的问题。
　　很坦白地说，我也是在使用了C语言好几年之后，才对C的声明语法大彻大悟的。
　　世间的人们大多不愿意承认自己比别人愚笨，所以总是习惯性地认为“实际上只有极少的人才能够精通C语言指针”，以此安慰一下自己那颗脆弱的心。
　　例如，你知道下面的事实吗？
　　在引用数组中的元素时，其实a[i]中的[]和数组毫无关系。
　　C里面不存在多维数组。
　　如果你在书店里拿起这本书，翻看几页后心想：“什么呀？简直是奇谈怪论！”然后照原样把书轻轻地放回书架。那么你恰恰需要阅读这本书。
　　有人说：“因为C语言是模仿汇编语言的，要想理解指针，就必须理解内存和地址等概念。”你可能会认为：
　　“指针”是C语言所特有的、底层而邪恶的功能。
　　其实并不是这样的。确实，“C指针”有着底层而邪恶的一面，但是，它又是构造链表和树等“数据结构”不可缺少的概念。如果没有指针，我们是做不出像样的应用程序的。所以，凡是真正成熟的开发语言，必定会存在指针，如Pascal、Delphi、Lisp和Smalltalk等，就连Visual Basic也存在指针。早期的Perl因为没有指针而饱受批评，从版本5开始也引入了指针的概念。当然，Java也是有指针的。很遗憾，世上好像对此还存有根深蒂固的误解。
　　在本书中，我们将体验如何将指针真正地用于构造数据结构。
　　“指针”是成熟的编程语言必须具有的概念。
　　尽管如此，为什么C的指针却让人感觉格外地纠结呢？理由就是，C语言混乱的语法，以及指针和数组之间奇怪的兼容性。
　　本书旨在阐明C语言混乱的语法，不但讲解了“C特有的指针用法”，还针对和其他语言共有的“普遍的指针用法”进行了论述。
　　下面，让我们来看一下本书的具体结构。
　　0.2目标读者和内容结构
　　本书的目标读者为：
　　粗略地读过C语言的入门书籍，但还是对指针不太理解的人
　　平时能自如地使用C语言，但实际对指针理解还不够深入的人
　　本书由以下内容构成。
　　第1章：从基础开始——预备知识和复习
　　第2章：做个实验见分晓——C是怎样使用内存的
　　第3章：揭秘C的语法——它到底是怎么回事
　　第4章：数组和指针的常用用法
　　第5章：数据结构——真正的指针的使用方法
　　第6章：其他——拾遗
　　第1章和第2章主要面向初学者。从第3章开始的内容，是为那些已经具备一定经验的程序员或者已经读完第1章的初学者准备的。
　　面向初学者，第1章和第2章从“指针就是地址”这个观点开始讲解。
　　通过printf()来“亲眼目睹”地址的实际值，应该说，这不失为理解指针的一个非常简单有效的方式。
　　对于那些“尝试学习了C语言，但是对指针还不太理解”的人来说，通过自己的机器实际地输出指针的值，可以相对简单地领会指针的概念。
　　首先，在第1章里，针对C语言的发展过程（也就是说，C是怎样“沦为”让人如此畏惧的编程语言的）、指针以及数组进行说明。
　　对于指针和数组的相互关系，市面上多数的C语言入门书籍只是含混其辞地做了敷衍解释（包括K&R*，我认为该书是诸恶之源）。这还不算，他们还将本来已经用数组写好的程序，特地用指针运算的方式重新编写，还说什么“这样才像C语言的风格”。
　　像C语言的风格？也许是可以这么说，但是以此为由炮制出来的难懂的写法，到底好在哪里？ 哦？执行效率高？为什么？这是真的吗？
　　产生这些疑问是正常的，并且，这么想是正确的。
　　了解C语言的发展过程，就能理解C为什么会有“指针运算”等这样奇怪的功能。
　　第1章中接下来的内容也许会让初学者纠结，因为我们将开始接触到数组和指针的那些容易让人混淆的语法。
　　第2章讲解了C语言实际上是怎样使用内存的。
　　在这里同样采用直观的方式将地址输出。请有C运行环境的读者一定亲手输入例程的代码，并且尝试运行。
　　对于普通的局部变量、函数的参数、static变量、全局变量及字符串常量（使用" "包围的字符串）等，知晓它们在内存中实际的保存方式，就可以洞察到C语言的各种行为。
　　遗憾的是，几乎所有使用C语言开发的程序，运行时检查都不是非常严密。一旦出现诸如数组越界操作，就会马上引起“内存区域破坏”之类的错误。虽然很难将这些bug完全消灭，但明白了C如何使用内存之后，至少可以在某种程度上预防这些bug的出现。
　　第3章讲解了与数组和指针相关的C语言语法。
　　虽然我多次提到“究竟指针为什么这么难”，但是对于“指针就是地址”这个观点，在理解上倒是非常简单。出现这种现象，其实缘于C语言的数组和指针的语法比较混乱。
　　乍看上去，C语言的语法比较严谨，实际上也存在很多例外。
　　对于那些平时和我们朝夕相处的语法，究竟应套用哪条规则？还有，哪些语法需要特殊对待？关于这些，第3章里会做彻底的讲解。
　　那些自认为是老鸟的读者，可以单独拿出第3章来读一读，看看自己以前是如何上当的。
　　第4章是实践篇，举例说明数组和指针的常用用法。如果读者理解了这部分内容，对付大部分程序应该不在话下。
　　老实说，对于已经将C语言使用得像模像样的读者来说，第4章中举出的例子并没有什么新意。但是，其实有些人对这些语法只是一知半解，很多时候只不过是依照以前的代码“照猫画虎”罢了。
　　阅读完第3章后去读第4章，对于那些已经能够熟练使用的写法，你也会惊呼一声：“原来是这个意思啊！”
　　第5章中，解说指针真正的用法——数据结构的基本知识。
　　前四章中的例子，都是围绕C语言展开的。第5章里则会涉及其他语言的指针。
　　无论使用哪种语言编程，“数据结构”都是最重要的。使用C语言来构造数据结构的时候，结构体和指针功不可没。
　　“不仅仅对于C语言的指针，连结构体也不太明白”的读者，务必不要错过第5章。
　　第6章中，对到此为止还没有覆盖到的知识进行拾遗，并且为大家展示一些可能会遇到的陷阱以及惯用语法。
　　和类似的书籍相比，本书更加注重语法的细节。
　　提起语法，就有“日本的英语教育不偏重语法”，以至于给人“就算不明白也没有什么”的印象。确实是这样，我们早在不懂“サ行”怎样变形之前，就已经会说日语了。
　　但是，C语言可不是像日语那样复杂的自然语言，它是一门编程语言。
　　单纯地通过语法来解释自然语言是非常困难的。比如，日语“いれたてのおちゃ”，利用假名汉字变换程序只能变换成“淹れたてのお茶”（中文意思是‘沏好的茶’），尽管如此，同样通过假名变换程序，“いれたてのあついおちゃ”竟然也可以变换成“入れた手の厚いお茶” （中文意思是‘沏好的热腾腾的茶’） 。编程语言最终还是通过人类制订的语法构成的，它要做到让编译器这样的程序能够解释。
　　“反正大家都是这么写，我也这么写，程序就能跑起来。”
　　这种想法，让人感觉有点悲哀。
　　我希望不仅是初学者，那些已经积累了一定经验的程序员也能阅读本书。通过深入理解C的语法，可以让我们真正领会直到今天还像“口头禅”一样使用的那些程序惯用写法。
　　无论如何，让我们做到“知其然知其所以然”，这样有利心理健康，不是吗？
　　
　　
　　从基础开始——预备知识和复习
　　1.1C是什么样的语言
　　1.1.1比喻
　　在Donald C. Gause和Gerald M. Weinberg合著的《你的灯亮着吗？》[1]
　　一书*中，有这样一节（根据需要，我做了必要的删减）。
　　某计算机制造商开发了一种新型打印机。
　　技术小组在如何保证打印精度的问题上非常苦恼，每次进行新的测试时，工程师都不得不花很长的时间测量打印机的输出结果来追求精确性。
　　丹（Dan Daring）是这个小组中最年轻但或许是最聪明的工程师。他发明了一种工具，即每隔8英寸就在铝条上嵌上小针。使用这个工具，可以很快地找到打印机输出位置的误差。
　　这个发明显著地提高了生产效率，丹的上司非常高兴，提议给丹颁发一个公司的特别奖赏。他从车间里拿了这个工具，带回办公室，这样他写报告的时候还可以仔细地研究一下。
　　这个上司显然还用不惯这个工具，当他把这个工具放在桌子上的时候，将针尖朝上了。更不幸的是，当丹的上司的上司友好地坐到桌角上，打算谈谈给丹颁发奖励时，部门内的所有人都听到了他痛苦的尖叫声——他的屁股上被扎了两个相距8英寸的孔。
　　C语言就恰如这个工具。也就是说，它是一门
　　为了解决眼前问题，由开发现场的人发明的，
　　虽然使用方便，
　　但看上去不怎么顺眼，
　　如果不熟悉的人糊里糊涂地使用了它，难免会带来“悲剧”的语言。
　　1.1.2C的发展历程
　　众所周知，C原本是为了开发UNIX操作系统而设计的语言。
　　如此说来，好像C应该比UNIX更早问世，可惜事实并非如此，最早的UNIX是用汇编来写的。
　　因为厌倦了总是苦哈哈地使用汇编语言进行编程，UNIX的开发者Ken Tompson 开发了一种称为“B”的语言。B语言是1967年剑桥大学的Martin Richard开发的BCPL（Basic CPL）的精简版本。BCPL的前身是1963年剑桥大学和伦敦大学共同研究开发的CPL（Combined Programming Lanugage）语言。
　　B语言不直接生成机器码，而是由编译器生成栈式机（Stack Machine）用的中间代码，中间代码通过解释器（interpreter）执行（类似Java和早期的Pascal）。因此，B语言的执行效率非常低，结果，在后来的UNIX开发过程中人们放弃了使用B语言。
　　在这之后的1971年，Ken Tompson的同事Dennis Ritchie对B语言做了改良，追加了char数据类型，并且让B语言可以直接生成PDP-11*的机器代码。曾经在很短的时间内，大家将这门语言称为NB（New B）。
　　之后，NB改称为C语言——这就是C语言的诞生。
　　后来，主要是为了满足使用UNIX的程序员的需要，C语言一边接受来自各方面的建议，一边摸着石头过河般地进行着周而复始的功能扩展。
　　1978年出版了被称为C语言宝典的The C Programming Language一书。
　　此书取了两位作者（Brian Kernighan和Dennis Ritchie）的姓氏首字母，简称为K&R。在后面提到的ANSI标准制定之前，此书一直作为C语言语法的参考书被人们广泛使用。
　　听说这本书在最初发行的时候，Prentice-Hall出版社制订了对于当时存在的130个UNIX站点平均每个能卖9本的销售计划（相比Lift With UNIX[2]）。
　　当然了，哪怕是初版K&R的销售量，也以3位数的数量级超过了Prentice-Hall出版社最初的销售计划*。原本只是像“丹的工具”一样为了满足自用的C语言，历经坎坷，最终成为全世界广泛使用的开发语言。
　　B是什么样的语言？
　　
　　在C语言的入门书籍中，经常提到C是B语言的进化版本。但几乎所有的书对B语言的介绍都只有这么多，没有具体说明B语言究竟是一门什么样的语言。
　　正如前面描述的那样，B是在虚拟机上运行的、解释型开发语言。
　　B语言没有像Java那样想要去实现“到处运行”的宏伟目标，它只是因为当时运行UNIX的PDP-7硬件环境的限制，而只能采用解释器这样的实现方式。
　　B是“没有类型”的语言。虽然C里面有char、short、int、float和double等很多的数据类型，但是B使用的类型只有word（你可以认为和int差不多）。作为本书的主题——指针，在B里面和整数一样使用。因为无论怎么说，指针无非就是内存中的地址，对于机器来说，它是可以和整型同样对待的（关于这点，在本章中会详细说明）。
　　NB是具有类型概念的语言。为了把指针和整数纠葛不清的B移植到NB，Dennis Ritchie在指针运用的设计上下了很大的工夫。C的指针让人感觉很难理解，可能也有这方面的原因。
　　关于B语言，如果你想知道更详细的内容，可以浏览Dennis Ritchie的网页：http://cm.bell-labs.com/cm/cs/who/dmr/index.html中的“Users’ Reference to B”[3]等内容。
　　1.1.3不完备和不统一的语法
　　C语言是开发现场的人们根据自身的需要开发出来的语言，所以具备极高的实用性。但反过来从人类工程学的角度来看，它就不是那么完美了。
　　比如：
　　if (a = 5) { ←本来应该写成==的地方却写成了=
　　相信大家都犯过这样的错误吧。
　　在日语键盘上，“-”和“=”在同一按键上，因此经常会发生下面的问题：
　　for (i - 0; i [ 100; i++) ←忘了和[shift]键一起按下
　　就连这样的错误，编译器也往往无法察觉。现在的编译器倒是可以给出警告，可是早期的编译器对这样的错误是完全忽略的。
　　使用switch case的时候，也经常发生忘了写break的错误。
　　幸运的是，如今的编译器，对于容易犯的语法错误，在很多地方可以给我们警告提示。因此，不但不能无视这些编译器的警告，相反应该提高编译器的警告级别，让编译器替我们指出尽可能多的错误*。
　　换句话说，如果编译器向我们提示错误或者警告，不应该以怨报德：“什么呀，这个混蛋！”相反应该奉上一句感谢:“谢谢你，编译器先生！”然后去认真地清除眼前的bug。
　　要点
　　提高编译器的警告级别。
　　不可无视或者制止编译器的警告。
　　C语言是在使用中成长起来的语言。因此，由于很多历史原因遗留了一些“奇怪的”问题。具有代表性的有位运算符“&”和“