c语言,有时莫名,有时奇妙----小话c语言(25)

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分类专栏：小话c语言文章标签： c语言开发语言

于 2012-08-17 12:49:58 首次发布

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本文解答了六个关于C语言的常见疑问，包括输出顺序异常、宏定义行为、switch语句特性、sizeof运算符特性、数组索引技巧及整型与浮点型转换问题。

作者：陈曦

日期：2012-8-17 12:53:12

环境：[Mac 10.7.1 Lion Intel i3 支持64位指令 gcc4.2.1 xcode4.2]

转载请注明出处

Q1：为什么下面的输出不按照代码的顺序显示？

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    while(1)
    {
        fprintf(stdout, "stdout.");
        fprintf(stderr, "stderr.");
        sleep(1);
    }
    return 0;     
}

A：如果把代码改为如下，输出就按照代码顺序显示了：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    setbuf(stdout, NULL);     // set stdout to no buffer                   
    while(1)
    {
        fprintf(stdout, "stdout.");
        fprintf(stderr, "stderr.");
        sleep(1);
    }
    return 0;     
}

Q2：下面的代码中printf函数返回为什么不是1？

#include <stdio.h>

#define PRINT_D(intValue)   printf(#intValue" is %d\n", (intValue));

int main(int argc, char **argv)
{
    char *str = "我";
    PRINT_D(printf(str));
    
    return 0;     
}

上面的代码保存的编码为UTF-8.

A：在我的另一篇帖子中已经有详细解释： printf函数，能不能简单点？----小话c语言(2)_简化printf-优快云博客

如果把代码文件的编码改为其它，答案就出来了： printf返回的是实际输出的字节数。比如C语言的谜题 | 酷壳 - CoolShell地址的帖子写的是字符数，还有很多地方都不是很清楚得说明是字符数，其实也是一种没有深入调研的模糊解答。

Q3：下面代码的输出为什么改变了b的数值？

#include <stdio.h>

#define PRINT_D(intValue)   printf(#intValue" is %d\n", (intValue));


int main(int argc, char **argv)
{
    int a = 1;       
    switch(a)       
    {    
        int b = 2;           
        case 1:  
            PRINT_D(b) 
            break; 
        default: 
            PRINT_D(b) 
            break; 
    } 

    return 0;     
}

A：原因在于c标准规定：switch语句体的复合语句中，位于第一个case或者default标号前面的语句永远不会被执行到。所以，b相当于没有初始化。

另外，我们查看一下汇编，能够得到结论，其实case标号和default标号相当于一个地址，编译器内部会使用jmp, je, jne等语句直接跳到对应位置来执行，而不会分析它前面的初始化过程。

0x00001f10 <main+0>:	push   %ebp
0x00001f11 <main+1>:	mov    %esp,%ebp
0x00001f13 <main+3>:	sub    $0x28,%esp
0x00001f16 <main+6>:	mov    0xc(%ebp),%eax
0x00001f19 <main+9>:	mov    0x8(%ebp),%ecx
0x00001f1c <main+12>:	movl   $0x0,-0x4(%ebp)
0x00001f23 <main+19>:	mov    %ecx,-0x8(%ebp)
0x00001f26 <main+22>:	mov    %eax,-0xc(%ebp)
0x00001f29 <main+25>:	movl   $0x1,-0x10(%ebp)
0x00001f30 <main+32>:	xor    %dl,%dl
0x00001f32 <main+34>:	test   %dl,%dl
0x00001f34 <main+36>:	jne    0x1f52 <main+66>
0x00001f36 <main+38>:	jmp    0x1f38 <main+40>
0x00001f38 <main+40>:	lea    0x1fa0,%eax
0x00001f3e <main+46>:	mov    -0x14(%ebp),%ecx
0x00001f41 <main+49>:	mov    %eax,(%esp)
0x00001f44 <main+52>:	mov    %ecx,0x4(%esp)
0x00001f48 <main+56>:	call   0x1f7a <dyld_stub_printf>
0x00001f4d <main+61>:	mov    %eax,-0x18(%ebp)
0x00001f50 <main+64>:	jmp    0x1f6a <main+90>
0x00001f52 <main+66>:	lea    0x1fa0,%eax
0x00001f58 <main+72>:	mov    -0x14(%ebp),%ecx
0x00001f5b <main+75>:	mov    %eax,(%esp)
0x00001f5e <main+78>:	mov    %ecx,0x4(%esp)
0x00001f62 <main+82>:	call   0x1f7a <dyld_stub_printf>
0x00001f67 <main+87>:	mov    %eax,-0x1c(%ebp)
0x00001f6a <main+90>:	mov    $0x0,%eax
0x00001f6f <main+95>:	add    $0x28,%esp
0x00001f72 <main+98>:	pop    %ebp
0x00001f73 <main+99>:	ret

注意main+36和main + 38位置的汇编，两条跳转语句会直接找到标号，忽略了前面的代码。

如果把源代码改为如下，依然不能输出3:

int main(int argc, char **argv)
{
    int a = 2;       
    switch(a)       
    {    
        int b = 2;           
        case 1:  
            PRINT_D(b)  
            break;
        b = 3;
        case 2:
            PRINT_D(b)
            break;
        default: 
            PRINT_D(b) 
            break; 
    } 

    return 0;     
}

Q4： sizeof运算符里面跟着i++，为什么i没有自增？

#include <stdio.h>

#define PRINT_D(intValue)   printf(#intValue" is %d\n", (intValue));


int main(int argc, char **argv)
{
    int i = 1;
    PRINT_D(sizeof(i++))
    PRINT_D(i)

    return 0;     
}

A：原因在于sizeof在编译期间自动计算出来它的数值，对于i++, 编译器仅仅看到了它的类型，却没有计算它的数值。看看汇编：

0x00001ef0 <main+0>:	push   %ebp
0x00001ef1 <main+1>:	mov    %esp,%ebp
0x00001ef3 <main+3>:	push   %ebx
0x00001ef4 <main+4>:	push   %edi
0x00001ef5 <main+5>:	push   %esi
0x00001ef6 <main+6>:	sub    $0x2c,%esp
0x00001ef9 <main+9>:	mov    0xc(%ebp),%eax
0x00001efc <main+12>:	mov    0x8(%ebp),%ecx
0x00001eff <main+15>:	mov    $0x0,%edx
0x00001f04 <main+20>:	lea    0x1fa7,%esi
0x00001f0a <main+26>:	lea    0x1f94,%edi
0x00001f10 <main+32>:	mov    $0x4,%ebx
0x00001f15 <main+37>:	movl   $0x0,-0x10(%ebp)
0x00001f1c <main+44>:	mov    %ecx,-0x14(%ebp)
0x00001f1f <main+47>:	mov    %eax,-0x18(%ebp)
0x00001f22 <main+50>:	movl   $0x1,-0x1c(%ebp)
0x00001f29 <main+57>:	mov    %edi,(%esp)
0x00001f2c <main+60>:	movl   $0x4,0x4(%esp)
0x00001f34 <main+68>:	mov    %edx,-0x20(%ebp)
0x00001f37 <main+71>:	mov    %ebx,-0x24(%ebp)
0x00001f3a <main+74>:	mov    %esi,-0x28(%ebp)
0x00001f3d <main+77>:	call   0x1f6e <dyld_stub_printf>
0x00001f42 <main+82>:	mov    -0x1c(%ebp),%ecx
0x00001f45 <main+85>:	mov    -0x28(%ebp),%edx
0x00001f48 <main+88>:	mov    %edx,(%esp)
0x00001f4b <main+91>:	mov    %ecx,0x4(%esp)
0x00001f4f <main+95>:	mov    %eax,-0x2c(%ebp)
0x00001f52 <main+98>:	call   0x1f6e <dyld_stub_printf>
0x00001f57 <main+103>:	mov    -0x20(%ebp),%ecx
0x00001f5a <main+106>:	mov    %eax,-0x30(%ebp)
0x00001f5d <main+109>:	mov    %ecx,%eax
0x00001f5f <main+111>:	add    $0x2c,%esp
0x00001f62 <main+114>:	pop    %esi
0x00001f63 <main+115>:	pop    %edi
0x00001f64 <main+116>:	pop    %ebx
0x00001f65 <main+117>:	pop    %ebp
0x00001f66 <main+118>:	ret

注意main+60位置，它直接将sizeof(i++)得到的数值4放入堆栈，并没有对i自增。

Q5：为什么形如2["hello"]这样的表达式是什么意思？

#include <stdio.h>

#define PRINT_D(intValue)   printf(#intValue" is %d\n", (intValue));
#define PRINT_CH(charValue)   printf(#charValue" is %c\n", (charValue));

int main(int argc, char **argv)
{
    char ch = 2["hello"];
    PRINT_CH(ch)
    
    return 0;     
}

A： 2["hello"]等同于"hello"[2], 又等同于 char *str = "hello"; str[2] . 但是，为什么？

因为编译器对于数组访问根本就采用指针加减的计算方法，即2["hello"] == *(2 + "hello"), "hello"是个字符指针， *(2 + "hello") == *("hello" + 2), 所以结论也就出来了。

Q6：为什么一个整形数据用%f格式输出，结果改变了？

#include <stdio.h>

#define PRINT_D(intValue)   printf(#intValue" is %d\n", (intValue));
#define PRINT_F(floatValue)   printf(#floatValue" is %f\n", (floatValue));

int main()
{
    int d = 2;
    PRINT_F(d)
    
    return 0;
}

A：原因在于printf分析%f格式时是从对应地址取出sizeof(float)个字节数据然后当成float格式输出，所以，一般情况下，输出都是错误的。

对于float内部的格式，IEEE 754标准写的很清楚，如果出现类似的问题，可以使用如下结构来简单地验证：

// IEEE 754 single floating number's format(intel little-endian mode)
typedef union
{
    // float value
    float   f;
    
    // intel bits mode that stands for float value
    struct 
    {
        unsigned int dot     : 23;  // low bits
        unsigned int exp     : 8;   // middle bits
        unsigned int sign    : 1;   // highest bit
    }float_bit;
}float_value;

一个简单的测试代码：

#include <stdio.h>

#define PRINT_D(intValue)   printf(#intValue" is %d\n", (intValue));
#define PRINT_F(floatValue)   printf(#floatValue" is %f\n", (floatValue));

// IEEE 754 single floating number's format(intel little-endian mode)
typedef union
{
    // float value
    float   f;
    
    // intel bits mode that stands for float value
    struct 
    {
        unsigned int dot     : 23;  // low bits
        unsigned int exp     : 8;   // middle bits
        unsigned int sign    : 1;   // highest bit
    }float_bit;
}float_value;


int main(int argc, char **argv)
{
    float_value fv;
    fv.float_bit.sign = 1;
    fv.float_bit.exp = 128;
    fv.float_bit.dot = 0;
    
    PRINT_F(fv.f);
    
    return 0;     
}

输出：

fv.f is -2.000000

作者：陈曦

日期：2012-8-17 12:53:12

环境：[Mac 10.7.1 Lion Intel i3 支持64位指令 gcc4.2.1 xcode4.2]

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