好，接着深入理解C/C++之旅。我在翻译第一篇的时候，自己是学到不不少东西，因此打算将这整个ppt翻译完毕。
请看下面的代码片段：
- #include <stdio.h>
- void foo(void)
- {
- int a;
- printf("%d ", a);
- }
- void bar(void)
- {
- int a = 42;
- }
- int main(void)
- {
- bar();
- foo();
- }
#include <stdio.h>
void foo(void)
{
int a;
printf("%d
", a);
}
void bar(void)
{
int a = 42;
}
int main(void)
{
bar();
foo();
}
编译运行，期待输出什么呢？
- $ cc foo.c && ./a.out
- 42
$ cc foo.c && ./a.out 42
你可以解释一下，为什么这样吗？
第一个候选者：嗯？也许编译器为了重用有一个变量名称池。比如说，在bar函数中，使用并且释放了变量a，当foo函数需要一个整型变量a的时候，它将得到和bar函数中的a的同一内存区域。如果你在bar函数中重新命名变量a，我不觉得你会得到42的输出。
你：恩。确定。。。
第二个候选者：不错，我喜欢。你是不是希望我解释一下关于执行堆栈或是活动帧(activation frames, 操作代码在内存中的存放形式，譬如在某些系统上，一个函数在内存中以这种形式存在：
ESP
形式参数
局部变量
EIP
)？
你：我想你已经证明了你理解这个问题的关键所在。但是，如果我们编译的时候，采用优化参数，或是使用别的编译器来编译，你觉得会发生什么？
候选者：如果编译优化措施参与进来，很多事情可能会发生，比如说，bar函数可能会被忽略，因为它没有产生任何作用。同时，如果foo函数会被inline，这样就没有函数调用了，那我也不感到奇怪。但是由于foo函数必须对编译器可见，所以foo函数的目标文件会被创建，以便其他的目标文件链接阶段需要链接foo函数。总之，如果我使用编译优化的话，应该会得到其他不同的值。
- $ cc -O foo.c && ./a.out
- 1606415608
$ cc -O foo.c && ./a.out 1606415608
候选者：垃圾值。
那么，请问，这段代码会输出什么？
- #include <stdio.h>
- void foo(void)
- {
- int a = 41;
- a= a++;
- printf("%d ", a);
- }
- int main(void)
- {
- foo();
- }
#include <stdio.h>
void foo(void)
{
int a = 41;
a= a++;
printf("%d
", a);
}
int main(void)
{
foo();
}
第一个候选者：我没这样写过代码。
你：不错，好习惯。
候选者：但是我猜测答案是42.
你：为什么？
候选者：因为没有别的可能了。
你：确实，在我的机器上运行，确实得到了42.
候选者：对吧，嘿嘿。
你：但是这段代码，事实上属于未定义。
候选者：对，我告诉过你，我没这样写过代码。
第二个候选者登场：a会得到一个未定义的值。
你：我没有得到任何的警告信息，并且我得到了42.
候选者：那么你需要提高你的警告级别。在经过赋值和自增以后，a的值确实未定义，因为你违反了C/C++语言的根本原则中的一条，这条规则主要针对执行顺序(sequencing)的。C/C++规定，在一个序列操作中，对每一个变量，你仅仅可以更新一次。这里，a = a++；更新了两次，这样操作会导致a是一个未定义的值。
你：你的意思是，我会得到一个任意值？但是我确实得到了42.
候选者：确实，a可以是42，41,43,0,1099，或是任意值。你的机器得到42，我一点都不感到奇怪，这里还可以得到什么？或是编译前选择42作为一个未定义的值：）呵呵：）
那么，下面这段代码呢？
- #include <stdio.h>
- int b(void)
- {
- puts("3");
- return 3;
- }
- int c(void)
- {
- puts("4");
- return 4;
- }
- int main(void)
- {
- int a = b() + c();
- printf("%d ", a);
- }
#include <stdio.h>
int b(void)
{
puts("3");
return 3;
}
int c(void)
{
puts("4");
return 4;
}
int main(void)
{
int a = b() + c();
printf("%d
", a);
}
第一个候选者：简单，会依次打印3,4,7.
你：确实。但是也有可能是4,3,7.
候选者：啊？运算次序也是未定义？
你：准确的说，这不是未定义，而是未指定。
候选者：不管怎样，讨厌的编译器。我觉得他应该给我们警告信息。
你心里默念：警告什么？
第二个候选者：在C/C++中，运算次序是未指定的，对于具体的平台，由于优化的需要，编译器可以决定运算顺序，这又和执行顺序有关。
这段代码是符合C标准的。这段代码或是输出3,4,7或是输出4,3,7，这个取决于编译器。
你心里默念：要是我的大部分同事都像你这样理解他们所使用的语言，生活会多么美好：）
这个时候，我们会觉得第二个候选者对于C语言的理解，明显深刻于第一个候选者。如果你回答以上问题，你停留在什么阶段？：）
那么，试着看看第二个候选者的潜能？看看他到底有多了解C/C++
可以考察一下相关的知识：
声明和定义；
调用约定和活动帧；
序点；
内存模型；
优化；
不同C标准之间的区别；
这里，我们先分享序点以及不同C标准之间的区别相关的知识。
考虑以下这段代码，将会得到什么输出？
- 1.
- int a = 41;
- a++;
- printf("%d ", a);
- 答案：42
- 2.
- int a = 41;
- a++ & printf("%d ", a);
- 答案：未定义
- 3.
- int a = 41;
- a++ && printf("%d ", a);
- 答案：42
- 4. int a = 41;
- if (a++ < 42) printf("%d ",a);
- 答案：42
- 5.
- int a = 41;
- a = a++;
- printf("%d ", a);
- 答案：未定义
1.
int a = 41;
a++;
printf("%d
", a);
答案：42
2.
int a = 41;
a++ & printf("%d
", a);
答案：未定义
3.
int a = 41;
a++ && printf("%d
", a);
答案：42
4. int a = 41;
if (a++ < 42) printf("%d
",a);
答案：42
5.
int a = 41;
a = a++;
printf("%d
", a);
答案：未定义
到底什么时候，C/C++语言会有副作用？
序点：
什么是序点？
简而言之，序点就是这么一个位置，在它之前所有的副作用已经发生，在它之后的所有副作用仍未开始，而两个序点之间所有的表达式或者代码执行的顺序是未定义的！
序点规则1：
在前一个序点和后一个序点之前，也就是两个序点之间，一个值最多只能被写一次；
这里，在两个序点之间，a被写了两次，因此，这种行为属于未定义。
序点规则2：
进一步说，先前的值应该是只读的，以便决定要存储什么值。
很多开发者会觉得C语言有很多序点，事实上，C语言的序点非常少。这会给编译器更大的优化空间。
接下来看看，各种C标准之间的差别：
现在让我们回到开始那两位候选者。
下面这段代码，会输出什么？
- #include <stdio.h>
- struct X
- {
- int a;
- char b;
- int c;
- };
- int main(void)
- {
- printf("%d ", sizeof(int));
- printf("%d ", sizeof(char));
- printf("%d ", sizeof(struct X));
- }
#include <stdio.h>
struct X
{
int a;
char b;
int c;
};
int main(void)
{
printf("%d
", sizeof(int));
printf("%d
", sizeof(char));
printf("%d
", sizeof(struct X));
}
第一个候选者：它将打印出4,1,12.
你：确实，在我的机器上得到了这个结果。
候选者：当然。因为sizeof返回字节数，在32位机器上，C语言的int类型是32位，或是4个字节。char类型是一个字节长度。在struct中，本例会以4字节来对齐。
你：好。
你心里默念：do you want another ice cream?（不知道有什么特别情绪）
第二个候选者：恩。首先，先完善一下代码。sizeof的返回值类型是site_t，并不总是与int类型一样。因此，printf中的输出格式%d，不是一个很好的说明符。
你：好。那么，应该使用什么格式说明符？
候选者：这有点复杂。site_t是一个无符号整型数，在32位机器上，它通常是一个无符号的int类型的数，但是在64位机器上，它通常是一个无符号的long类型的数。然而，在C99中，针对site_t类型，指定了一个新的说明符，所以，%zu会是一个不多的选择。
你：好。那我们先完善这个说明符的bug。你接着回答这个问题吧。
- #include <stdio.h>
- struct X
- {
- int a;
- char b;
- int c;
- };
- int main(void)
- {
- printf("%zu ", sizeof(int));
- printf("%zu ", sizeof(char));
- printf("%zu ", sizeof(struct X));
- }
#include <stdio.h>
struct X
{
int a;
char b;
int c;
};
int main(void)
{
printf("%zu
", sizeof(int));
printf("%zu
", sizeof(char));
printf("%zu
", sizeof(struct X));
}
候选者：这取决与平台，以及编译时的选项。唯一可以确定的是，sizeof(char)是1.你要假设在64位机器上运行吗？
你：是的。我有一台64位的机器，运行在32位兼容模式下。
候选者：那么由于字节对齐的原因，我觉得答案应该是4,1,12.当然，这也取决于你的编译选项参数，它可能是4,1,9.如果你在使用gcc编译的时候，加上-fpack-struct,来明确要求编译器压缩struct的话。
你：在我的机器上确实得到了4,1,12。为什么是12呢？
候选者：工作在字节不对齐的情况下，代价非常昂贵。因此编译器会优化数据的存放，使得每一个数据域都以字边界开始存放。struct的存放也会考虑字节对齐的情况。
你：为什么工作在字节不对齐的情况下，代价会很昂贵？
候选者：大多数处理器的指令集都在从内存到cpu拷贝一个字长的数据方面做了优化。如果你需要改变一个横跨字边界的值，你需要读取两个字，屏蔽掉其他值，然后改变再写回。可能慢了10不止。记住，C语言很注意运行速度。
你：如果我得struct上加一个char d，会怎么样？
候选者：如果你把char d加在struct的后面，我预计sizeof(struct X)会是16.因为，如果你得到一个长度为13字节的结构体，貌似不是一个很有效的长度。但是，如果你把char d加在char b的后面，那么12会是一个更为合理的答案。
你：为什么编译器不重排结构体中的数据顺序，以便更好的优化内存使用和运行速度?
候选者：确实有一些语言这样做了，但是C/C++没有这样做。
你：如果我在结构体的后面加上char *d，会怎么样？
候选者：你刚才说你的运行时环境是64位，因此一个指针的长度的8个字节。也许struct的长度是20？但是另一种可能是，64位的指针需要在在效率上对齐，因此，代码可能会输出4,1,24？
你：不错。我不关心在我的机器上会得到什么结果，但是我喜欢你的观点以及洞察力J
(未完待续)