[分享] Deep C (by Olve Maudal et al.) 心得
本文同步分享在：http://gnitnawtw.blogspot.fr/2016/03/deep-c-c.html
為了增進對C語言的認識，我這幾天看了些成大資工"2016年系統軟體課程"分享的資料
以下是我看Olve Maudal 的投影片：Deep C 的心得
(為了了解內容我有參考wiki跟jserv大的C語言講座)
本文只有提到C的部份，C++的部份會另外寫。
(有錯請不吝指正)
投影片連結：
http://slideshare.net/olvemaudal/deep-c
1. 指出以下程式碼的結果與缺失
int main()
{
int a = 42;
printf("%d\n", a);
}
- 需 #include <stdio.h> 以明確宣告printf函式
+ 若使用C++編譯器編譯會失敗，因為C++編譯器需要明確(explicit)宣告使用函式。
+ 一般的C編譯器在函式未宣告的情況下會自動新增implicit宣告函式。
- 當連結(link)到標準函式庫，編譯器會找到prinf這個函式
- main為int型態卻沒有回傳值(return 0)
+ C99或更新的版本，main的回傳值為執行的成功(0)與否
+ 但是ANSI C或K&R C，在這種情況下回傳值為未定義(undefined)
- 有可能是3(因為printf的回傳值為輸出的char數)
+ 標準C應該要用main(void) (void表示不需要額外參數)
+ 標準C表示程式碼必須以一個空行做結。
============================================================
2.C語言的變數宣告
- static變數和global(全域)變數(被宣告在main外面)被宣告時自動被預設為0，
非static變數(在{}之內時被自動設為auto)宣告時預設值為undefined，這是因為
+ "預設變數為0"這個動作是要額外消耗CPU的，而C語言是非常在乎程式效能的，
所以在不需要的情況下不會刻意去做這種消耗CPU的事。
+ static跟global變數是被存在Data(有初始值)或BSS(無初始值)內，這兩個區塊
中的變數都是在編譯期就會固定住變數的位址，所以被預設為0不會影響到執行
的效率。此兩種變數的生命期跟程式的執行期一樣長
+ 而auto變數是被儲存在stack裏面，其位址並沒有被固定住。此種變數的生命期
只限於宣告位置前後的{}。
- static變數的影響力只限宣告該變數的檔案，global變數的影響力括及其他的obj檔案。
- 但是在C++的情況下，static變數是被預設成"某個預設值"(naive的情況就是0)
- 使用malloc/calloc/realloc宣告的某pointer空間，其生命期截止於
free該pointer的時候
============================================================
3.預測以下程式碼的結果
#include <stdio.h>
void foo(void)
{
int a;
++a;
printf("%d\n", a);
}
int main(void)
{
foo();
foo();
foo();
}
- a預設值為undefined
- 但在除錯模式的情況下，執行期有可能代為執行memset使得預設值為0
- 依本程式來看，a宣告的時候有可能都出現在stack內同樣的address中，
所以本程式的執行結果可能會顯示出3個連續的數列
(ex: 1,2,3 or 0,1,2 or 22,23,24)，不過這視編譯最佳化的結果而定。
===================================================================
4.最佳化參數的影響
預測以下程式碼的結果並解釋原因
#include <stdio.h>
void foo(void)
{
int a;
printf("%d\n", a);
}
void bar(void)
{
int a=42;
}
int main(void)
{
bar();
foo();
}
- 沒最佳化的情況會是42
- 有最佳化的可能情況：
+ 省去bar()，反正沒影響
+ foo會變成main內的inline函式(反正沒其他函式會呼叫，這樣節省函式調用時間)
+ 所以結果可能會變成某個奇怪的數字(undefined)
- 平常儘可能用最佳化參數，以發現潛在的問題。
==============================================================
5.關於sequence point(順序點)：
順序點是副作用發生與否的分界點，在順序點左邊的表示已經發生，右邊的還未發生。
在兩個順序點之間變量只能改變一次，不然結果會是undefined。
ex: (i=i++; 在分號前i的值改變兩次，結果會是undefined)。
C/C++裡的順序點其實不多，大致如下：
- &&, ||, 或?(三元運算符)
ex: (*a++ != 0 && *b++ != 0)
-> 會先算出*a++ != 0，再算出*b++ != 0，然後比較&&
- 完整表達式(用;當然這有點廢話)
以逗號分開的變數初始化
- ex: int a[3] = {b++,c--,d(101)}; int x=a++, y=a++;
一定是從左到右(好像是從C++11開始？)
函式的進入點
ex: f(i++) + g(j++) + h(k++), 進入函式f/g/h的是增加過後的i/j/k，
不過f/g/h哪個函式先開始呼叫並不在規範內(unspecified behavior)。
- 涉及到I/O
ex: printf("Bug %n %d", &a, 11);
在printf %d前會先執行%n(類似fprintf出多少char)的動作(這裡有爭議)
==============================================================
6.關於sizeof
- 此為size_t變數，在32bit的機器上通常為unsigned int，
而在64bit的機器上通常為unsigned long
- 所以printf的時候有時會出問題，不能都用%u或%lu。
C99以後可以用%zu代表size_t的變數
==============================================================
7.關於word alignment(對齊)：變數大小對齊有助於改善效能
預測以下程式碼的結果並說明原因(假設為64bit機器)：
#include <stdio.h>
Struct X {int a; char b; int c;};
int main(void) {
printf("%zd\n", sizeof(int));
printf("%zd\n", sizeof(char));
printf("%zd\n", sizeof(struct X));
}
- 若有類似gcc中-fpack-struct的參數去收緊struct大小，
結果會是4,1,9(不做alignment)
- 有word alignment的情況下會是4,1,12
- 若是在struct X中多加一個char d;
+ 如果char d;在int c;後面，可能會變成4,1,16
+ 如果char d;在char b;後面，可能會維持4,1,12
+ 結論是看最佳化的演算法而定
- 若是在struct X中多加一個char* d;
+ 以alignment的結果而定，有可能會是4,1,20或4,1,24
- C/C++編譯器並不會以紀錄struct內變數成員的方法去做最佳化
(這點老實說我搞不清楚)
============================================================
8.C語言的精神：
- 相信coder的能力
- 語言本身儘可能設計得簡單扼要
- 只允許單一方法完成一個動作
- 執行起來愈快愈好，就算要讓程式本身大一點
- 維護起來簡單
- 不會阻止coder去做必須要做的事(因為相信coder)
============================================================
C++的部份等我搞懂再寫(我C++算很不熟了....)
--
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 86.200.224.29
※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/C_and_CPP/M.1459283703.A.6C9.html
→
03/30 07:25, , 1F
03/30 07:25, 1F
→
03/30 12:10, , 2F
03/30 12:10, 2F
→
03/30 12:36, , 3F
03/30 12:36, 3F
感謝更正
因為我也是邊看邊查資料邊寫note，難免有缺漏之處，請多包涵！
※ 編輯: wtchen (86.200.224.29), 03/30/2016 15:45:39
推
03/30 17:59, , 4F
03/30 17:59, 4F
推
03/30 19:19, , 5F
03/30 19:19, 5F
推
03/30 19:21, , 6F
03/30 19:21, 6F
如果有人知道哪邊有這方面較好的文章請告訴我，
slides本身並沒提到這麼多，有些我是根據wiki跟jserv的C語言講座歸納出來的
推
03/30 19:23, , 7F
03/30 19:23, 7F
→
03/30 19:24, , 8F
03/30 19:24, 8F
感謝指正(昨天邊頭痛邊寫大概腦子壞掉了，心裡想的跟打出來的不一樣)
→
03/30 19:24, , 9F
03/30 19:24, 9F
這邊我昨天看wiki(slide本身沒這段)的時候也半信半疑，後來寫了個code驗證：
wiki上是寫：
After the action associated with input/output conversion format specifier.
For example, in the expression printf("foo %n %d", &a, 42),
there is a sequence point after the %n is evaluated before printing 42.
看起來是說，在印出42之前，會先做%n把a的值更新。
以下是我的測試碼：
#include <stdio.h>
int main(void) {
unsigned int a=0;
printf("T1 %n %u\n", &a, a);
printf("a=%d\n", a);
printf("Tes2 %n %u\n", &a, a);
printf("a=%d\n", a);
printf("Test3 %u %n\n", a, &a);
printf("a=%u\n", a);
return 0;
}
印出結果：
T1 0
a=3
Tes2 3
a=5
Test3 5
a=8
看起來是，不論%n在前面還是在後面，printf都先顯示a原來的值，
後來才執行%n改變a，這好像跟wiki說的不同？
※ 編輯: wtchen (86.200.224.29), 03/30/2016 22:56:41
推
03/31 01:39, , 10F
03/31 01:39, 10F
→
03/31 01:40, , 11F
03/31 01:40, 11F
→
03/31 01:40, , 12F
03/31 01:40, 12F
推
03/31 01:47, , 13F
03/31 01:47, 13F
→
03/31 01:51, , 14F
03/31 01:51, 14F
→
03/31 01:51, , 15F
03/31 01:51, 15F
Slide 原文是
Keep the language small and simple
Maintain conceptual simplicity
(會錯意的話請指正，畢竟在下不是專家)
※ 編輯: wtchen (86.200.224.29), 03/31/2016 01:57:53
推
03/31 09:51, , 16F
03/31 09:51, 16F
→
03/31 09:52, , 17F
03/31 09:52, 17F
這篇剛剛看完，我的理解是worse-is-better是為了能讓
source code能更容易被不同系統使用(更容易推廣)而做出的妥協。
如果是hardware相關的可以理解，但是若是純演算的情況下....
→
03/31 11:43, , 18F
03/31 11:43, 18F
※ 編輯: wtchen (86.200.224.29), 03/31/2016 17:31:56