[重要] 發文前務必閱讀：常見問題十三誡
C 語言新手十三誡(The Thirteen Commandments for Newbie C Programmers)
by Khoguan Phuann
請注意：
(1) 本篇旨在提醒新手，避免初學常犯的錯誤（其實老手也常犯:-Q)。
但不能取代完整的學習，請自己好好研讀一兩本 C 語言的好書，
並多多實作練習。
(2) 強烈建議新手先看過此文再發問，你的問題極可能此文已經提出並解答了。
(3) 以下所舉的錯誤例子如果在你的電腦上印出和正確例子相同的結果，
那只是不足為恃的一時僥倖。
(4) 不守十三誡者，輕則執行結果的輸出數據錯誤，或是程式當掉，重則
引爆核彈、毀滅地球（如果你的 C 程式是用來控制核彈發射器的話）。
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目錄： 2
01. 不可以使用尚未給予適當初值的變數 3
02. 不能存取超過陣列既定範圍的空間 4
03. 不可以提取不知指向何方的指標 5
04. 不要試圖用 char* 去更改一個"字串常數" 8
05. 不能在函式中回傳一個指向區域性自動變數的指標 10
06. 不可以只做 malloc(), 而不做相應的 free() 13
07. 在數值運算、賦值或比較中不可以隨意混用不同型別的數值 14
08. 在一個運算式中，不能對一個基本型態的變數修改其值超過一次以上 16
09. 在 Macro 定義中, 務必為它的參數個別加上括號 19
10. 不可以在 stack 設置過大的變數 21
11. 使用浮點數精確度造成的誤差問題 22
12. 不要猜想二維陣列可以用 pointer to pointer 來傳遞 23
13. 函式內 new 出來的空間記得要讓主程式的指標接住 27
直接輸入數字可跳至該頁碼
01. 你不可以使用尚未給予適當初值的變數
錯誤例子：
int accumulate(int max) /* 從 1 累加到 max，傳回結果 */
{
int sum; /* 未給予初值的區域變數，其內容值是垃圾 */
int num;
for (num = 1; num <= max; num++) { sum += num; }
return sum;
}
正確例子：
int accumulate(int max)
{
int sum = 0; /* 正確的賦予適當的初值 */
int num;
for (num = 1; num <= max; num++) { sum += num; }
return sum;
}
02. 你不可以存取超過陣列既定範圍的空間
錯誤例子：
int str[5];
int i;
for (i = 0 ; i <= 5 ; i++) str[i] = i;
正確例子：
int str[5];
int i;
for (i = 0; i < 5; i++) str[i] = i;
說明：宣告陣列時，所給的陣列元素個數值如果是 N, 那麼我們在後面
透過 [索引值] 存取其元素時，所能使用的索引值範圍是從 0 到 N-1
C/C++ 為了執行效率，並不會自動檢查陣列索引值是否超過陣列邊界，
我們要自己來確保不會越界。一旦越界，操作的不再是合法的空間，
將導致無法預期的後果。
03. 你不可以提取(dereference)不知指向何方的指標（包含 null 指標）。
錯誤例子：
char *pc1; /* 未給予初值，不知指向何方 */
char *pc2 = NULL; /* pc2 起始化為 null pointer */
*pc1 = 'a'; /* 將 'a' 寫到不知何方，錯誤 */
*pc2 = 'b'; /* 將 'b' 寫到「位址0」，錯誤 */
正確例子：
char c; /* c 的內容尚未起始化 */
char *pc1 = &c; /* pc1 指向字元變數 c */
*pc1 = 'a'; /* c 的內容變為 'a' */
/* 動態分配 10 個 char(其值未定),並將第一個char的位址賦值給 pc2 */
char *pc2 = (char *) malloc(10);
pc2[0] = 'b'; /* 動態配置來的第 0 個字元，內容變為 'b'
free(pc2);
說明：指標變數必需先指向某個可以合法操作的空間，才能進行操作。
( 使用者記得要檢查 malloc 回傳是否為 NULL，
礙於篇幅本文假定使用上皆合法，也有正確歸還記憶體 )
錯誤例子：
char *name; /* name 尚未指向有效的空間 */
printf("Your name, please: ");
fgets(name,20,stdin); /* 您確定要寫入的那塊空間合法嗎??? */
printf("Hello, %s\n", name);
正確例子：
/* 如果編譯期就能決定字串的最大空間，那就不要宣告成 char* 改用 char[] */
char name[21]; /* 可讀入字串最長 20 個字元，保留一格空間放 '\0' */
printf("Your name, please: ");
fgets(name,20,stdin);
printf("Hello, %s\n", name);
正確例子(2)：
/* 若是在執行時期才能決定字串的最大空間，則需利用 malloc() 函式來動態
分配空間 */
size_t length;
char *name;
printf("請輸入字串的最大長度(含null字元): ");
scanf("%u", &length);
name = (char *)malloc(length);
printf("Your name, please: ");
scanf("%s", name);
printf("Hello, %s\n", name);
/* 最後記得 free() 掉 malloc() 所分配的空間 */
free(name);
name = NULL;
04. 你不可以試圖用 char* 去更改一個"字串常數"
錯誤例子：
char* pc = "john"; /* pc 現在指著一個字串常數 */
*pc = 'J'; /* 但是 pc 沒有權利去更改這個常數! */
正確例子：
char pc[] = "john"; /* pc 現在是個合法的陣列，裡面住著字串 john */
/* 也就是 pc[0]='j', pc[1]='o', pc[2]='h',
pc[3]='n', pc[4]='\0' */
*pc = 'J';
pc[2] = 'H';
說明：字串常數的內容是"唯讀"的。您有使用權，但是沒有更改的權利。
若您希望使用可以更改的字串，那您應該將其放在合法空間
錯誤例子：
char *s1 = "Hello, ";
char *s2 = "world!";
/* strcat() 不會另行配置空間，只會將資料附加到 s1 所指唯讀字串的後面，
造成寫入到程式無權碰觸的記憶體空間 */
strcat(s1, s2);
正確例子(2)：
/* s1 宣告成陣列，並保留足夠空間存放後續要附加的內容 */
char s1[20] = "Hello, ";
char *s2 = "world!";
/* 因為 strcat() 的返回值等於第一個參數值，所以 s3 就不需要了 */
strcat(s1, s2);
05. 你不可以在函式中回傳一個指向區域性自動變數的指標。否則，會得到垃圾值
[感謝 gocpp 網友提供程式例子]
錯誤例子：
char *getstr(char *name)
{
char buf[30] = "hello, "; /*將字串常數"hello, "的內容複製到buf陣列*/
strcat(buf, name);
return buf;
}
說明：區域性自動變數，將會在離開該區域時(本例中就是從getstr函式返回時)
被消滅，因此呼叫端得到的指標所指的字串內容就失效了。
正確例子：
void getstr(char buf[], int buflen, char const *name)
{
char const s[] = "hello, ";
strcpy(buf, s);
strcat(buf, name);
}
正確例子：
int* foo()
{
int* pInteger = (int*) malloc( 10*sizeof(int) );
return pInteger;
}
int main()
{
int* pFromfoo = foo();
}
說明：上例雖然回傳了函式中的指標，但由於指標內容所指的位址並非區域變數，
而是用動態的方式抓取而得，換句話說這塊空間是長在 heap 而非 stack，
又因 heap 空間並不會自動回收，因此這塊空間在離開函式後，依然有效
(但是這個例子可能會因為 programmer 的疏忽，忘記 free 而造成
memory leak)
[針對字串操作，C++提供了更方便安全更直觀的 string class, 能用就盡量用]
正確例子:
#include <string> /* 並非 #include <cstring> */
using std::string;
string getstr(string const &name)
{
return string("hello, ") += name;
}
06. 你不可以只做 malloc(), 而不做相應的 free(). 否則會造成記憶體漏失
但若不是用 malloc() 所得到的記憶體，則不可以 free()。已經 free()了
所指記憶體的指標，在它指向另一塊有效的動態分配得來的空間之前，不可
以再被 free()，也不可以提取(dereference)這個指標。
[C++] 你不可以只做 new, 而不做相應的 delete
注：new 與 delete 對應，new[] 與 delete[] 對應，不可混用
切記，做了幾次 new，就必須做幾次 delete
小技巧: 可在 delete 之後將指標指到 NULL，由於 delete 本身會先做檢查，
因此可以避免掉多次 delete 的錯誤
正確例子:
int *ptr = new int(99);
delete ptr;
ptr = NULL;
delete ptr; /* delete 只會處理指向非 NULL 的指標 */
07. 你不可以在數值運算、賦值或比較中隨意混用不同型別的數值，而不謹慎考
慮數值型別轉換可能帶來的「意外驚喜」（錯愕）。必須隨時注意數值運算
的結果，其範圍是否會超出變數的型別
錯誤例子：
unsigned int sum = 2000000000 + 2000000000; /* 超出 int 存放範圍 */
unsigned int sum = (unsigned int) (2000000000 + 2000000000);
double f = 10 / 3;
正確例子：
/* 全部都用 unsigned int, 注意數字後面的 u, 大寫 U 也成 */
unsigned int sum = 2000000000u + 2000000000u;
/* 或是用顯式的轉型 */
unsigned int sum = (unsigned int) 2000000000 + 2000000000;
double f = 10.0 / 3.0;
錯誤例子:
unsigned int a = 0;
int b[10];
for(int i = 9 ; i >= a ; i--) { b[i] = 0; }
說明：由於 int 與 unsigned 共同運算的時候，會轉換 int 為 unsigned，
因此迴圈條件永遠滿足，與預期行為不符
錯誤例子： （感謝 sekya 網友提供）
unsigned char a = 0x80; /* no problem */
char b = 0x80; /* implementation-defined result */
if( b == 0x80 ) { /* 不一定恒真 */
printf( "b ok\n" );
}
說明：語言並未規定 char 天生為 unsigned 或 signed，因此將 0x80 放入
char 型態的變數，將會視各家編譯器不同作法而有不同結果
08. 你不可以在一個運算式(expression)中，對一個基本型態的變數修改其值
超過一次以上。否則，將導致未定義的行為(undefined behavior)
錯誤例子：
int i = 7;
int j = ++i + i++;
正確例子：
int i = 7;
int j = ++i;
j += i++;
你也不可以在一個運算式(expression)中，對一個基本型態的變數修改其值，
而且還在同一個式子的其他地方為了其他目的而存取該變數的值。（其他目的，
是指不是為了計算這個變數的新值的目的）。否則，將導致未定義的行為。
錯誤例子:
x = x++;
錯誤例子：
int arr[5];
int i = 0;
arr[i] = i++;
正確例子：
int arr[5];
int i = 0;
arr[i] = i;
i++;
錯誤例子：
int i = 10;
cout << i << "==" << i++;
正確例子：
int i = 10;
cout << i << "==";
cout << i++;
錯誤例子:
int Integer=10;
printf( "%d %d %d", Integer++, Integer++, Integer++ );
錯誤例子:
void foo(int a, int b) { ... }
int main() {
int i=0;
foo(i++, i++);
}
說明: C/C++ 並沒有強制規定參數會由哪個方向開始處理(不像Java是由左到右)，
因此可能會造成與預期不符的情況
09. 在 Macro 定義中, 務必為它的參數個別加上括號
錯誤例子：
#include <stdio.h>
#define SQUARE(x) (x * x)
int main()
{
printf("%d\n", SQUARE(10-5));
return 0;
}
正確例子：
#include <stdio.h>
#define SQUARE(x) ((x) * (x))
int main()
{
printf("%d\n", SQUARE(10-5));
return 0;
}
說明：如果是用 C++, 請多多利用 inline function 來取代上述的 macro,
以免除 macro 定義的種種危險性。如：
inline int square(int x) { return x * x; }
macro 定義出的「偽函式」至少缺乏下列數項函式本有的能力：
(1) 無法進行參數型別的檢查。
(2) 無法遞迴呼叫。
(3) 無法用 & 加在 macro name 之前，取得函式位址。
(4) 呼叫時往往不能使用具有 side effect 的引數。例如：
錯誤例子： （感謝 yaca 網友提供）
#define MACRO(x) (((x) * (x)) - ((x) * (x)))
int main()
{
int x = 3;
printf("%d\n", MACRO(++x));
return 0;
}
10. 不可在 stack 設置過大的變數，否則會造成 stack overflow
(感謝 VictorTom 版友幫忙)
錯誤例子：
int array[10000000]; // 僅舉例說明
說明：由於編譯器會自行決定 stack 的上限，某些預設是數 KB 或數十 KB，
當變數所需的空間過大時，很容易造成 stack overflow，程式亦隨之
當掉，若真正需要如此大的空間，那麼建議配置在 heap 上，或是採用
static / global variable，亦或是改變編譯器的設定
使用 heap 時，雖然整個 process 可用的空間是有限的，但採用動態抓取
的方式，new 無法配置時會丟出 std::bad_alloc 例外，malloc 無法配置
時會回傳 null，不會影響到正常使用下的程式功能
正確例子：
int *array = (int*) malloc( 10000000*sizeof(int) );
說明：由於此時 stack 上只需配置一個 int* 的空間，可避免 stack overflow
更多說明請參考精華區 z-10-13
11. 使用浮點數千萬要注意精確度所造成的誤差問題
根據 IEEE 754 的規範，又電腦中是用有限的二進位儲存數字，因此常有可
能因為精確度而造成誤差，例如加減乘除，等號大小判斷，分配律等數學上
常用到的操作，很有可能因此而出錯(不成立)
更詳細的說明可以參考精華區 z-8-11
或參考冼鏡光老師所發表的一文 "使用浮點數最最基本的觀念"
http://blog.dcview.com/article.php?a=VmhQNVY%2BCzo%3D
12. 不要猜想二維陣列可以用 pointer to pointer 來傳遞
(感謝 loveme00835 legnaleurc 版友的幫忙)
首先必須有個觀念，C 語言中陣列是無法直接拿來傳遞的!
不過這時候會有人跳出來反駁:
void pass1DArray( int array[] );
int a[10];
pass1DArray( a ); /* 可以合法編譯，而且執行結果正確!! */
事實上，編譯器會這麼看待
void pass1DArray( int *array );
int a[10];
pass1DArray( &a[0] );
我們可以順便看出來，array 變數本身可以 decay 成記憶體起頭的位置
因此我們可以 int *p = a; 這種方式，拿指標去接陣列。
也因為上述的例子，許多人以為那二維陣列是不是也可以改成 int **
錯誤例子:
void pass2DArray( int **array );
int a[5][10];
pass2DArray( a );
/* 這時候編譯器就會報錯啦 */
/* expected ‘int **’ but argument is of type ‘int (*)[10]’*/
在一維陣列中，指標的移動操作，會剛好覆蓋到陣列的範圍
例如，宣告了一個 a[10]，那我可以把 a 當成指標來操作 *a 至 *(a+9)
因此我們可以得到一個概念，在操作的時候，可以 decay 成指標來使用
也就是我可以把一個陣列當成一個指標來使用 (again, 陣列!=指標)
但是多維陣列中，無法如此使用，事實上這也很直觀，試圖拿一個
pointer to pointer to int 來操作一個 int 二維陣列，這是不合理的！
儘管我們無法將二維陣列直接 decay 成兩個指標，但是我們可以換個角度想，
二維陣列可以看成 "外層大的一維陣列，每一維內層各又包含著一維陣列"
如果想通了這一點，我們可以仿造之前的規則，
把外層大的一維陣列 decay 成指標，該指標指向內層的一維陣列
void pass2DArray( int (*array) [10] ); // array 是個指標，指向 int [10]
int a[5][10];
pass2DArray( a );
這時候就很好理解了，函數 pass2DArray 內的 array[0] 會代表什麼呢？
答案是它代表著 a[0] 外層的那一維陣列，裡面包含著內層 [0]~[9]
也因此 array[0][2] 就會對應到 a[0][2]，array[4][9] 對應到 a[4][9]
結論就是，只有最外層的那一維陣列可以 decay 成指標，其他維陣列都要
明確的指出陣列大小，這樣多維陣列的傳遞就不會有問題了
也因為剛剛的例子，我們可以清楚的知道在傳遞陣列時，實際行為是在傳遞
指標，也因此如果我們想用 sizeof 來求得陣列元素個數，那是不可行的
錯誤例子:
void print1DArraySize( int* arr ) {
printf("%u", sizeof(arr)/sizeof(arr[0])); /* sizeof(arr) 只是 */
} /* 一個指標的大小 */
受此限制，我們必須手動傳入大小
void print1DArraySize( int* arr, size_t arrSize );
C++ 提供 reference 的機制，使得我們不需再這麼麻煩，
可以直接傳遞陣列的 reference 給函數，大小也可以直接求出
正確例子:
void print1DArraySize( int (&array)[10] ) { // 傳遞 reference
cout << sizeof(array) / sizeof(int); // 正確取得陣列元素個數
}
13. 函式內 new 出來的空間記得要讓主程式的指標接住
對指標不熟悉的使用者會以為以下的程式碼是符合預期的
void newArray(int* local, int size) {
local = (int*) malloc( size * sizeof(int) );
}
int main() {
int* ptr;
newArray(ptr, 10);
}
接著就會找了很久的 bug，最後仍然搞不懂為什麼 ptr 沒有指向剛剛拿到的合法空間
讓我們再回顧一次，並且用圖表示
______________
1. int* ptr; ptr -> |__未知的空間__|
______________
2. 呼叫函式 newArray ptr -> |__未知的空間__| <- local
______________
3. malloc 取得合法空間 ptr -> |__未知的空間__|
______________
|___合法空間___| <- local
______________
4. 離開函式 ptr -> |__未知的空間__|
用圖看應該一切就都明白了，我也不需冗言解釋
也許有人會想問，指標不是傳址嗎？
精確來講，指標也是傳值，只不過該值是一個位址 (ex: 0xfefefefe)
local 接到了 ptr 指向的那個位置，接著函式內 local 要到了新的位置
但是 ptr 指向的位置還是沒變的，因此離開函式後就好像事什麼都沒發生
( 嚴格說起來還發生了 memory leak )
以下是一種解決辦法
int* createNewArray(int size) {
return (int*) malloc( size * sizeof(int) );
}
int main() {
int* ptr;
ptr = createNewArray(10);
}
改成這樣亦可 ( 為何用 int** 就可以？想想他會傳什麼過去給local )
void createNewArray(int** local, int size) {
*local = (int*) malloc( size * sizeof(int) );
}
int main() {
int *ptr;
createNewArray(&ptr, 10);
}
如果是 C++，別忘了可以善用 Reference
void newArray(int*& local, int size) {
local = new int[size];
}
後記：從「古時候」流傳下來一篇文章
"The Ten Commandments for C Programmers"(Annotated Edition)
by Henry Spencer
http://www.lysator.liu.se/c/ten-commandments.html
一方面它不是針對 C 的初學者，一方面它特意模仿中古英文
聖經的用語，寫得文謅謅。所以我現在另外寫了這篇，希望
能涵蓋最重要的觀念以及初學甚至老手最易犯的錯誤。
作者：潘科元(Khoguan Phuann) (c)2005. 感謝 ptt.cc BBS 的 C_and_CPP
看板眾多網友提供寶貴意見及程式實例。
nowar100 多次加以修改整理，擴充至 13 項，並且製作成動畫版。
wtchen 應板友要求移除動畫
如發現 Bug 請推文回報，謝謝您
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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc)
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09/22 11:13,
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09/28 20:33,
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※ 編輯: nowar100 來自: 140.112.30.82 (10/08 13:53)
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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 90.41.60.207
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※ 編輯: wtchen (90.41.60.207), 04/15/2016 15:56:27
※ 編輯: wtchen (90.41.60.207), 04/15/2016 15:57:03
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感謝 red0210 代為嵌入頁數
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※ 編輯: wtchen (90.41.60.207), 04/18/2016 00:19:41
※ 編輯: wtchen (90.41.60.207), 04/19/2016 00:29:59
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※ 編輯: wtchen (90.41.32.22), 04/21/2016 22:50:04
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※ 編輯: wtchen (86.209.153.222), 05/13/2016 20:19:48