第1章 C语言
本章主要描述C语言一些基本要素。当你开始编写C程序时,你可能对C语言的一些基本问题感到困惑,如C语言所使用的约定、关键字和术语等。本章将回答这方面你经常会遇到的一些问题。 例如,switch语句是最常用的一种C语言构件,本章将回答与它有关的三个常见问题。本章还涉及其它几个问题,如循环、分支、运算符的优先级和程序块技术。在阅读本章时,请注意有关switch语句和运算符优先级的一些问题,这些问题常常会使C语言的初学者感到迷惑。
1.1 什么是局部程序块(local block)? 局部程序块是指一对大括号({})之间的一段C语言程序。一个C函数包含一对大括号,这对大括号之间的所有内容都包含在一个局部程序块中。if语句和swich语句也可以包含一对大括号,每对大括号之间的代码也属于一个局部程序块。此外,你完全可以创建你自己的局部程序块,而不使用C函数或基本的C语句。你可以在局部程序块中说明一些变量,这种变量被称为局部变量,它们只能在局部程序块的开始部分说明,并且只在说明它的局部程序块中有效。如果局部变量与局部程序块以外的变量重名,则前者优先于后者。下面是一个使用局部程序块的例子:
#include <stdio.h> void main(void); void main() { / * Begin local block for function main() * / int test_ var = 10; printf("Test variable before the if statement: %d\n", test_var); if (test_var>5) { / * Begin local block for "if" statement * / int test_ var = 5; printf("Test variable within the if statement: %d\n", test_var); { / * Begin independent local block (not tied to any function or keyword) * / int test_var = 0; printf ( "Test variable within the independent local block: %d\n", test_var) } / * End independent local block * / printf ("Test variable after the if statement: %d\n", test_var); } /*End local block for function main () * /
上例产生如下输出结果:
Test variable before the if statement: 10 Test variable within the if statement: 5 Test variable within the independent local block:0 Test variable after the if statement: 10
注意,在这个例子中,每次test_var被定义时,它都要优先于前面所定义的test_var变量。此外还要注意,当if语句的局部程序块结束时,程序重新进入最初定义的test_var变量的作用范围,此时test_var的值为10。 请参见:
1.2可以把变量保存在局部程序块中吗? 1.2 可以把变量保存在局部程序块中吗? 用局部程序块来保存变量是不常见的,你应该尽量避免这样做,但也有极少数的例外。例如,为了调试程序,你可能要说明一个全局变量的局部实例,以便在相应的函数体内部进行测试。为了使程序的某一部分变得更易读,你也可能要使用局部程序块,例如,在接近变量被使用的地方说明一个变量有时就会使程序变得更易读。然而,编写得较好的程序通常不采用这种方式来说明变量,你应该尽量避免使用局部程序块来保存变量。 请参见: 1.1 什么是局部程序块? 1.3 什么时候用一条switch语句比用多条if语句更好? 如果你有两个以上基于同一个数字(numeric)型变量的条件表达式,那么最好使用一条switch语句。例如,与其使用下述代码: if (x ==l) printf ("x is equal to one. \n"); else if (x ==2) printf ("x is equal to two. \n"); else if (x = =3) printf ("x is equal to three. \n"); else printf ("x is not equal to one, two, or three. \n");
不如使用下述代码,它更易于阅读和维护:
switch (x) { case 1: printf ("x is equal to one. \n"); break; case 2: printf ("x is equal to two. \n"); break case 3: printf (’x is equal to three. \n"); break; default: printf ("x is not equal to one, two, or three. \n"); break; }
注意,使用switch语句的前提是条件表达式必须基于同一个数字型变量。例如,尽管下述if语句包含两个以上的条件,但该例不能使用switch语句,因为该例基于字符串比较,而不是数字比较:
char *name="Lupto"; if(!stricmp(name,"Isaac")) printf("Your name means’Laughter’.\n"); else if(!stricmp(name,"Amy")) printf("Your name means’Beloved’.\n"); else if(!stricmp(name,"Lloyd")) printf("Your name means’Mysterious’.\n"); else printf("I haven’t a clue as to what your name means.\n"); 请参见: 1.4 switch语句必须包含default分支吗7 1.5 switch语句的最后一个分支可以不要break语句吗? 1. 4 switch语句必须包含default分支吗? 不,但是为了进行错误检查或逻辑检查,还是应该在switch语句中加入default分支。例如,下述switch语句完全合法:
switch (char_code) { case tyt: case ’y’: printf ( " You answered YES ! \n" )
break case ’N’: case ’n’: printf ("You answered NO!\n"); break }
但是,如果一个未知字符被传递给这条switch语句,会出现什么情况呢?这时,程序将没有任何输出。因此,最好还是加入一个default分支,以处理这种情况:
...... default: printf ("Unknown response : %d\n", char_code); break ......
此外,default分支能给逻辑检查带来很多方便。例如,如果用switch语句来处理数目固定的条件,而且认为这些条件之外的值都属于逻辑错误,那么可以加入一个default分支来辨识逻辑错误。请看下列:
void move_cursor (int direction) { switch (direction) { case UP: cursor_up() break case DOWN: cursor_down() break case LEFT: cursor_left () break case RIGHT: cursor_ right ( ) break default: printf ("Logic error on line number %ld!!! \n", __ LINE__ ) break } }
请参见: 1.3 什么时候用一条switch语句比用多条if语句更好? 1.5 Switch语句的最后一个分支可以不要break语句吗?
1.5 switch语句的最后一个分支可以不要break语句吗? 尽管switch语句的最后一个分支不一定需要break语句,但最好还是在switch语句的每个分支后面加上break语句,包括最后一个分支。这样做的主要原因是:你的程序很可能要让另一个人来维护,他可能要增加一些新的分支,但没有注意到最后一个分支没有break语句,结果使原来的最后一个分支受到其后新增分支的干扰而失效。在每个分支后面加上break语句将防止发生这种错误并增强程序的安全性。此外,目前大多数优化编译程序都会忽略最后一条break语句,所以加入这条语句不会影响程序的性能。
请参见: 1. 3 什么时候用一条switch语句比用多条if语句更好? 1. 4 switch语句必须包含default分支吗?
1. 6 除了在for语句中之外,在哪些情况下还要使用逗号运算符? 逗号运算符通常用来分隔变量说明、函数参数、表达式以及for语句中的元素。下例给出了使用逗号的多种方式: #include <stdio.h> #include <stdlib.h>
void main(void);
void main () { / * Here, the comma operator is used to separate three variable declarations. * / int i, j, k; / * Notice how you can use the comma operator to perform multiple initializations on the same line. * / i=0, j=1, k=2; printf("i= %d, j=%d, k= %d\n", i, j, k); / * Here, the comma operator is used to execute three expressions in one line: assign k to i, increment j, and increment k. The value that i receives is always the rigbtmost expression. * / i= ( j++, k++ ); printf("i=%d, j=%d, k=%d\n", i, j, k); / * Here, the while statement uses the comma operator to assign the value of i as well as test it. * / while (i=(rand() % 100), i !=50) printf("i is %d, trying again... \n", i) printf ("\nGuess what? i is 50!\n" ) }
请注意下述语句: i:(j++,k++) 这条语句一次完成了三个动作,依次为: (1)把k值赋给i。这是因为左值(lvaule)总是等于最右边的参数,本例的左值等于k。注意,本例的左值不等于k++,因为k++是一个后缀自增表达式,在把k值赋给j之后k才会自增。如果所用的表达式是++k,则++k的值会被赋给i,因为++k是一个前缀自增表达式,k的自增发生在赋值操作之前。 (2)j自增。 (3)k自增。 此外,还要注意看上去有点奇怪的while语句: while (i=(rand() % 100), i !=50) printf("i is %d, trying again... \n");
这里,逗号运算符将两个表达式隔开,while语句的每次循环都将计算这两个表达式的值。逗号左边是第一个表达式,它把0至99之间的一个随机数赋给i;第二个表达式在while语句中更常见,它是一个条件表达式,用来判断i是否不等于50。while语句每一次循环都要赋予i一个新的随机数,并且检查其值是否不等于50。最后,i将被随机地赋值为50,而while语句也将结束循环。 请参见: 1.12 运算符的优先级总能保证是“自左至右”或“自右至左”的顺序吗? 1.13 ++var和var++有什么区别? 1.7 怎样才能知道循环是否提前结束了? 循环通常依赖于一个或多个变量,你可以在循环外检查这些变量,以确保循环被正确执行。请看下例:
int x char * cp[REQUESTED_BLOCKS] / * Attempt (in vain, I must add... )to allocate 512 10KB blocks in memory. * / for (x = 0; x<REQUESTED_ BLOCKS ; x++ ) { cpi[x]= (char * ) malloc (10000,1) if (cp[x]= = (char * ) NULL) break
} / * If x is less than REQUESTED-BLOCKS, the loop has ended prematurely. * / if (x<REQUESTED_BLOCKS) printf ("Bummer ! My loop ended prematurely ! \n" );
注意,如果上述循环执行成功,它一定会循环512次。紧接着循环的if语句用来测试循环次数,从而判断循环是否提前结束。如果变量x的值小于512,就说明循环出错了。
1.8 goto,longjmp()和setjmp()之间有什么区别? goto语句实现程序执行中的近程跳转(local jump),longjmp()和setjmp()函数实现程序执行中的远程跳转(nonlocaljump,也叫farjump)。通常你应该避免任何形式的执行中跳转,因为在程序中使用goto语句或longjmp()函数不是一种好的编程习惯。 goto语句会跳过程序中的一段代码并转到一个预先指定的位置。为了使用goto语句,你要预先指定一个有标号的位置作为跳转位置,这个位置必须与goto语句在同一个函数内。在不同的函数之间是无法实现goto跳转的。下面是一个使用goto语句的例子:
void bad_programmers_function(void) { int x printf("Excuse me while I count to 5000... \n") ; x----l~ while (1) { printf(" %d\n", x) if (x ==5000) goto all_done else x=x+1; } all_done: prinft("Whew! That wasn’t so bad, was it?\n"); } 如果不使用goto语句,是例可以编写得更好。下面就是一个改进了实现的例子: void better_function (void) { int x printf("Excuse me while I count to 5000... \n"); for (x=1; x<=5000, x++) printf(" %d\n", x) printf("Whew! That wasn’t so bad, was it?\n") ; }
前面已经提到,longjmp()和setjmp()函数实现程序执行中的远程跳转。当你在程序中调用setjmp()时,程序当前状态将被保存到一个jmp_buf类型的结构中。此后,你可以通过调用longjmp()函数恢复到调用setjmp()时的程序状态。与goto语句不同,longjmp()和setjmp()函数实现的跳转不一定在同一个函数内。然而,使用这两个函数有一个很大的缺陷,当程序恢复到它原来所保存的状态时,它将失去对所有在longjmp()和setjmp()之间动态分配的内存的控制,也就是说这将浪费所有在longjmp()和setjmp()之间用malloc()和calloc()分配所得的内存,从而使程序的效率大大降低。因此,你应该尽量避免使用longjmp()和setjmp()函数,它们和goto语句一样,都是不良编程习惯的表现。 下面是使用longjmp()函数和setjmp()函数的一个例子:
#include <stdio.h> #include <setjmp.h> jmp_buf saved_state; void main(void); void call_ longjmp (void); void main(void) { int ret_code; printf("The current state of the program is being saved... \n"); ret_code = setjmp (saved_state) if (ret_code ==1) { printf("The longjmp function has been called. \n" ) printf("The program’s previous state has been restored. \n");
exit(0) } printf("I am about to call longjmp and\n"); printf(’return to the previous program state... \n" ) call_ longjmp ( ) } void call_longjmp (void) { longjmp (saved_state, 1 ) }
1.9 什么是左值(lvaule)? 左值是指可以被赋值的表达式。左值位于赋值语句的左侧,与其相对的右值(rvaule,见 1.11)则位于赋值语句的右侧。每条赋值语句都必须有一个左值和一个右值。左值必须是内存中一个可存储的变量,而不能是一个常量。下面给出了一些左值的例子:
int x; int *p_int; x=1; p_int=5;
变量x是一个整数,它对应于内存中的一个可存储位置,因此,在语句“x=1”中,x就是一个左值。注意,在第二个赋值语句“*p_int=5"中,通过“*”修饰符访问p_int所指向的内存区域;因此,p_int是一个左值。相反,下面的几个例子就不是左值:
#define CONST_VAL 10 int x /* example 1 * / l=x; / * example 2 * / CONST_VAL = 5;
在上述两条语句中,语句的左侧都是一个常量,其值不能改变,因为常量不表示内存中可 存储的位置。因此,这两条赋值语句中没有左值,编译程序会指出它们是错误的。 请参见: 1. 10 数组(array)可以是左值吗? . 1. 11 什么是右值(rvaule)?
1.10 数组(array)可以是左值吗? 在1.9中,左值被定义为可被赋值的表达式。那么,数组是可被赋值的表达式吗?不是,因为数组是由若干独立的数组元素组成的,这些元素不能作为一个整体被赋值。下述语句是非法的: int x[5],y[5]; x=y; 不过,你可以通过for循环来遍历数组中的每个元素,并分别对它们赋值,例如: int i; int x[5]; int y[5]; ...... for(i=0; i<5,i++) x[i]=y[i]; ......
此外,你可能想一次拷贝整个数组,这可以通过象memcpy()这样的函数来实现,例如: memcpy(x,y,sizeof(y));
与数组不同,结构(structure)可以作为左值。你可以把一个结构变量赋给另一个同类型的结构变量,例如: typedef struct t_name { charlast_name[25];
char first_name[15]; char middle-init [2]; } NAME ... NAME my_name, your_name; ... your_name = my_name; ...
在上例中,结构变量my_name的全部内容被拷贝到结构变量your_name中,其作用和下述语句是相同的: memcpy(your_name,my_name,sizeof(your_name); 请参见: 1.9 什么是左值(lvaule)? 1.11 什么是右值(rvaule)? 1.11 什么是右值(rvaule)? 在1.9中,左值被定义为可被赋值的表达式,你也可以认为左值是出现在赋值语句左边的表达式。这样,右值就可以被定义为能赋值的表达式,它出现在赋值语句的右边。与左值不同,右值可以是常量或表达式:例如: int X,y; x = 1; /* 1 iS an rvalue, x is an lvalue */ y=(x+1); /* (x+1)is an rvalue;y is an lvalue */ 在1.9中已经介绍过,一条赋值语句必须有一个左值和一个右值,因此,下述语句无法通过编译,因为它缺少一个右值:
int x; x=void_function_call(); /* the{unction void—function—call() returns nothing */ 如果上例中的函数返回一个整数,那么它可以被看作一个右值,因为它的返回值可以存储 到左值x中。
请参见: 1.9 什么是左值(lvaule)? 1.10 数组可以是左值吗?
1.12 运算符的优先级总能保证是“自左至右”或“自右至左”的顺序吗? 对这个问题的简单回答是:这两种顺序都无法保证。C语言并不总是自左至右或自右至左求值,一般说来,它首先求函数值,其次求复杂表达式的值,最后求简单表达式的值。此外,为了进一步优化代码,目前流行的大多数C编译程序常常会改变表达式的求值顺序。因此,你应该用括号明确地指定运算符的优先级。例如,请看下述表达式: a=b+c/d/function—call() * 5 上述表达式的求值顺序非常模糊,你很可能得不到所要的结果,因此,你最好明确地指定运算符的优先级: a=b+(((c/d)/function—call())* 5) 这样,就能确保表达式被正确求值,而且编译程序不会为了优化代码而重新安排运算符的优先级了。 1.13 ++var和var++有什么区别? “++”运算符被称为自增运算符。如果“++”运算符出现在变量的前面(++var),那么在表达式使用变量之前,变量的值将增加1。如果“++”运算符出现在变量之后(var++),那么先对表达式求值,然后变量的值才增加1。对自减运算符(--)来说,情况完全相同。如果运算符出现在变量的前面,则相应的运算被称为前缀运算;反之,则称为后缀运算。 例如,请看一个使用后缀自增运算符的例子: int x, y; x=1; y=(x++* 5); 上例使用了后缀自增运算符,在求得表达式的值之后,x的值才增加1,因此,y的值为1乘以5,等于5。在求得表达式的值之后,x自增为2。 现在看一个使用前缀自增运算符的例子: int x, y; x=1; y=(++x*5); 这个例子和前一个相同,只不过使用了前缀自增运算符,而不是后缀自增运算符,因此,x的值先增加1,变为2,然后才求得表达式的值。这样,y的值为2乘以5,等于10。 1.14 取模运算符(modulus operator)“%”的作用是什么? 取模运算符“%”的作用是求两个数相除的余数。例如,请看下面这段代码: x=15/7; 如果x是一个整数,x的值将为2。然而,如果用取模运算符代替除法运算符"/",得到的结果就不同了: X=15%7; 这个表达式的结果为15除以7的余数,等于1。这就是说,15除以7得2余1。 取模运算符通常用来判断一个数是否被另一个数整除。例如,如果你要打印字母表中序号为3的倍数的字母,你可以使用下面这段代码: int x; for(x=1; x<=26; x++) if((x%3)==0) printf("%c"; x+64);
上例将输出字符串"cfilorux",即字母表中序号为3的倍数的所有字母。
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