從新認識C語言

1.緣起

  接觸C語言有三四年時間了，工做中也一直使用C語言。但對於一些C語言的特性和定義還存在一些疑問，這裏總結一下，做爲之後參考。

2.C語言的連接屬性

 工做中無心發現了C語言一個有趣的問題，在兩個源文件中定義了同一個未初始化的變量，編譯器居然不報錯，可是若是在其中一個文件中定義並初始化，那就會報錯。我測試使用的代碼以下(測試環境window7（32位）gcc 4.5.0)：

main.c:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

/* main.c */ #include <stdio.h>   char   G_TestValue; int    G_TestValue2; void  PrintTestValue( void ); int  main( int  argc, char  *argv[]) {                  PrintTestValue();      printf ( "main:\t\t(&G_TestValue)=0x%08x\n\t\t"            "(G_TestValue)=%d\n\t\tsizeof((G_TestValue))=%d\n"            "\t\tG_TestValue2=%d\n"            "\t\t&G_TestValue2=0x%08x\n"            ,&(G_TestValue),G_TestValue,  sizeof (G_TestValue),G_TestValue2,&G_TestValue2);      return  0; }

global_test.c:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

/* global_test.c*/ #include <stdio.h>   typedef  struct  test_struct_t{      char  a;      int  b; } TestStruct_t;   TestStruct_t G_TestValue = {2,8}; int    G_TestValue2;  void  PrintTestValue( void ) {        printf ( "PrintTestValue:\t(&G_TestValue)=0x%08x\n\t\t"             "(G_TestValue.a)=%d\n\t\tsizeof(G_TestValue)=%d\n"             "\t\tG_TestValue2=%d\n"             "\t\t&G_TestValue2=0x%08x\n"             ,&(G_TestValue), G_TestValue.a,  sizeof (G_TestValue),G_TestValue2,&G_TestValue2);      printf ( "-----------------------------------------\n" ); }

Makefile：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

test: global_test.o  main.o       gcc -o test global_test.o main.o -std=gnu99 global_test.o: global_test.c      gcc -c global_test.c  -std=gnu99 main.o: main.c      gcc -c main.c  -std=gnu99       clean:      rm *.o test

代碼執行結果以下：

  根據上述代碼的分析，咱們發現這樣一個現象，在main.c文件裏定義了char型變量G_TestValue但未初始化，在global_test.c文件裏定義告終構體類型的變量G_TestValue同時並初始化了，兩個文件裏都定義了同一個全局變量，一個未初始化，一個初始化了。編譯上述程序時並未報錯，運行結果發G_TestValue的地址是同樣的（本人實驗環境下是(&G_TestValue)=0x00402000），而且在main.c中打印出的G_TestValue的值爲2（即在global_test.c文件裏定義並初始化的值）.這也就說明C語言連接器連接時，爲這個變量只分配了一個存儲空間，若是兩次定義同一個變量名稱的類型不同，以佔用空間大的那一個來分配空間。另外我使用G_TestValue2作了驗證，在兩個文件都定義了而且都沒有初始化，從打印結果看，他們是同一個地址。

爲何會這樣吶？

這涉及到C編譯器對多重定義的全局符號的解析和連接。在編譯階段，編譯器將全局符號信息隱含地編碼在可重定位目標文件的符號表裏。這裏有個「強符號(strong)」和「弱符號(weak)」的概念——前者指的是定義而且初始化了的變量，好比global_test.c裏的結構體G_TestValue，後者指的是未定義或者定義但未初始化的變量，好比main.c裏的整型G_TestValue和G_TestValue2，當符號被多重定義時，GNU連接器(ld)使用如下規則決議：

• 不容許出現多個相同強符號。

• 若是有一個強符號和多個弱符號，則選擇強符號。

• 若是有多個弱符號，那麼先決議到size最大的那個，若是一樣大小，則按照連接順序選擇第一個。

像上面這個例子中，全局變量G_TestValue存在重複定義。若是咱們將main.c中的b初始化賦值，那麼就存在兩個強符號而違反了規則一，編譯器報錯。若是知足規則二，則僅僅提出警告，實際運行時決議的是global_test.c中的強符號。而變量global_test2都是弱符號，因此只選擇一個（按照目標文件連接時的順序）。

 

關於C語言的連接屬性最權威的解釋是在ISO/IEC 9899 Programming languages — C（見文章附件）的6.2.2章節，有興趣的哥們能夠下載下來看看。另外推薦一篇關於C語言連接屬性描述不錯的文章：C語言中標識符的做用域、命名空間、連接屬性、生命週期、存儲類型。

 

具體關於linker相關的知識，比較系統的能夠參閱：linker and loader。

 

3.malloc的申請空間、及釋放空間

 有一天上班，想到這樣一個問題：定義了一個結構體類型，成員變量有一個指針行變量。定義一個結構體類型的變量，爲其分配空間，而後再給成員變量分配空間，釋放結構體變量時，是否釋放告終構體成員變量申請的空間？仍是須要單獨進行釋放？

爲了測試這種狀況，寫了代碼想驗證一下：

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/* main.c */ #include <stdio.h> #include <stdlib.h> typedef  struct  malloc_test_tag {      char  *str;      int   n; }MallocTest_t ,*P_MallocTest_t;     int  main( int  argc, char  *argv[]) {      P_MallocTest_t test,saved_test;      printf ( "malloc for test\n" );      test = (P_MallocTest_t)    malloc ( sizeof (MallocTest_t));      if  (NULL == test )       {         exit  (1);       }       printf ( "the address of (test) = 0x%x\n" ,test);      saved_test = test;      printf ( "malloc for test->str\n" );      test->str = ( char  *) malloc (6);      if  (NULL == test->str)          {               exit  (1);          }       printf ( "the address of (test->str[0]) = 0x%x\n" ,test->str);            printf ( "-----------------------------------------\n" );            printf ( "free for test->str\n" );      free (test->str);            printf ( "free for test\n" );      free (test);      test = NULL;                  printf ( "malloc for test again!!!\n" );      test = (P_MallocTest_t)    malloc ( sizeof (MallocTest_t));      if  (NULL == test )           {                  exit  (1);           }       printf ( "the address of (test) = 0x%x\n" ,test);      printf ( "malloc for test->str again!!!!\n" );      test->str = ( char  *) malloc (6);      if  (NULL == test->str)           {                  exit  (1);           }       printf ( "the address of (test->str[0]) = 0x%x\n" ,test->str);            printf ( "free for test->str 2\n" );      free (saved_test->str);      saved_test->str = NULL;            printf ( "free for test 2\n" );      free (test);      test = NULL;              return  0; }

測試思路是這樣，根據malloc基本原理，申請後接着再申請，申請的是上次釋放的空間。我先申請test所須要的結構體空間，再接着申請結構體成員變量test->str的空間，而後釋放test->str的空間，釋放test空間，再接着申請上述兩個空間。執行結果是這樣的：

能夠看到兩次申請的test->str空間是同樣的，都是the address of (test->str[0]) = 0x4c0ed0。

而後，我在試驗第一次申請test->str空間後不釋放，在第二次申請中從新申請空間。代碼執行狀況以下：

能夠看到兩次申請的test->str空間是不同的，一個是the address of (test->str[0]) = 0x4c0ed0，一個是the address of (test->str[0]) = 0x570ee0。

從上面的實驗咱們能夠看到，使用malloc、free管理內存空間時，malloc和free爲基本單元的，你使用malloc申請多大的空間，就應該在使用完畢後，free多大的空間。向上面的例子中，你在結構體內又申請的空間，須要單獨釋放。我的猜測，malloc和free的基本實現：系統管理着一段內存空間（堆），你使用malloc申請的時候，系統會記住你申請空間首地址，你申請的大小等信息，當你free時會根據你要釋放的內存地址，而後查詢你申請空間時系統記錄的大小等其餘信息，進行釋放操做。所以，你釋放malloc申請的空間時，傳的地址參數應該是你申請空間獲得的那個地址，不然free函數可能執行失敗。

 

 

4.C語言變長數組

 C99規範裏規定了可使用變長數組，只是知道，但實際項目中沒用過。我寫了如下代碼：

 

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/* main.c */ #include <stdio.h> #include <stdlib.h>   int  n = 10; int  test_array[n] = {1,2,3,4,5,};   int  main( int  argc, char  *argv[]) {            printf ( "the value test_array[0] is %d\n" ,test_array[0]);      return  0; }

但編譯的時候給了報了一堆錯誤：

其中第一句 error：定義了一個變長數組在文件做用域。咦，奇怪，C99不是支持定義變長數組嗎？個人編譯器是指定使用C99標準編譯的呀！

後來我將

int n = 10;

int test_array[n] = {1,2,3,4,5,};

挪到了函數內部，就沒有錯誤了。後來查閱ISO/IEC 9899 Programming languages — C得知，C99不支持文件做用域的變長數組定義和使用。而且變長數組不支持初始化。只能定義好變量後賦值。瞭然了以後，作了如下測試：

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/* main.c */ #include <stdio.h> #include <stdlib.h>     void  test( int  n) {      char  test_array[n];      printf ( "the size of test_array is %d\n" , sizeof (test_array)); } int  main( int  argc, char  *argv[]) {      int  n = 10;      int  test_array[n];      test_array[0] = 10;      printf ( "the value test_array[0] is %d\n" ,test_array[0]);            test(4);      test(5);      return  0; }

看來C99支持的這個變長數組，仍是挺有用的哈。

5.C語言長語句分割、換行

 寫代碼時一個語句太長，C有用支持直接分割嗎？

 

1 2 3 4 5

printf ( "PrintTestValue:\t(&G_TestValue)=0x%08x\n\t\t"             "(G_TestValue.a)=%d\n\t\tsizeof(G_TestValue)=%d\n"             "\t\tG_TestValue2=%d\n"             "\t\t&G_TestValue2=0x%08x\n"             ,&(G_TestValue), G_TestValue.a,  sizeof (G_TestValue),G_TestValue2,&G_TestValue2);

C語言的語句分割符號是分號，空格和換行會被解析器忽略掉，因此通常語句能夠分開多行書寫。

像上面的printf函數，前面的格式化語句須要在每行都加上雙引號。

還有宏定義時比較特殊：

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#define SAFE_DELETE(p)     \            do                \            {                \                delete  p;    \                p = NULL;    \            }                 \            while (0)

須要使用‘\’分隔符對語句進行換行。

 

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