Thursday, June 14, 2007

C 語言新手十誡

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作者: khoguan (Khoguan Phuann) 看板: C_and_CPP
標題: C 語言新手十誡(增修一版)
時間: Sat Sep 3 01:07:31 2005

C 語言新手十誡(The Ten 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)。


一、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; }

二、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, 也就是 C 和 C++ 的陣列元素是從第 0 個開始算起,最後一個元素的 索引值是 N-1, 不是 N。 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, 我們要自己寫程式來確保不會越界。一旦越界,將導致無法預期的後果。

三、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 = 0; /* 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 */ /* 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); *pc1 = 'a'; /* c 的內容變為 'a' */ pc2[0] = 'b'; /* 動態配置來的第 0 個字元,內容變為 'b' /* 最後記得 free() 掉 malloc() 所分配的空間 */ free(pc2); 說明:指標變數必需先指向某個明確的東西(object),才能進行操作。

四、你不可以將字串常數賦值(assign)給 char* 變數,然後透過該變數 改寫字串的內容(只能讀不能寫)。

錯誤例子:
char* pc = "john"; *pc = 'J'; printf("Hello, %s\n", pc); 正確例子: char pc[] = "john"; *pc = 'J'; /* 或 pc[0] = 'J'; */ printf("Hello, %s\n", pc); 說明:字串常數的內容是唯讀的。上面的錯誤例子,是將其內容所在的位址賦 值給字元指標 pc, 我們透過指標只可以去讀該字串常數的內容,而不應該做 寫入的動作。而正確例子,則是另外宣告一個獨立的字元陣列,它的大小我們 未明文指定([]),編譯器會自動將其設為剛好可以容納後面的字串常數起始 值的大小,包括字串後面隱含的 '\0' 字元,並將字串常數的內容複製到字元 陣列中,因此可以自由的對該字元陣列的內容進行讀和寫。 錯誤例子(2): 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 */ char *s3 = 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);

五、你不可以對尚未分配所指空間的 char* 變數,進行(字串)陣列的相關操作。 其他型別的指標亦然。

錯誤例子:
char *name; /* name 尚未指向有效的空間 */ printf("Your name, please: "); gets(name); printf("Hello, %s\n", name); 正確例子(1): /* 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]; /* 字串最長 20 個字元,另加一個 '\0' */ printf("Your name, please: "); gets(name); 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); 注意:上例用 gets() 或 scanf() 來讀入字串,是不安全的。 因為這些函式 不會幫我們檢查使用者所輸入的字串長度是否超過我們所分配的 buffer 空間, 很可能會發生 buffer overflow。比較安全的做法是用 fgets() 來取代。如: char *p; char name[21]; printf("Your name, please: "); fgets(name, sizeof(name), stdin); /* fgets()會連行末的'\n'也讀進字串中,所以要找出存入'\n'的位置,填入 '\0' if ((p = strchr(name, '\n')) != NULL) *p = '\0'; printf("Hello, %s\n", name);

六、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。【不過,倒是可以從 函式中直接傳回字串常數,賦值給呼叫端的一個 const char * 變數,它既是唯 讀的(參見第四誡),同時也具有恒常的儲存期(static storage duration),其 內容將一直有效。】 正確例子: void getstr(char buf[], int buflen, char const *name) { char const s[] = "hello, "; assert(strlen(s) + strlen(name) < buflen); strcpy(buf, s); strcat(buf, name); } [針對字串操作,C++提供了更方便安全的 string class, 能用就盡量用] #include
using std::string;

string getstr(string const &name)
{
return string("hello, ") += name;
}

七、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.

八、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(1):
unsigned int sum = 2000000000 + 2000000000; /* 20 億 */
double f = 10 / 3;

正確例子(1):
/* 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;

說明:在目前最普遍的32位元PC作業平台上,整數常數2000000000的型別為
signed int(簡寫為 int),相加後,其結果仍為 int, 但是 signed int
放不下 4000000000, 造成算術溢位(arithmetic overflow),很可能無法
將正確的值指派給 unsigned int sum,縱使 unsigned int 放得下4000000000
的數值。注意:寫成

unsigned int sum = (unsigned int)(2000000000 + 2000000000);

也是不對的。

例子(2):(感謝 sekya 網友提供)
unsigned char a = 0x80;
char b = 0x80; /* implementation-defined result */
if( a == 0x80 ) { /* 恒真 */
printf( "a ok\n" );
if( b == 0x80 ) { /* 不一定恒真 */
printf( "b ok\n" );
}

說明:在將 char 型別定義為範圍從 -128 至 +127 的系統上,int 0x80
(其值等於 +128)要轉成 char 會放不下,會產生編譯器自行定義的值。
這樣的程式就不具可移植性了。

九、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:
int arr[5];
int i = 0;
arr[i] = i++;

正確例子:
int arr[5];
int i = 0;
arr[i] = i;
i++;

[C++程式]
錯誤例子:
int i = 10;
cout << i << "==" << i++; 正確例子: int i = 10; cout << i << "=="; cout << i++; 十、你不可以在macro的定義中,不為它的參數個別加上括號。 錯誤例子: #include
#define SQUARE(x) (x * x)
int main()
{
printf("%d\n", SQUARE(10-5));
return 0;
}

正確例子:
#include
#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;
}

MACRO(++x) 展開來後變成 (((++x) * (++x)) - ((++x) * (++x)))
違反了第九誡。在 gcc 4.3.3 下的結果是 -24, 在 vc++ 下是 0.


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。

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