《C语言程序设计：现代方法(第2版)》读书笔记

主要是备忘C99标准中的一些变化。

允许代码段与声明混合

允许在程序块中任何地方声明变量，只要在第一次调用该变量之前声明就可以。

支持//风格注释

变量不再隐式声明为int类型

不支持隐式声明函数

更准确的整型除法

C89中i/j的两个整数操作数中有负数时，除法的结果既可以向上取整，也可以向下取整，在C99中总是向0取整。C89中如果i或j为负数，i%j结果与实现有关，在c99中结果符号总与i的符号相同。

布尔类型

新的布尔类型_Bool，本质是无符号的整型。_Bool类型的变量只能存储0或1，所以，将非0的值赋值给_Bool类型的变量都会导致变量的值变为1。同时还提供了新的头文件 <stdbool.h> ，内容如下：

#define __bool_true_false_are_defined   1
#define bool    _Bool
#define false   0
#define true    1

for语句的变化

在C99中，for语言的第一个表达式可以替换为一个声明，下面的代码也是合法的了：

for (int i = 0; i < N; ++i)
    ...

64位整数和扩展整数类型的支持

C99提供了两个额外的标准整数类型：long long int和unsigned long long int，大小至少64位宽。同时，以LL或ll（所有字母的大小写要一致）结尾的整数常量是long long int类型的，以ULL或ull（所有字母的大小写要一致）结尾的整数常量是unsigned long long int类型的。

除了标准的整数类型外，C99标准还允许在具体实现时定义扩展的数类整数（包括有符号的和无符号的）。比如：128位的整数类型。

隐式转换的变化

因为C99中增加了一些类型（_Bool、long long类型、扩展的整数类型和复数类型）。新的隐式转换规则略有变化（这里忽略了扩展整数类型和枚举类型）：

1. long long int、unsigned long long int
2. long int、unsigned long int
3. int、unsigned int
4. short int、unsigned short int
5. char、signed char、unsigned char（这里要注意char类型和signed char类型是不同的类型）
6. _Bool

C99用整数提升（integer promotion）取代了C89中的整值提升（integral promotion），可以将任何等级低于int和unsigned int的类型转换为int（只要该类型的所有值都可以用int类型表示）或unsigned int。

和C89一样类似，C99中执行常用的算术转换的规则可以划分为两种情况：

• 任一操作数的类型是浮点数类型的情况。只要两个操作数都不是复数型，规则如下(下面的内容摘录自C程序设计语言(第2版_新版))：

  1. 如果任何一个操作数为long double类型，将另一个操作数转换为long double类型，过程结束。
  2. 如果任何一个操作数为double类型，将另一个操作数转换为double类型，过程结束。
  3. 如果任何一个操作数为float类型，将另一个操作数转换为float类型，过程结束。

• 两个操作数的类型都不是浮点类型的情况。首先对两个操作数进行整数提升。如果这时两个操作数的类型相同，过程结束。否则，依次尝试下面的规则，一旦遇到可应用的规则就不再考虑别的规则：

  1. 如果两个操作数都是有符号型或都是无符号型，将整数转换等级低的操作数转换为等级较高的操作数的类型。
  2. 如果无符号操作数的等级高于或等于有符号操作数的等级，将有符号操作数转换为无符号操作数的类型。
  3. 如果有符号操作数类型可以表示无符号操作数类型的所有值，将无符号操作数转换为有符号操作数的类型。
  4. 否则，将两个操作数都转换为与有符号操作数的类型相对应的无符号类型。

另外，所有算术类型都可以转换为_Bool类型。如果原始值为0则转换结果为0，否则结果为1。

数组初始化

这条C99中没有变化，只是C和C++略有不同。

如果数组的初始化式比数组短，那么数组中剩余的元素赋值为0：

int a[3] = {1, 2};
/* initial value of a is {1, 2, 0} */

但是在C中初始化式完全为空是非法的，如果想要把数组全部初始化为0，必须要在大括号中放一个0。这点要求在C++中是没有的。

// initial value of a to {0, 0, 0}
int a[3] = {}; // invalid in c but valid in c++

数组指定初始化式

C99中，提供了指定下标的方式来初始化数组中指定位置的值。

int a[5] = {[3] = 3, [1] = 1}; /* a is {0, 1, 0, 3, 0} */

同时，初始化式中老方法（逐个元素初始化）和新方法（指定初始化式）可以同时使用。

int b[] = {1, [2] = 2}; /* b is {1, 0, 2} */
int b[] = {[2] = 2, 1}; /* b us {0, 0, 2, 1}*/

变长数组

下面的代码在C99标准下是合法的：

int n = 0;
scanf("%d", &n);

int a[n]; /* C99 only*/

变长数组的长度是在程序执行时计算的，而不是在编译时计算的。变长数组的主要限制是它们没有静态存储时限（因为它是放在栈上面的），另一个限制是变长数组没有初始化式。

变长数组形式参数

下面的代码在C99标准下是合法的：

int sum_2d_array(int m, int n, int arr[m][n])
{
    ...
}

注意：参数的顺序很重要。int m和int n必须要在int arr[m][n]的左边。

在声明包含有变长数组形式的函数时，可以使用*，比如上面的函数可以声明为：

int sum_2d_array(int m, int n, int arr[m][n]);
int sum_2d_array(int m, int n, int arr[*][*]);
int sum_2d_array(int m, int n, int arr[][m]);
int sum_2d_array(int m, int n, int arr[][*]);

变长数组参数对编译器来说，只是提示性的，编译器并不进行额外的错误检测，只是方便编译优化等。所以实际上变长数组的大小和变长数组的参数可能是无关的。

在数组参数声明中使用static

C99允许在数组参数声明中使用关键字static。在下面的代码中，将static放在数字3之前表示数组a的长度至少可以保证为3：

int sum_array(int arr[static 3], int n)
{
    ...
}

这样使用static对程序的行为不会有任何影响。static的存在只是提示编译器，方便编译器根据此提示优化指令。

最后，如果数组参数是多维的，static仅可用于第一维（比如，指定二维数组的行数）。

数组复合字面量

代码：

int b[] = {3, 0, 3, 4, 1};
total = sum_array(b, 5);

在C99中，可以简化为：

total = sum_array((int []){3, 0, 3, 4, 1}, 5);

其中，(int []){3, 0, 3, 4, 1}就是复合字面量。

复合字面量是通过指定其包含的元素而创建的没有名字的数组。其格式为：先在一对圆括号内给定类型名，随后在一对花括号内设定所包括元素的值。

复合字面量类似于应用于数组初始化式的强制转换。事实上，复合字面量和数组初始化式遵守同样的规则。复合字面量可以包含指示符，就像指定初始化式一样；可以不提供数组完全的初始化（未初始化的元素默认被初始化为0）。例如：复合字面量(int[10]){8,6}有10个元素，前面两个元素的值为8和6，剩下的元素值为0。

函数内部创建的复合字面量可以包含任意表达式，不限于常量。例如：

total = sum_array((int []){2*i, i+j, j*k}, 3);

其中i、j、k都是变量。

复合字面量为左值，所以其元素的值可以改变。如果要求其值为”只读”，可以在类型前面加上const，如(const int[]){5,4}。

指向常量数组复合字面量的指针

指针指向复合字面量创建的数组中的某个元素是合法的。下面两段代码都是合法的，并且意义相同。

代码一：

int a[] = {3, 0, 3, 4, 1};
int* p = &a[0];

代码二：

int* p = (int []){3, 0, 3, 4, 1};

C99中的指针和变长数组

指针可以指向变长数组中的元素。如果变长数组是多维的，指针的类型取决于除第一维外每一维的长度。下面是二维的情况：

void fun(int m, int n)
{
    int a[m][n], (*p)[n];
    p = a;
    ...
}

因为p的类型依赖于n，而n不是常量，所以说p具有可改变类型。需要注意的是，编译器并非总能确定p = a这样的赋值语句的合法性，例如，下面的代码可以通过编译，但只有当m = n是才正确：

int a[m][n], (*p)[m];
p = a;

如果m != n，后续对p的使用都将导致未定义的行为。

与变长数组一样，可改变类型也具有特定的限制，其中最重要的限制是，可改变类型的声明必须出现在函数体内部或者在函数原型中。

C99中新增的预定义宏

名字	描述
__STDC_HOSTED__	如果是托管式实现，值为1；如果是独立式实现，值为0
__STDC_VERSION__	支持的C标准版本
__STDC_IEC_559__	如果支持IEC 60559浮点算术运算，则定义该宏，且值为1
__STDC_IEC_559_COMPLEX	如果支持IEC 60559复数算术运算，则定义该宏，且值为1
__STDC_ISO_10646__	如果wchar_t类型的值由ISO/IEC 10646标准中的码值表示，则定义该宏，且值的格式是yyyymmL（表示修订的年月）

空的宏参数

C99允许宏调用中的任意或所有参数为空。但是这样的调用需要有和一般调用一样多的逗号（方便看出哪些参数被省略了）。

在大多数情况下，实际参数为空的效果是显而易见的。例如：

#define ADD(x,y) (x+y)

i = ADD(j,k);
i = ADD(,k);

经过预处理后变成：

i = (j+k);
i = (+k);

当空参数是#或##运算符的操作数时，用法有特殊规定。例如：

#define MK_STR(x) #x
char empty_string[] = MK_STR();

#define JOIN(x,y,z) x##y##z
int JOIN(a,b,c), JOIN(a,b,), JOIN(a,,c), JOIN(,,c);

经过预处理后变成：

char empty_string[] = "";

int abc, ab, ac, c;

参数个数可变的宏

在C89中，如果宏有参数，那么参数的个数是固定的。在C99中，这个条件被适当放宽了，允许宏具有可变长度的参数列表。

宏具有可变参数个数的主要原因是：它可以将参数传递给具有可变参数个数的函数。比如：

#define TEST(cond, ...) ((cond) ? printf("pass test: %s\n", #cond) : printf(__VA_ARGS__))

...记号（省略号）出现在宏参数列表的最后，前面是普通参数。__VA_ARGS__是一个专用的标识符，只能出现在具有可变参数个数的宏的替换列表中，代表所有与省略号相对应的参数。（至少有一个与省略号相对应的参数，但该参数可以为空。）

func标识符

每个函数都可以访问__func__标识符，它的行为很像一个存储当前正在执行的函数的名字的字符串变量。作用相当于在函数体的一开始包含了如下声明：

static const char __func__[] = "function-name";

__func__的另一个用法：作为参数传递给函数，让函数知道调用它的函数的名字。

_Pragma运算符

C99引入了与#pragma指令一起使用的_Pragma运算符。其具有如下形式：

_Pragma (字符串字面量)

遇到该表达式时，预处理器通过移除字符串两端的双引号并分别用字符"和\代替转义序列\"和\\来实现对字符串字面量的”去字符串化”。下面的两行代码意义相同：

_Pragma("data(heap_size => 1000, stack_size => 2000)")

#pragma data(heap_size => 1000, stack_size => 2000)

结构指定初始化式

与数组指定初始化式类似，结构也可以使用指定初始化式。下面两行初始化代码意义相同：

struct KibaZen
{
    int a;
    int b;
    int c;
    int d;
};

struct kibaZen k = { 10, 20, 30, 40 };
struct KibaZen z = { .c = 30, 40, .a = 10, 20 };

结构复合字面量

和数组复合字面量类似，结构也有复合字面量。下面的代码是合法的：

struct KibaZen kz = (struct kibaZen){ .c = 30, 40, .a = 10, 20 };

受限指针

在C99中，用restrict声明的指针叫做受限指针（restricted pointer）。它向编译器保证，在这个指针的生命周期内，任何通过该指针访问的内存，都只能被这个指针改变。目的是为了是给编译器提供额外的信息帮助编译器进行代码优化。

void* memcpy(void* restrict dst, const void* restrict src, size_t n);
void* memmove(void* dst, const void* src, size_t n);

C99标准下，memcpy中的dst和src都使用了restrict，说明复制源和目的地不应互相重叠（但不能确保不重叠）。而memmove中的dst和src没有使用restrict，说明即使在重叠时也能正常复制。

灵活数组成员

在存储字符串时我们可能会定义下面的结构：

struct vstring
{
    int len;
    char chars[1];
};

struct vstring* str = malloc(sizeof(struct vstring) + n - 1);
str->nlen = n;

这里使用了一种”欺骗”的方法，分配比该结构声明时应具有的内存更多的内存，然后使用这些内存来存储chars数组额外的元素。这种方法称为”struct hack”。C89标准并不能保证struct hack技术工作，也不允许数组长度为0(GCC允许)。

C99提供了灵活数组成员（flexible array member）来达到同样的目的。当结构的最后一个成员是数组时，其长度可以省略：

struct vstring
{
    int len;
    char chars[];   /* flexible array member - c99 only */
};

struct vstring* str = malloc(sizeof(struct vstring) + n);
str->len = n;

具有灵活数组成员的结构是不完整类型（incomplete type）。不完整类型缺少用于确定所需内存大小的信息。

内联函数

C99标准下，可以使用关键字inline创建内联函数。

新的头文件 <stdbool.h>

C99对…printf转换说明的修改

C99对printf函数和fprintf函数的转换说明做了不少修改。

• 增加了长度修饰符：hh、ll、j、z和t。
• 增加了转换说明符：F、a和A。
• 允许输出无穷数和NaN。
• 支持宽字符输出：%lc和%ls。
• C89未定义的转换说明C99允许了。%le、%lE、%lf、%lg和%lG在C99是合法的（l长度修饰符被忽略）。

C99对…scanf转换说明的改变

C99对scanf函数和fscanf函数的转换说明也做了一些修改。

• 增加了长度修饰符：hh、ll、j、z和t。
• 增加了转换说明符：F、a和A。
• 具有读无穷数和NaN的能力。
• 支持宽字符。%lc转换说明用于读出单个的多字节字符或者一系列多字节字符；%ls用于读取由多字节字符组成的字符串（在结尾添加空字符）。%l[集合]和%l[^集合]转换说明也可以读取多字节字符串。

scanf示例：

代码	输入	变量
n = scanf("%i%i%i", &i, &j, &k);	12 012 0x12	n=3; i=12; j=10; k=18;
n = scanf("%[0123456789]", str);	123abc	n=1; str=”123”;
n = scanf("%[0123456789]", str);	abc123	n=0; str的值不变;
n = scanf("%[^0123456789]", str);	abc123	n=1; str=”abc”;
n = scanf("%*d%d%n", &i, &j);	10 20 30	n=1; i=20; j=5;

在 <math.h> 中增加许多类型、宏和函数

通用字符名

可以用两种方式书写通用字符名（\udddd和\Udddddddd），每个d都是一个十六进制的数字。

UCS的码值可以在www.unicode.org/charts/找到。

支持宽字符的 <wchar.h> 和 <wctype.h> 函数库

在 <stdio.h> 和 <wchar.h> 中支持vscanf族函数

新增 <stdint.h> 整数类型

新增 <inttypes.h> 整数类型的格式

新增 <complex.h> 复数算术运算

新增 <tgmath.h> 泛型数学

<tgmath.h> 提供了带参数的宏，宏的名字与 <math.h>和 <complex.h> 中的函数名相匹配。这些泛型宏（type-generic macro）可以检测参数的类型，然后调用 <math.h> 或 <complex.h> 中相对应的函数。

比如：sqrt函数不仅有3种复数版本（csqrt、csqrtf和csqrtl），还有double（sqrt）、float（sqrtf）以及long double版本（sqrtl）。使用 <tgmath.h> 后，程序员可以直接使用sqrt，而不用担心需要的到底是哪个版本：根据参数x类型的不同，函数调用sqrt(x)有可能是6个版本sqrt中的任何一个。

顺便提一下，<tgmath.h> 中包含了 <math.h> 和 <complex.h> 。

新增 <fenv.h> 浮点环境

IEEE标准754在表示浮点数时使用最广泛。（C99标准把IEEE 754成为IEC 60559）。<fenv.h> 的目的是使程序可以访问IEEE标准指定的浮点状态标志和控制模式。