隨手扎

淺嘗「你所不知道的C語言」系列講座 技巧篇 筆記

今天把 你所不知道的 C 語言：技巧篇 (2019-07-11)看完了，簡單寫下一些筆記。

系列講座單元目錄：

以下內容可以在 https://ethercalc.org/dykc 找到。或是在系列講座直接查看個單元的簡介。有很多很少學校會教的技巧和概念，這次看的是技巧篇，其他內容我應該也會慢慢看完。(可能也會去找影片來看)

你所不知道的 C 語言
https://hackmd.io/s/HJpiYaZfl系列講座
https://hackmd.io/s/HJFyt37Mx為何要深入學習 C 語言
https://hackmd.io/s/HyBPr9WGl指標篇
https://hackmd.io/s/SJ6hRj-zg函式呼叫篇
https://hackmd.io/s/BkuMDQ9K7記憶體管理、對齊及硬體特性
https://hackmd.io/s/rJ8BOjGGl遞迴呼叫篇
https://hackmd.io/s/B1e2AUZeMgoto 和流程控制篇
https://hackmd.io/s/BkRKhQGae數值系統篇
https://hackmd.io/s/Hy72937Me編譯器和最佳化原理篇
https://hackmd.io/s/H1ZzeiCIQC編譯器原理和案例分析
https://hackmd.io/s/HJLyQaQMl物件導向程式設計篇
https://hackmd.io/s/S1maxCXMl前置處理器應用篇
https://hackmd.io/s/HkK7Uf4Ml動態連結器和執行時期篇
https://hackmd.io/s/SysiUkgUV連結器和執行檔資訊
https://hackmd.io/s/Hkcr5cn97執行階段程式庫 (CRT)
https://hackmd.io/s/Skr9vGiQm未定義行為篇
https://hackmd.io/s/HyIdoLnjl技巧篇
https://hackmd.io/s/SkE33UTHflinked list 和非連續記憶體操作
https://hackmd.io/s/B1s8hX1yg從打造類似 Facebook 網路服務探討整合開發
https://hackmd.io/@sysprog/Sy8pJ0x9GStream I/O, EOF 和例外處理

你所不知道的C語言：技巧篇

允許陣列結尾逗點

C語言流行的標準版本包含：C89、C99，和增加與C++相容性的C11/C18。我不清楚哪些是在哪個版本增加的，基本上下面的特性，在支援C11/C18的gcc編譯器都可以使用。C89或是C99可能會報錯。

看個簡單了程式，其中注意到變數a是整數陣列，但是在初始化階段，最後是寫下,};。,後一個空元素，在早期C語言編輯器應該是不被允許的，不過在GCC可以正常編譯。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(){
  auto a[] = {1,2,3,4,};
  printf("a[0]:%d\n", a[0]);
  return 0;
}

不過auto這種C++11開始允許自動判斷變數類型的能力，仍然會在C丟出警告。但仍可以編譯成功與執行：

test.c: In function ‘main’:
test.c:5:8: warning: type defaults to ‘int’ in declaration of ‘a’ [-Wimplicit-int]
   auto a[] = {1,2,3,4,};

有趣的是，EMCAScript在ES8（2017年）也才有類似的能力。你可以拿下面程式去JDOODLE試試，在Node.js v6 以前，還不支援。（Node.js v12 怎麼 EMCAScript Module的功能都還在實驗階段阿Orz）

let a = [1,2,3,4,]

function add(a,b){
    return a+b
}

console.log(add(1,2,))

[1,2,3,4,]大概不會有問題。但是js的函式傳遞其實有些特別，與C的不定長參數也很不一樣。Node.js v6會報add(1,2,)錯。

EMCAScript的函式可以用arguments取得所有傳入的參數。看看以下例子：

function foo(){
 console.dir(arguments);
}
foo(1,2,3,4,) // => Arguments { 0: 1, 1: 2, 2: 3, 3: 4, … }

do

寫程式，必須了解變數的可見域和生存域。這兩者通常是高度重疊，不是太需要注意，但是理解到，可以有一些特別的技巧。

最常見的莫過於for-loop。下面例子i是屬於main函式的區域變數，但是他的生存範圍只有在for迴圈裡。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(){
  for(int i; i<=10; i++){
    printf("%d\n", i);
  }
}

所以如果有不想要污染的環境，但又有比要暫時使用的話，可以用do{...}while(0)來處理：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(){
  int a = 1;
  do{
    int a = 10;
    int tmp = 11;
    printf("a: %d\n", a);
    printf("tmp: %d\n", tmp);
  }while(0);

  printf("a: %d\n", a);
  // printf("tmp: %d\n", tmp); // will not found tmp variable
  return 0;
}

上面程式會輸出：

a: 10
tmp: 11
a: 1

變數a在do-while裡被覆寫了，但離開while後就回復元值。但是main裡找不到tmp值。在新的C語言裡，可以直接用{}包起來就好：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(){
  int a = 1;

  { // some comments
    int a = 10;
    int tmp = 11;
    printf("a: %d\n", a);
    printf("tmp: %d\n", tmp);
  }

  printf("a: %d\n", a);
  // printf("tmp: %d\n", tmp); // will not found tmp variable

  return 0;
}

這部份與講座後提到的Block似乎也有關係。我不常寫巨集，目前不是那麼了解。

此外，我也喜歡在區塊開頭加上一些註解，對於折疊代碼來瀏覽很有幫助。（如果編輯器支援的話）

但是在js、Python行為很不一樣

EMCASCript

但是在目前最流行的兩個動態語言EMCAScript和Python中，有著不同的行為。 先看看與C語言語法接近的EMACScript：

do{
  var a = 0;
}while(0)

console.log(a); // => 0

上例中a在之後仍然可以被存取。在ES6後(應該是ES6)多了let這個關鍵字，改成下面這樣，do-while外圍就存取不到a

do{
  let a = 0;
}while(0)

// console.log(a); // => not found a

Python

i = 1

while(i):
    i = 0
    a = 1

print(a)

同樣，while外圍仍然可以存取a。不過有趣的是[y for y in range(10)]當中的y無法在外圍被存取，但是下面例子的x同樣在外圍可以被存取：

for x in range(10):
    print(x)

print("Out for " + str(x))

小節

※ 以下可能有誤，或是不精確

EMCAScript、Python這樣的語言，記憶體是由語言本身進行管理。何時釋放了變數使用者並不清楚實際時間。同時為了更好理解與使用，life time可能會長一些。區域生存空間就要看語言有沒有支援。

GCC 支援 Plan 9 C Extension (「繼承」比你想像中簡單)

Plan 9是貝爾實驗室開發的作業系統，Unix的後繼者。他的C語言編譯器有些與標準不同(gcc、clang、vc都有些自己個擴充，不是只有標準的內容)。GCC支援Plan 9的寫法(-fplan9-extensions)，並可以OOP裡的寫出繼承：

typedef struct S {
    int i;
} S;

typedef struct T {
    S;           // <- "inheritance"
} T;

void bar(S *s) { }

void foo(T *t) {
    bar(t);   // <- call with implict conversion to "base class"
    bar(&t->S); // <- explicit access to "base class"
}

這方式和Golang做繼承方式有夠像…

有時不用 goto 會寫出更可怕的程式碼

本節程式碼參考有時不用 goto 會寫出更可怕的程式碼。

goto是一個非常底成的作法，這有些相像組語裡的jmp。所以使用goto可以建構一些特別的流程，應該偶可能模擬lisp裡的condition。簡單點來看，如果使用goto:

int foo(int bar)
{
    int return_value = 0;
    allocate_resources_1();
    if (!do_something(bar))
        goto error_1;
    allocate_resources_2();
    if (!init_stuff(bar))
        goto error_2;
    allocate_resources_3();
    if (!prepare_stuff(bar))
        goto error_3;
    return_value = do_the_thing(bar);

error_3:
    cleanup_3();
error_2:
    cleanup_2();
error_1:
    cleanup_1();
    return return_value;
}

cleanup對應著每一次goto。越晚執行的程式，在之後會需要做越多清理工作(有點類似switch的技巧)。如果不使用goto，會變得很丑：

int foo(int bar)
{
    int return_value = 0;
    allocate_resources_1();
    if (do_something(bar))
    {
        allocate_resources_2();
        if (init_stuff(bar))
        {
            allocate_resources_3();
            if (prepare_stuff(bar))
            {
                return_value = do_the_thing(bar);
            }
            cleanup_3();
        }
        cleanup_2();
    }
    cleanup_1();
    return return_value;
}

高階的 C 語言「開發框架」(LibCello)

Cello 在 C 語言的基礎上，提供以下進階特徵:

  • Generic Data Structures
  • Polymorphic Functions
  • Interfaces / Type Classes
  • Constructors / Destructors
  • Optional Garbage Collection
  • Exceptions
  • Reflection

Cello 意思是大提琴。libcello提供一個框架，很漂亮、優雅的處理一些C會需要解決的問題，不過他是C的擴充，讓C可以很優雅的撰寫，甚至一些物件導向的概念。

with open file? No problem

with(f in new(File, $S("test.txt"), $S("r"))) {
  var k = new(String); resize(k, 100);
  var v = new(Int, $I(0));
  foreach (i in range($I(2))) {
    scan_from(f, 0, "%$ is %$ ", k, v);
    show(k); show(v);
  }
}
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