1. 為什么2.0版本的學(xué)習(xí)路線被我推倒重來1.1 第一輪學(xué)習(xí)的翻車現(xiàn)場把時(shí)間拉回半年前。我第一次翻開《C程序設(shè)計(jì)第五版》時(shí)心態(tài)就是典型的教程都買了等于我會(huì)了。每天按部就班地看書、抄代碼、跑結(jié)果前四章確實(shí)順風(fēng)順?biāo)猵rintf能輸出scanf能讀入if和for也能照葫蘆畫瓢。但到了函數(shù)和指針情況急轉(zhuǎn)直下我開始能看懂每一個(gè)知識點(diǎn)卻完全不知道這些知識在真實(shí)程序里怎么配合。最典型的例子是我寫了一個(gè)交換兩個(gè)變量的函數(shù)代碼照著例題敲進(jìn)去結(jié)果主函數(shù)里a和b紋絲不動(dòng)。那時(shí)候我連值傳遞和地址傳遞的區(qū)別都沒真正吃透只知道死記硬背要傳指針。后來我復(fù)盤發(fā)現(xiàn)第一輪學(xué)習(xí)最大的問題不是不努力而是把教材當(dāng)成了閱讀材料而不是訓(xùn)練手冊。《C程序設(shè)計(jì)第五版》的章節(jié)編排確實(shí)是經(jīng)典的由淺入深路線但它的定位是配合課堂教學(xué)的每一章的知識密度非常大如果只是順著讀一遍很難在腦子里留下可調(diào)用的索引。于是我在第二個(gè)月斷了更新直到某天重新翻看后面幾章的習(xí)題發(fā)現(xiàn)自己連求最大公約數(shù)都要想半天才下定決心推倒重來。1.2 第五版教材的定位與新計(jì)劃的起點(diǎn)這一輪我給自己定的原則只有一個(gè)每一章必須留下至少一個(gè)可以獨(dú)立運(yùn)行、并且我能在不看答案的前提下講清楚原理的小項(xiàng)目。學(xué)習(xí)日記升級到2.0就是要把之前看書—抄碼—跑通的流程改成預(yù)習(xí)—猜測—實(shí)驗(yàn)—對照教材—寫筆記的閉環(huán)。比如學(xué)完運(yùn)算符那一節(jié)我就順手寫了一個(gè)輸入秒數(shù)換算時(shí)分秒的程序?qū)W完循環(huán)就寫一個(gè)會(huì)打印菱形的程序。哪怕程序簡單到只有二十行只要能自己從頭寫出需求分析、變量設(shè)計(jì)、流程組織印象就比抄十遍例題深刻得多。環(huán)境方面我一開始用的是某在線編譯頁面圖省事?？傻搅藬?shù)組越界、野指針調(diào)試的時(shí)候沒有斷點(diǎn)、沒有內(nèi)存查看根本沒法查。后來本地裝了一款支持?jǐn)帱c(diǎn)的IDE搭配GCC編譯器調(diào)試能力才算跟上。很多人覺得學(xué)C語言隨便找個(gè)網(wǎng)頁就能跑但我的體會(huì)是如果你認(rèn)真想學(xué)本地編譯器加單步調(diào)試是必需品這不只是工具問題還直接影響你對程序運(yùn)行時(shí)狀態(tài)的判斷能力。下文中所有實(shí)驗(yàn)都是在本地IDE里完成的。2. 從數(shù)據(jù)表示看到C語言的斤斤計(jì)較2.1 整型占位符與字節(jié)數(shù)不同環(huán)境下的隱形差異第二遍學(xué)習(xí)從數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)開始我才意識到自己第一輪連printf的%d、%u、%ld都分不清楚。教材表格里列得很清楚int通常是4字節(jié)short是2字節(jié)long在32位和64位系統(tǒng)下長度不同。真正讓知識落地的是我做了個(gè)小的環(huán)境探測程序——用sizeof打印所有基礎(chǔ)類型的字節(jié)數(shù)再用printf按不同格式符輸出同一個(gè)變量觀察結(jié)果錯(cuò)亂。實(shí)測下來發(fā)現(xiàn)如果在Windows下用某舊版IDElong和int都是4字節(jié)而在Linux下long變成8字節(jié)。這說明教材上具體長度由系統(tǒng)決定這句話不是廢話而是誰踩坑誰知道。更隱蔽的是unsigned類型。我寫了一段代碼int a -1; unsigned int b 1; if (a b) { printf(a b\n); } else { printf(a b\n); }第一輪我判斷是a小于b因?yàn)?1明明小于1。實(shí)際輸出卻是a b。原因就在于C語言的隱式類型轉(zhuǎn)換當(dāng)有符號數(shù)和無符號數(shù)混合比較時(shí)有符號數(shù)會(huì)被轉(zhuǎn)換成無符號數(shù)。-1在int里是補(bǔ)碼0xFFFFFFFF轉(zhuǎn)換成unsigned int后就變成了4294967295當(dāng)然大于b。這個(gè)例子說出來很簡單但如果你沒親手跑過考試遇到大概率會(huì)錯(cuò)。我現(xiàn)在的筆記里專門留了一個(gè)格式符對照表每次寫printf前都會(huì)確認(rèn)該用%d、%u還是%ld變量類型常用格式符注意事項(xiàng)int%d最常用unsigned int%u和%d混用會(huì)出怪值long%ld64位系統(tǒng)下區(qū)別明顯char%c / %d字符本質(zhì)是整型float%f默認(rèn)輸出6位小數(shù)double%lf與%f混用在某些編譯器下出錯(cuò)2.2 浮點(diǎn)比較與反直覺的類型轉(zhuǎn)換浮點(diǎn)數(shù)部分教材給出的警示是不要直接用判斷浮點(diǎn)數(shù)是否相等。我第一次看沒當(dāng)回事直到寫程序判斷兩個(gè)計(jì)算結(jié)果是否相同時(shí)翻車double x 1.0 / 3.0; double y 3.0 * (1.0 / 3.0) / 3.0 * 3.0; if (x y) { printf(equal\n); } else { printf(not equal\n); }實(shí)際跑出來是not equal。原因是1.0/3.0在二進(jìn)制里是無限循環(huán)小數(shù)存儲(chǔ)時(shí)必然被截?cái)嘟?jīng)過不同運(yùn)算路徑以后誤差累積方向不同。后來我給自己定了一個(gè)笨辦法比較浮點(diǎn)數(shù)時(shí)計(jì)算它們的差的絕對值看是否小于某個(gè)極小閾值比如1e-6而不是直接取等。這一章我還給自己留了一道綜合題輸入一個(gè)整數(shù)輸出它的二進(jìn)制補(bǔ)碼表示。這道題需要用位運(yùn)算、循環(huán)、數(shù)組還得處理負(fù)數(shù)補(bǔ)碼做完以后整型存儲(chǔ)一節(jié)基本就通了。我的建議是學(xué)數(shù)據(jù)表示這一章不要只背整型幾字節(jié)而是親手跑上面這類小實(shí)驗(yàn)把隱式轉(zhuǎn)換、補(bǔ)碼、浮點(diǎn)誤差這些看得見摸不著的概念變成看得到的結(jié)果。3. 選擇結(jié)構(gòu)的花式踩坑switch、分支與邏輯短路3.1 switch穿透一個(gè)沒有break的詭異連鎖選擇結(jié)構(gòu)是C語言里看起來最簡單、寫起來最容易出神bug的部分。我印象最深的是switch語句的穿透問題。教材里特別強(qiáng)調(diào)每個(gè)case后面都要加break但沒說如果不加會(huì)發(fā)生什么。我自己做了個(gè)實(shí)驗(yàn)輸入一個(gè)成績檔次輸出對應(yīng)評語int level 2; switch (level) { case 1: printf(優(yōu)秀\n); case 2: printf(良好\n); case 3: printf(及格\n); default: printf(未知檔次\n); }運(yùn)行結(jié)果是三行全部打印。這就是穿透switch匹配到某個(gè)case后會(huì)從那里開始依次執(zhí)行到break或switch結(jié)束為止。第一輪學(xué)的時(shí)候我把它理解為case是一個(gè)分段的門其實(shí)更準(zhǔn)確的理解是case只是一個(gè)入口標(biāo)簽每個(gè)case之間的代碼并不是獨(dú)立的盒子而是拼在一起的長走廊break是走廊里的出口。意識到這一點(diǎn)后我再看switch就再也沒漏過break。3.2 邏輯表達(dá)式里的短路現(xiàn)象另一個(gè)讓我開了眼界的知識點(diǎn)是邏輯運(yùn)算符的短路求值。教材提到左側(cè)表達(dá)式為假時(shí)右側(cè)不再執(zhí)行||左側(cè)表達(dá)式為真時(shí)右側(cè)不再執(zhí)行。理論很簡單但實(shí)際影響變量值時(shí)就不一樣了。我寫了這樣一段代碼int a 0; int b 5; if (a ! 0 b / a 1) { printf(ok\n); }表面上看b/a會(huì)除零程序應(yīng)該崩。但實(shí)際運(yùn)行時(shí)沒有任何錯(cuò)誤因?yàn)閍不等于0為假后面的b/a表達(dá)式根本沒機(jī)會(huì)執(zhí)行。再看另一個(gè)例子int i 1; int result (i 0) || (i 100); printf(i %d\n, i);輸出是i1而不是100因?yàn)閨|左側(cè)為真右側(cè)整個(gè)賦值表達(dá)式被跳過。這個(gè)坑在多條件組合的復(fù)雜判斷里特別常見如果你在條件表達(dá)式的右側(cè)寫了賦值、自增、函數(shù)調(diào)用卻沒意識到它可能不會(huì)執(zhí)行結(jié)果就會(huì)和預(yù)期偏差很大。我的筆記里記了一條鐵律不要在條件表達(dá)式的有副作用分支里做重要操作要么拆開寫要么用臨時(shí)變量。4. 循環(huán)邊界排查差一錯(cuò)誤與break/continue的細(xì)節(jié)4.1 從九九乘法表看循環(huán)邊界循環(huán)的差一錯(cuò)誤off-by-one幾乎是每個(gè)初學(xué)者都會(huì)經(jīng)歷的。第一輪我寫九九乘法表用的是for (int i 1; i 9; i) { for (int j 1; j i; j) { printf(%d*%d%d , j, i, i * j); } printf(\n); }這能跑但我只是抄出來的對i9和ji為什么這樣寫并沒有真正理解。第二輪我換了個(gè)方式先寫出需求打印下三角矩陣再猜測邊界條件然后故意把i9改成i9把ji改成ji觀察輸出缺了哪一行哪一列。這樣一做邊界的含義就非常直觀了——循環(huán)次數(shù)不是i小于9決定的而是i從初值到終值一共經(jīng)過多少次決定的。之后再做冒泡排序、二分查找這類算法題時(shí)我再也沒犯過下標(biāo)越界或漏掉最后一個(gè)元素的錯(cuò)。4.2 break只能跳出一層循環(huán)break和continue的區(qū)別教材里簡單說明break跳出循環(huán)continue結(jié)束本次循環(huán)但真正寫嵌套循環(huán)時(shí)問題就來了。我試過一個(gè)例子遍歷一個(gè)二維數(shù)組找到第一個(gè)負(fù)數(shù)后立即停止所有遍歷。第一版代碼只寫了break結(jié)果內(nèi)層循環(huán)跳出來了外層還在繼續(xù)跑輸出里出現(xiàn)了多個(gè)負(fù)數(shù)。原因是break只能跳出一層循環(huán)并不能讓外層循環(huán)也停下。要讓整個(gè)雙層循環(huán)都停止要么在break之后加一個(gè)標(biāo)志變量外層循環(huán)每次判斷這個(gè)標(biāo)志要么使用goto不推薦但確實(shí)是C語言的能力。我把完整方案整理成了小筆記int found 0; for (int i 0; i 3 !found; i) { for (int j 0; j 3; j) { if (array[i][j] 0) { found 1; printf(找到負(fù)數(shù)%d\n, array[i][j]); break; } } }外層循環(huán)條件里的!found是我從教材的循環(huán)條件可以是任意表達(dá)式一句悟出來的。這個(gè)寫法比在循環(huán)體末尾判斷標(biāo)志更清爽也少了出錯(cuò)機(jī)會(huì)。continue的坑則主要在它是否跳過循環(huán)變量的更新語句。在for循環(huán)中continue之后會(huì)自動(dòng)執(zhí)行i但在while循環(huán)中continue會(huì)直接跳回條件判斷如果i在continue后面就會(huì)死循環(huán)。我專門用while寫了一個(gè)需要continue卻忘遞增的例子親眼看著程序卡死之后對continue跳到哪里就異常敏感了。5. 數(shù)組與函數(shù)手把手確認(rèn)參數(shù)傳遞的分工5.1 數(shù)組傳參為什么長得像傳地址函數(shù)一章是我第一輪學(xué)習(xí)的分水嶺也是第二輪最有收獲的地方。最核心的問題就是為什么普通變量傳入函數(shù)后修改不影響外部數(shù)組傳入函數(shù)后卻能直接修改外部數(shù)據(jù)教材的解釋是數(shù)組名作為參數(shù)時(shí)傳遞的是地址但為什么數(shù)組就這么特殊我做了兩組對比實(shí)驗(yàn)。第一組是普通變量void change(int x) { x 100; } int a 1; change(a); printf(%d\n, a); // 輸出1第二組是數(shù)組元素和數(shù)組名傳遞void changeElement(int arr[]) { arr[0] 100; } void changeValue(int x) { x 100; } int arr[3] {1, 2, 3}; changeElement(arr); printf(%d\n, arr[0]); // 輸出100 int val 1; changeValue(val); printf(%d\n, val); // 輸出1實(shí)驗(yàn)做完結(jié)論非常清晰普通變量傳值函數(shù)拿到的是副本數(shù)組名傳過去的是首地址函數(shù)通過地址操作原來的內(nèi)存單元。如果非要嚴(yán)格解釋C語言里數(shù)組參數(shù)會(huì)退化為指針?biāo)院瘮?shù)里寫的arr[0]本質(zhì)上等價(jià)于*(首地址0)。理解了這一點(diǎn)再去讀后面指針章節(jié)很多疑問就提前被消解了。5.2 全局變量與局部變量變量遮蔽的實(shí)測作用域是另一個(gè)容易被忽略的細(xì)節(jié)。我給自己設(shè)計(jì)了一個(gè)測試定義一個(gè)全局變量x在一個(gè)函數(shù)里再定義一個(gè)同名局部變量x并修改它最后分別打印函數(shù)內(nèi)和主函數(shù)后的值。實(shí)測結(jié)果是函數(shù)內(nèi)修改的只是局部變量全局變量紋絲不動(dòng)。這種局部變量遮蔽全局變量的現(xiàn)象教材在注釋里提過但不去親手驗(yàn)證遇到時(shí)很容易懵。我在筆記里畫了一張簡單的對照表把傳值、傳地址、全局變量三種數(shù)據(jù)共享方式放在一起比較方式能否修改外部變量被調(diào)函數(shù)能否影響調(diào)用方適用場景值傳遞不能不能簡單數(shù)據(jù)回傳地址傳遞指針能能需要修改多個(gè)外部變量全局變量能能多個(gè)函數(shù)共享少量數(shù)據(jù)我原本覺得全局變量省事實(shí)際寫程序后發(fā)現(xiàn)隨便用全局變量會(huì)導(dǎo)致函數(shù)之間依賴關(guān)系不清晰。后來遵循教材建議盡量用參數(shù)和返回值傳遞數(shù)據(jù)只有配置類常量才放全局。這一章的收尾練習(xí)我寫了一個(gè)學(xué)生成績管理系統(tǒng)的控制臺版用數(shù)組存成績函數(shù)負(fù)責(zé)輸入、計(jì)算平均分、排名、查找不及格學(xué)生。寫完發(fā)現(xiàn)自己對函數(shù)設(shè)計(jì)有了真正的手感——哪個(gè)函數(shù)負(fù)責(zé)什么、哪種數(shù)據(jù)該通過參數(shù)傳、哪種該用返回值返回不再靠蒙。6. 指針預(yù)習(xí)筆記數(shù)組名、指針變量與動(dòng)態(tài)內(nèi)存6.1 指針不是拿來就能用初始化是底線指針是《C程序設(shè)計(jì)第五版》后半部分的第一道高墻。第一輪我就是在這里放棄的因?yàn)槲沂冀K想不明白指針變量里存的到底是什么東西。第二輪我換了個(gè)類比普通變量是一個(gè)貼了標(biāo)簽的抽屜抽屜里放著值指針變量也是一個(gè)抽屜但里面放的是另一張寫著某樣?xùn)|西在第幾排第幾格的索引條。這個(gè)類比幫我繞過了指針就是地址這句抽象話。真正動(dòng)手時(shí)我第一個(gè)踩的坑是未初始化指針。代碼長這樣int *p; *p 100;第一輪我覺得聲明了指針就能用結(jié)果程序運(yùn)行時(shí)崩潰。原因在于p沒有初始化它指向一個(gè)隨機(jī)的內(nèi)存地址往這個(gè)地址寫100可能踩到系統(tǒng)保護(hù)區(qū)域。教材里反復(fù)強(qiáng)調(diào)指針必須先賦值再使用這不是啰嗦而是血的教訓(xùn)。我用自己的IDE試驗(yàn)后把規(guī)則記成了三句話指針變量聲明后要嘛置NULL要嘛立刻指向一個(gè)合法變量要嘛用malloc分配內(nèi)存。6.2 野指針排查實(shí)錄指針最難的部分是動(dòng)態(tài)內(nèi)存。我寫了一小段程序打算動(dòng)態(tài)分配一個(gè)數(shù)組并給它賦值int *arr (int*)malloc(5 * sizeof(int)); if (arr NULL) { printf(分配失敗\n); return 1; } for (int i 0; i 5; i) { arr[i] i; } free(arr);代碼看起來挺正常但運(yùn)行到一半偶爾會(huì)報(bào)錯(cuò)。我盯著for循環(huán)看了很久最后發(fā)現(xiàn)條件i5意味著要訪問arr[5]可分配的空間只有arr[0]到arr[4]。數(shù)組越界不一定會(huì)立刻崩潰但會(huì)悄悄破壞相鄰內(nèi)存區(qū)域的數(shù)據(jù)——這正是為什么有時(shí)能跑有時(shí)崩的解釋。修正成i5之后程序就穩(wěn)定了。這次的排查經(jīng)歷讓我真正明白內(nèi)存安全是什么意思。C不像其他語言會(huì)檢查數(shù)組下標(biāo)它把這件事完全交給了程序員。我后來給指針章節(jié)做了個(gè)自查清單每個(gè)malloc是否檢查了返回值、每個(gè)數(shù)組操作是否確認(rèn)不越界、每次free后是否將指針置為NULL。教材后面的習(xí)題里有一類找錯(cuò)題表面在考語法實(shí)際上就是在訓(xùn)練這些安全意識。7. 階段自測與避坑清單7.1 階段自測題目日記更新到2.0階段我做了一個(gè)自我評測把零散筆記匯總成幾道題目。如果你也正在學(xué)習(xí)《C程序設(shè)計(jì)第五版》不妨先在心里過一遍輸入一個(gè)正整數(shù)n打印前n項(xiàng)斐波那契數(shù)列n不超過100時(shí)結(jié)果不會(huì)溢出嗎如果要支持更大的n數(shù)據(jù)類型該換成什么寫一個(gè)函數(shù)傳入一個(gè)字符串?dāng)?shù)組和一個(gè)整數(shù)k返回把數(shù)組元素循環(huán)左移k位后的結(jié)果。要求用指針實(shí)現(xiàn)不能直接用臨時(shí)大數(shù)組。輸入若干學(xué)生成績統(tǒng)計(jì)不及格人數(shù)、平均分、最高分。要求只使用函數(shù)和數(shù)組不得用全局變量傳遞結(jié)果。設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)判斷一個(gè)整數(shù)是否為素?cái)?shù)并輸出它所有小于自身的因數(shù)。要求至少用三種不同循環(huán)方式實(shí)現(xiàn)同一個(gè)功能。解釋下面代碼的輸出結(jié)果并說明每一步內(nèi)存狀態(tài)變化char *s hello; char t[] world; s t; t[0] H; printf(%s\n, s);這幾道題不偏不怪但每一道都需要打破抄代碼的慣性。第5題尤其考察字符串常量能否被修改、字符數(shù)組與字符指針的區(qū)別——我在做這道題時(shí)就把常量區(qū)的字符串不能改而數(shù)組里的可以改這個(gè)教材重點(diǎn)徹底串起來了。7.2 避坑清單最后把我這階段踩過的坑濃縮成一張清單后續(xù)看日記時(shí)直接對照坑點(diǎn)表現(xiàn)正確的做法scanf忘記加程序崩潰或變量未更新普通變量前必須加數(shù)組下標(biāo)從1開始數(shù)組首元素異常記住下標(biāo)從0開始循環(huán)邊界用還是搞混多跑一次或少跑一次先數(shù)清楚執(zhí)行次數(shù)switch漏break多個(gè)case同時(shí)執(zhí)行每個(gè)case末尾確認(rèn)break浮點(diǎn)直接比較判斷結(jié)果時(shí)對時(shí)錯(cuò)用差值閾值比較未初始化指針直接賦值運(yùn)行時(shí)隨機(jī)崩潰初始化NULL或指向合法變量malloc后不檢查NULL內(nèi)存分配失敗時(shí)崩潰分配后立即檢查free后不置NULL重復(fù)free報(bào)錯(cuò)free后手動(dòng)置NULL字符串常量寫入修改運(yùn)行時(shí)崩潰用字符數(shù)組保存可修改字符串有些坑看起來很基礎(chǔ)但在真實(shí)編寫過程中越是基礎(chǔ)的坑越容易在調(diào)試兩小時(shí)后才發(fā)現(xiàn)。我把這張表放成了一張圖片存在手機(jī)相冊里平時(shí)寫小程序前掃一遍出事故的概率明顯降低。學(xué)習(xí)《C程序設(shè)計(jì)第五版》的過程本質(zhì)上不是看懂而是親手操作、親手失敗、親手修正。2.0版本的學(xué)習(xí)日記和第一版最大的區(qū)別就是我允許自己犯錯(cuò)并且把每次犯錯(cuò)都變成了一項(xiàng)新的實(shí)驗(yàn)記錄。如果你也卡在函數(shù)和指針附近我的建議很簡單放下要把整本書讀完的執(zhí)念挑一個(gè)知識點(diǎn)、寫一段小代碼、故意制造一個(gè)錯(cuò)誤然后把它修好。這個(gè)過程比一本書從頭到尾讀三遍都有用。