外观
03.库函数、预处理器、可移植性
第五章 ：库函数
5.1 返回整数的getchar函数
getchar 函数在一般情况下返回的是标准输入文件中的下一个字符，当没有输入时返回EOF（一个在头文件 stdio.h中被定义的值，不同于任何一个字符)。
这个程序乍一看似乎是把标准输入复制到标准输出，实则不然。
原因：在于程序中的变量c被声明为 char类型，而不是int类型。这意味着c无法容下所有可能的字符，特别是，可能无法容下EOF。
可能会导致三种结果：①某些合法的输入字符在被“截断”后使得c的取值与EOF相同;②另一种可能是，c根本不可能取到EOF这个值。对于前一种情况，程序将在文件复制的中途终止：对于后一种情况，程序将陷入一个死循环。③编译器可能会比较getchar函数的返回值与EOF，编译器如果采取的是这种做法，上面的例子程序看上去就能够“正常”运行了。
5.2 更新顺序文件
①&rec在传入fread 和 fwrite函数时被转换为字符指针类型，sizeof(rec)被转换为长整型。
②第二个fseek函数虽然看上去什么也没做，但它改变了文件的状态，使得文件可以正常地进行读取了。
为了保持与过去不能同时进行读写操作的程序的向下兼容性，一个输入操作不能随后直接紧跟一个输出操作，反之亦然。如果要同时进行输入和输出操作，必须在其中插入fseek函数的调用。
5.3 缓冲输出与内存分配
程序输出有两种方式：一种是即时处理方式，另一种是先暂存起来，然后再大块写入的方式，前者往往造成较高的系统负担。
因此，C语言实现通常都允许程序员进行实际的写操作之前控制产生的输出数据量。
这种控制能力一般是通过库函数setbuf实现的。如果buf是一个大小适当的字符数组，那么，
setbuf (stdout,buf ) ;
语句将通知输入/输出库，所有写入到stdout的输出都应该使用buf作为输出缓冲区，直到 buf缓冲区被填满或者程序员直接调用fflush(译注:对于由写操作打开的文件，调用fflush将导致输出缓冲区的内容被实际地写入该文件)，buf缓冲区中的内容才实际写入到stdout中。缓冲区的大小由系统头文件<stdio.h>中的BUFSIZ定义。
程序为了保证多线程处理，可以采取以下两种方法：第一种办法是让缓冲数组成为静态数组，既可以直接显式声明buf 为静态；第二种办法是动态分配缓冲区(malloc)。
5.4 使用errno检测错误
很多库函数，特别是那些与操作系统有关的，当执行失败时会通过一个名称为errno 的外部变量，通知程序该函数调用失败。
在使用errno进行判断之前应该先对库函数的返回值进行判断（确认出错），再对errno进行判断。
因为在库函数调用没有失败的情况下，并没有强制要求库函数一定要设置errno为0，这样errno的值就可能是前一个执行失败的库函数设置的值。
5.5 库函数signal
实际上所有的C语言实现中都包括有signal 库函数，作为捕获异步事件的一种方式。要使用该库函数，需要在源文件中加上
#include <signal.h>
要处理一个特定的signal(信号)，可以这样调用signal函数：
signal (signal type，handler function) ;
signal type：系统头文件 signal.h中定义的某些常量,这些常量用来标识signal函数将要捕获的信号类型。
handler function：当指定的事件发生时，将要加以调用的事件处理函数。
在许多C语言实现中，信号是真正意义上的“异步”。从理论上说，一个信号可能在C程序执行期间的任何时刻上发生。需要特别强调的是，信号甚至可能出现在某些复杂库函数（如 malloc）的执行过程中。因此，从安全的角度考虑，得到的结论是：信号非常复杂棘手，而且具有一些从本质上而言不可移植的特性。解决这个问题我们最好采取“守势”，让 signal 处理函数尽可能地简单，并将它们组织在一起。这样，当需要适应一个新系统时，我们可以很容易地进行修改。
5.6 练习
练习5-1 当一个程序异常终止时，程序输出的最后几行常常会丢失，原因是什么?我们能够采取怎样的措施来解决这个问题?
一个异常终止的程序可能没有机会来清空其输出缓冲区。因此，该程序生成的输出可能位于内存的某个位置，但却永远不会被写出了。在某些系统上，这些无法被写出的输出数据可能长达好几页。
对于试图调试这类程序的编程者来说，这种丢失输出的情况经常会误导他们，因为它会造成这样一种印象，程序发生失败的时刻比实际上运行失败的真正时刻要早得多。解决方案就是在调试时强制不允许对输出进行缓冲。要做到这一点，不同的系统有不同的做法，这些做法虽然存在细微差别，但大致如下:
setbuf (stdout，(char * ) 0 ) ;
这个语句必须在任何输出被写入到stdout(包括任何对printf 函数的调用）之前执行。该语句最恰当的位置就是作为main函数的第一个语句。
练习5-2 下面程序的作用是把它的输入复制到输出：
从这个程序中去掉#include 语句，将导致程序不能通过编译，因为这时EOF是未定义的。假定我们手工定义了EOF（当然，这是一种不好的做法)
这个程序在许多系统中仍然能够运行，但是在某些系统运行起来却慢得多。这是为什么?
函数调用需要花费较长的程序执行时间，因此getchar 经常被实现为宏。这个宏在 stdio.h头文件中定义，因此如果一个程序没有包含stdio.h头文件，编译器对getchar的定义就一无所知。在这种情况下，编译器会假定getchar是一个返回类型为整型的函数。
实际上，很多C语言实现在库文件中都包括有getchar函数，原因部分是预防编程者粗心大意，部分是为了方便那些需要得到getchar地址的编程者。因此，程序中忘记包含stdio.h头文件的效果就是，在所有 getchar宏出现的地方，都用getchar函数调用来替换getchar宏。这个程序之所以运行变慢，就是因为函数调用所导致的开销增多。同样的依据也完全适用于putchar。
第六章：预处理器
6.1 不能忽视宏定义中的空格
这一规则不适用于宏调用，而只对宏定义适用。在上面完成宏定义后，f(3)与f (3)求值后都等于2。
6.2 宏不是函数
请注意宏定义中出现的所有这些括号，它们的作用是预防引起与优先级有关的问题。
注意混合了宏和递增运算所带来的副作用。
使用宏的另一个危险是，宏展开可能产生非常庞大的表达式，占用的空间远远超过了编程者所期望的空间。
6.3 宏不是语句
6.4 宏并不是类型定义
宏的一个常见用途是，使多个不同变量的类型可在一个地方说明。
但是使用typedef的方式要更加通用一些。
例如，考虑下面的代码：
#define T1 struct foo \*typedef struct foo *T2;
但是，当我们试图用它们来声明多个变量时，问题就来了
T1 a,b; ===> struct foo *a, b;
T2 a,b; ===> struct foo *a ,*b;
6.5 练习
练习6-1 请使用宏来实现max 的一个版本，其中 max 的参数都是整数，要求在宏max的定义中这些整型参数只被求值一次。
max宏的每个参数的值都有可能使用两次：一次是在两个参数作比较时；一次是在把它作为结果返回时。因此，我们有必要把每个参数存储在一个临时变量中。
遗憾的是，我们没有直接的办法可以在一个C表达式的内部声明一个临时变量。因此，如果我们要在一个表达式中使用max宏，那么我们就必须在其他地方声明这些临时变量，比如说可以在宏定义之后，但不是将这些变量作为宏定义的一部分进行声明。如果max宏用于不止一个程序文件，我们应该把这些临时变量声明为static，以避免命名冲突。不妨假定，这些定义将出现在某个头文件中；
练习6-2 本章第1节中提到的“表达式”
(x)((x)-1)
能否成为一个合法的C表达式?
一种可能是，如果x是类型名，例如x被这样定义：typedef int x;
在这种情况下，
(x)((x)-1)等价于
( int ) ( (int ) -1)
这个式子的含义是把常数-1转换为int类型两次。我们也可以通过预处理指令来定义x为一种类型，以达到同样的效果：
#define x int
另一种可能是当x为函数指针时。回忆一下，如果某个上下文中本应需要函数而实际上却用了函数指针，那么该指针所指向的函数将会自动地被取得并替换这个函数指针。因此，本题中的表达式可以被解释为调用x所指向的函数，这个函数的参数是(x)-1。为了保证(x)-1是一个合法的表达式，x必须实际地指向一个函数指针数组中的某个元素。
x的完整类型是什么呢?为了讨论问题方便起见，我们假定x的类型是T，因此可以如下声明x：
T x ;
显而易见，x必须是一个指针，所指向的函数的参数类型是T。这一点让T比较难以定义。下面是最容易想到的办法，但却没有用:
typedef void (*T)(T);
因为只有当T已经被声明之后，才能这样定义T!不过，x所指向的函数的参数类型并不一定要是T，而可以是任何T可以被转换成的类型。具体来说，void *类型就完全可以:
typedef void (*T) (void * ) ;
这个练习的用意在于说明，对于那些看上去无从着手、形式“怪异”的结构，我们不应该轻率地一律将其作为错误来处理。
第七章：可移植性
7.1 应对C语言标准的变更
许多有关可移植性的决策都有类似的特点。一个程序员是否应该使用某个新的或特定的特性?使用该特性也许能给编程带来巨大的方便，但代价却是使程序失去了一部分潜在用户。
这个问题确实难于回答。程序的生命期往往超过了编程者最初的预料，即使这个程序只是编程者出于自用的目的而编写的。因此，我们不能只看到当前的需要，而忽视未来可能的需要。然而，为了尽量增加程序的可移植性，让过去的工具能够继续工作，而放弃现在可能的收益，这种代价又未免过于昂贵。要解决这类有关决定的问题，最好的做法也许就是承认我们需要下定决心才能做出选择，因此必须慎重对待，不能等闲视之。
7.2 标识符名称的限制
7.3 整数的大小
1、3种类型的整数其长度是非递减的。也就是说，short型整数容纳的值肯定能够被int型整数容纳，int型整数容纳的值也肯定能够被long 型整数容纳。对于一个特定的C语言实现来说，并不需要实际支持3种不同长度的整数，但可能不会让 short型整数大于int型整数，而int型整数大于long 型整数。
2、一个普通（ int类型）整数足够大以容纳任何数组下标。
3、字符长度由硬件特性决定。
ANSI标准要求long 型整数的长度至少应该是32位，而 short型和 int型整数的长度至少应该是16位。因为大多数机器中字符长度是8位，对这些机器而言最方便的整数长度是16位和32位，因此所有早期的C编译器也都能够满足这些限制条件。
7.4 字符是有符号整数还是无符号整数
如果一个字符的最高位是1，编译器是将该字符当作有符号数，还是无符号数呢?对于任何一个需要处理该字符的程序员来说，上述选择的结果非常重要。
如果编程者关注一个最高位是1的字符其数值究竟是正还是负，可以将这个字符声明为无符号字符(unsigned char)。这样，无论是什么编译器，在将该字符转换为整数时都只需将多余的位填充为0即可。而如果声明为一般的字符变量，
一个常见错误认识是：如果c是一个字符变量，使用(unsigned) c就可得到与c等价的无符号整数。这是会失败的，因为在将字符c转换为无符号整数时，c将首先被转换为int型整数，而此时可能得到非预期的结果。
正确的方式是使用语句(unsigned char) c，因为一个unsigned char类型的字符在转换为无符号整数时无需首先转换为int型整数，而是直接进行转换。
7.5 移位运算符
1.在向右移位时，空出的位是由0填充，还是由符号位的副本填充?
2.移位计数（即移位操作的位数）允许的取值范围是什么?
关于1：与具体的C语言实现有关。
如果被移位的对象是无符号数，那么空出的位将被0填充。
如果被移位的对象是有符号数，那么C语言实现既可以用0填充空出的位,也可以用符号位的副本填充空出的位。
编程者如果关注向右移位时空出的位，那么可以将操作的变量声明为无符号类型，那么空出的位都会被设置为0。
关于2：
如果被移位的对象长度是n位，那么移位计数必须大于或等于0，而严格小于n。因此，不可能做到在单次操作中将某个数值中的所有位都移出。为什么要有这个限制呢?因为只要加上了这个限制条件，我们就能够在硬件上高效地实现移位运算。
需要注意的是，即使C实现将符号位复制到空出的位中，有符号整数的向右移位运算也并不等同于除以2的某次幂。要证明这一点，让我们考虑(-1)>>1，以除法运算来代替移位运算，将可能导致程序运行速度大大减慢。
7.6 内存位置0
在这种情况下究竟会得到什么结果呢?不同的编译器有不同的结果。
某些C语言实现对内存位置0强加了硬件级的读保护，在其上工作的程序如果错误使用了一个null 指针，将立即终止执行。
其他一些C语言实现对内存位置0只允许读，不允许写。在这种情况下，一个null 指针似乎指向的是某个字符串，但其内容通常不过是一堆“垃圾信息”。
还有一些C语言实现对内存位置0既允许读，也允许写。在这种实现上面工作的程序如果错误使用了一个null 指针，则很可能覆盖了操作系统的部分内容，造成彻底的灾难!
7.7 除法运算时发生截断
假定我们让a除以b，商为q，余数为r ：
q = a / b;
r = a % b;
这里，不妨假定b大于0。
我们希望a、b、q、r之间维持怎样的关系呢?
1. 最重要的一点，我们希望q*b+r == a，因为这是定义余数的关系。
2. 如果我们改变a的正负号，我们希望这会改变q的符号，但这不会改变q的绝对值。
3. 当b>0时，我们希望保证r>=0且r<b。例如，如果余数用于哈希表的索引，确保它是一个有效的索引值很重要。
C语言或者其他语言在实现整数除法截断运算时，必须放弃上述三条原则中的至少一条。大多数程序设计语言选择了放弃第3条，而改为要求余数与被除数的正负号相同。这样，性质1和性质2就可以得到满足。大多数C编译器在实践中也都是这样做的。
程序在设计时就应该避免值为负这样的情形。
7.8 随机数的大小
设计之初：认为rand函数的返回值范围应该包括该机器上所有可能的非负整数取值。
ANSIC标准中定义了一个常数RAND_MAX，它的值等于随机数的最大取值，但是早期的C实现通常都没有包含这个常数。
7.9 大小写转换
7.10 首先释放，然后重新分配
早期的realloc函数的实现要求待重新分配的内存区域必须首先被释放。因为这个原因，仍然还有一些较老的C程序是首先释放某块内存，然后再重新分配这块内存。当我们移植这样一个较老的C程序到一个新的实现中时，必须注意到这一点。
百科中总结的关于realloc的用法
1. realloc失败的时候，返回NULL
2. realloc失败的时候，原来的内存不改变，不会释放也不会移动
3. 假如原来的内存后面还有足够多剩余内存的话，realloc的内存=原来的内存+剩余内存,realloc还是返回原来内存的地址; 假如原来的内存后面没有足够多剩余内存的话，realloc将申请新的内存，然后把原来的内存数据拷贝到新内存里，原来的内存将被free掉,realloc返回新内存的地址
4. 如果size为0，效果等同于free()。这里需要注意的是只对指针本身进行释放，例如对二维指针**a，对a调用realloc时只会释放一维，使用时谨防内存泄露。
5. 传递给realloc的指针必须是先前通过malloc(),calloc(),或realloc()分配的,或者是NULL。
6.传递给realloc的指针可以为空，等同于malloc。
7.11 练习
练习7-1 本章第3节中说，如果一个机器的字符长度为8位，那么其整数长度很可能是16位或32位。请问原因是什么?
某些计算机为每个字符分配一个惟一的内存地址，而另一些机器却是按字来对内存寻址。按字寻址的机器通常都存在不能有效处理字符数据的问题，因为要从内存中取得一个字符，就必须读取整个字的内容，然后把不需要用到的部分都丢弃。
由于按字符寻址的机型在字符处理方面的效率优势，它们相对于按字寻址的机型近年来要更为流行。然而，即使对于按字符寻址的机器，字的概念在进行整数运算的时候也仍然是重要的。因为字符在内存中的存储位置是连续的，所以一个字中包含的字符数，将决定在内存中连续存放的字的地址
如果一个字中包含的字符数是2的某次幂，因为乘以2的某次幂的运算可以转换为移位运算，所以计算机硬件就能很容易地完成从字符地址到字地址的转换。因此，我们可以合理地预期，字的长度是字符长度的2的某次幂。
那么整数的长度为什么不是64位呢?当然，某些时候这样做无疑是有用的。但是，对于那些支持浮点运算的硬件的机器，这样做的意义就不大了;而且考虑到我们并不经常需要用到64位整数这样的精度，实现64位整数的代价就过于昂贵。如果只是偶尔用到，我们完全可以用软件来仿真64位（或者更长）的整数，而且丝毫不影响效率。
练习7-2 函数atol的作用是，接受一个指向以null结尾的字符串的指针作为参数，返回一个对应的 long 型整数值。假定:
作为输入参数的指针，指向的字符串总是代表一个合法的long 型整数值，因此atol函数无须检查该输入是否越界。
惟一合法的输入字符是数字和正负号。输入字符串在遇到第一个非法字符时结束。
请写出atol函数的一个可移植版本。
我们不妨假定在机器的排序序列中，数字是连续排列的：任何一种现代计算机都是这样实现的，而且ANSI C标准中也是这样要求的。因此，我们面临的主要问题就是避免中间结果发生溢出，即使最终的结果在取值范围之内也是如此。
正如printnum 函数中的情形,如果long 型负数的最小可能取值与正数的最大可能取值并不相匹配，问题就变得棘手了。特别地，如果我们首先把一个值作为正数处理，然后再使它为负，对于负数的最大可能取值的情况，在很多机器上都会发生溢出。
下面这个版本的atol函数，只使用负数（和零）来得到函数的结果，从而避免了溢出：
