C陷阱与缺陷(二)

  今天有上课了，王老师与我们分享了一些笔试容易出错的问题，我把它总结出来与大家一起学习。

1. 求下面程序的结果：

int
main(void)
{
    unsigned short A = 10;
    printf("~A = %u\n", ~A);

    char c = 128;
    printf("c = %d\n", c);
}

运算结果：4294967285（我的机子上，short是16位的）
        -128

分析：第一个printf()语句考察了对数据进行按位求反，最后的结果以%u无符号的形式打印出来。按位求反以后，最高位为有效位，而不是符号位，我们将其转换为十进制打印出来。

          第二个printf()语句考察了数据类型char默认是有符号(signed)还是无符号的(unsigned)。这个题很容易让人答错，运行结果后是-128。从结果可以发现，若是无符号数的话，以十进制打印出来，应该为128。所以，可以确定char默认为有符号数(signed)。128对于有符号的char来说，发生了溢出，所以结果为-128。

2. 求输出结果：

void
GetMemory(char **p, int num)
{
    *p = (char *)malloc(num);
}
int
main(void)
{
    char *str = NULL;

    GetMemory(&str, 100);
    strcpy(str, "hello");
    free(str);
    if( str != NULL )
        strcpy(str, "world");
    printf("str is %s\n", str);
}
运行结果：str is world

分析：这个题其实是有bug的。main()调用GetMemory(),GetMemory()调用了malloc(),之后将hello拷贝到str中，此时，str为hello。接下来，free把malloc()申请的空间释放掉了。

          注意，我们free掉申请的空间后，并没有将str这个指针的值改变。我们在free(str)前、后分别加上一条语句：printf("%x\n", &str)；，会发现两个地址是一样的，下面是我的电脑运行出来的结果：

         我们紧接着又给str拷贝了world，可能很多人会和我有一样的感觉，就是这是错误的，明明将空间释放掉了，怎么能拷贝到里面呢？

          在拷贝world之前，有一条if()语句，判断str是否为NULL，从上面的打印结果可以看到，str并不为NULL，所以会进行下面的拷贝语句。不过，特别要注意，打印出str is world,这完全是一个巧合，因为我们在free与后来的拷贝之间并没有进行新的空间申请，所以，虽然释放了空间，但是我们可以找到地址，在这块内存上进行复制操作。如果我们在free后，又申请了新的空间，刚刚好把这块空间申请了，可能结果就不是我们想要的了。

          我们自己平时使用时，一定要避免这种错误。方法是在free()后，将指针置为NULL,这样，由于指针为空，所以对它进行复制操作必然会发生错误。

3. 求下面程序的运行结果：

int
main(void)
{
    char a[10];

    printf("%d\n", strlen(a));

    return 0;
}

分析：这个程序重点考察了数组的初始化和strlen()的用法。我的电脑上运行这个程序的结果为2，这是一个随机值，下面我将详细说明：

这是我将上面的程序进行扩充后的代码：

int
main(void)
{
    char a[10];
    int i;

    for(i = 0; i < 10; ++i)
        printf("a[%d]:%d\n", a[i]);
    printf("length:%d\n", strlen(a));

    return 0;
}

下面是运行结果：

   从运行结果可以看到，a数组中存入的值为垃圾值。length()求的是字符串的长度，到'\0'为止的长度。由此可知，strlen(a)的结果为2。2是一个随机值，每个人的机子上运行出来的结果可能都不一样，因为每个人机子上，数组初始化几个元素是不定的。有的人的机子上可能会打印出大于10的值，这是因为strlen()在求值的时候，从数组第一个元素开始查找，找到连续内存中的第一个'\0'停止，即为strlen()的结果。

   特别强调一下，如果上述strlen()换为sizeof()的话，结果为10。strlen()与数组的初始化有关，而sizeof()与初始化无关。

4. x = 9999， 求下面函数的返回值

int
func(int x)
{
    int countx = 0;

    while(x)
    {
        countx++;
        x = x & (x-1);
    }

    return countx;
}
运行结果：8

分析：这道题的重点在于我们要明白函数的功能是什么。

         注意到，在while()循环里有一个位运算符&，这就意味着我们要将x化为二进制表示形式。循环里，x不断的减1，&运算后，x的值也就随之改变。我们知道任何数和1&，值都不变；而和0&，会在0的对应位将那一位的值置0。会发现，其实countx是在统计二进制数中的1的个数。

         那么，9999中有多少个1呢？这里有一个方便的方法来计算，而不用我们通常除二的方法来求十进制数的二进制值。我们可以将9999拆为若干个二进制的幂，然后分别计算每一部分的1的个数：

9999 = 9 *1024 + 1*512 + 1 *256 + 1*8 + 1*4 + 1*2 + 1*1

        = 9 *(2^10) + 1*(2^9) + 1*(2^8) + 1*(2^3) + 1*(2^2) + 1*(2^1) + 1*(2^0)

我们知道2的n次幂为：1个1，后面跟n个0。那么，

9*(2^10)中含有2个一，因为9为1001，有两个1，乘以2的10次方，1的个数没变。以此类推，可得9999一共有8个1。

5. 求sizeof(A) = ?（32位机）

struct A
{
    char t:4;
    char k:4;
    unsigned short i:8;
    unsigned long m;
};
运行结果：8（gcc编译器，版本为4.6.3）

分析：这道题考察了字节对齐问题，同时涉及到了位段。特别说明，不同的编译器版本，运行出来的结果可能不一样，本人的机子是gcc 4.6.3。

          t占用了4位，k占用了4位，i占用了8位，这是一共占用了2个字节。因为gcc下是以4字节对齐的，这时，再放入m的四个字节已经放不下，从另一个存储单元（视不同的编译器而定）开始存放，实际存放如下图（上面的数字是我假设的地址，方便大家看）：