C語言筆試面試題精選：從printf返回值到位運算陷阱全解析

C語言筆試面試題精選：從printf返回值到位運算陷阱全解析

本文精選15道經典C語言筆試題，涵蓋標準庫返回值、宏展開機制、指針算術、運算符優先級、位運算提升、短路求值、sizeof特性等核心考點，附帶詳細解析與避坑指南。

題目一：printf與scanf返回值

int main() {
    int i = 43;
    int n = printf("%d\n", i);  // 輸出 "43\n"
    printf("%d\n", n);          // 輸出什麼？
    return 0;
}

答案：3（字符'4'、'3'、'\n'共3個）

規律：printf返回成功輸出字符數，錯誤返回負數；scanf返回成功賦值項目數，失敗返回EOF。

題目二：fgetc為何返回int而非char

原因：需區分有效字符0xFF（255）與EOF（-1）。若返回char，有符號時兩者均為-1，無符號時無法表示-1。

題目三：sizeof導致的循環陷阱

#define TOTAL_ELEMENTS (sizeof(array)/sizeof(array[0]))
int array[] = {23,34,12,17,204,99,16};
int main() {
    int d;
    for(d = -1; d <= (TOTAL_ELEMENTS-2); d++)
        printf("%d\n", array[d+1]);
    return 0;
}

現象：無輸出

原因：sizeof返回size_t（無符號），比較時d被提升為無符號數，-1變為巨大正數，循環條件不成立。

修正：for(d = -1; d <= (int)TOTAL_ELEMENTS-2; d++)

題目四：宏字符串化與連接符

#define f(a,b) a##b
#define g(a) #a
#define h(a) g(a)

printf("%s\n", h(f(1,2)));  // 輸出？
printf("%s\n", g(f(1,2)));  // 輸出？

答案：12 和 f(1,2)

解析：

• g(f(1,2))：#直接字符串化參數，不展開內層宏 → "f(1,2)"
• h(f(1,2))：h先展開參數 f(1,2)→12，再傳給g字符串化 → "12"

題目五：數組指針算術

int a[5]; // 假設地址 0xbfe2e100，32位系統
printf("%x\n", a);      // ?
printf("%x\n", a+1);    // ?
printf("%x\n", &a);     // ?
printf("%x\n", &a+1);   // ?

答案：

• a：bfe2e100（數組首元素地址）
• a+1：bfe2e104（+1个int，即+4字節）
• &a：bfe2e100（數組地址值相同，但類型是int(*)[5]）
• &a+1：bfe2e114（+1個數組，即+5*4=20字節=0x14）

題目六：運算符優先級陷阱

int a = 2;
if(a & 1 == 0)  // 實際解析為 a & (1==0) 即 a & 0
    printf("a & 1 == 0");
else
    printf("a & 1 != 0");  // 輸出此行

優先級：==/!= > & > ^ > | > && > ||

題目七：短路求值與副作用

int i = 6;
if( ((++i < 7) && (i++/6)) || (++i <= 9) );
printf("%d\n", i);  // 輸出 8

過程：++i→7，7<7為假，&&短路跳過i++/6，||繼續評估++i<=9（i變8），最終i=8。

題目八：sizeof不計算表達式副作用

int i = 1;
sizeof(i++);
printf("%d\n", i);  // 輸出 1（i未增）

原因：sizeof編譯期求值，僅根據類型計算大小，不生成計算代碼。

題目九：移位優先級導致乘5錯誤

t = a<<2 + a;  // 實際為 a << (2+a)，非 (a<<2)+a
// 修正：t = (a<<2) + a;

優先級：+ > <<

題目十：位運算整型提升

unsigned char c = 0xfc;
unsigned int i = ~c;
printf("%x\n", i);  // 輸出 0xffffff03，非 0x03

原因：c先提升為int（0x000000fc），再取反得0xffffff03。若c為char（有符號），提升為0xfffffffc，取反得0x03。

題目十一：無符號字符循環陷阱

#define MAX 255
unsigned char A[MAX], i;
for(i = 0; i <= MAX; i++)  // i最大255，i++後變0，無限循環
    A[i] = i;

題目十二：無分支求最大/最小值

max = ((a+b) + abs(a-b)) / 2;
min = ((a+b) - abs(a-b)) / 2;

題目十三：無比較運算符求最大值宏

#define MAX(a,b) ((((a)-(b)) & (1<<31)) ? (b) : (a))  // 32位系統

利用符號位判斷a-b正負。

題目十四：結構體成員偏移量宏

#define OFFSET(struct, member) ((unsigned int)&((struct*)0)->member)

利用空指針解引用計算偏移（編譯期常量，不產生實際訪問）。

題目十五：求不小於x的最小2的冪

int pow2_ceil(unsigned int x) {
    x--; 
    x |= x >> 1; 
    x |= x >> 2; 
    x |= x >> 4; 
    x |= x >> 8; 
    x |= x >> 16; 
    x++; 
    return x;
}

位填充技巧：將最高位1後的所有位置1，再+1得到下一個2的冪。

附錄：常用位操作速查

// 設置bit5為1：  x |= (1<<5);
// 清除bit5為0：  x &= ~(1<<5);
// 測試bit5是否1： (x & (1<<5)) != 0
// 判斷偶數：     (num & 1) == 0

volatile關鍵字深度解析

作用：告訴編譯器「此變量可能意外改變」，禁止優化器缓存寄存器值，強制每次從內存讀取。

典型場景：

1. 硬件寄存器（狀態寄存器、數據口）
2. 中斷服務程序訪問的非自動變量
3. 多線程共享變量（配合原子操作/鎖使用）

經典失效案例：線程A在循環中檢查寄存器中緩存的flag，線程B修改內存中flag，A永遠看不到變化 → 死循環。加volatile強制每次讀內存解決。