《C和指針》核心筆記（一）：快速上手、數據模型與運算符深度解析

第一章：快速上手要訣

• 代碼邏輯刪除：用 #if 0 ... #endif 替代 /* */，避免嵌套註釋問題。
• 預處理：#include 文本替換，#define 定義常量/宏（類似 Java final static）。
• 頭文件複用：共享聲明放入 .h，#include 引入，單一拷貝易維護。
• 函數原型：便於編譯器檢查調用準確性，跨文件調用必備。
• 數組名 即首元素地址，&arr 雖合法但多餘。
• scanf 以空白分隔（%c 除外），字符串不可含空白。
• 數組越界：標準不要求檢查，需自查，否則破壞相鄰內存。
• scanf 返回值：成功轉換數，失敗返回 0，EOF 返回 EOF。
• gets/puts：gets 讀行丟棄 \n 加 \0；puts 輸出加 \n。
• getchar/putchar：單字符 I/O，getchar 返回 int（含 EOF），putchar 輸出字符碼。

編譯鏈接流程

編輯 → 預處理 → 編譯(.o) → 鏈接(a.out) → 加載 → 運行
UNIX: cc welcome.c → a.out

第二章：數據模型詳解

整型位寬與範圍

limits.h 定義 CHAR_BIT, SCHAR_MIN/MAX, UCHAR_MAX, SHRT_MIN/MAX, USHRT_MAX, INT_MIN/MAX, UINT_MAX, LONG_MIN/MAX, ULONG_MAX。

字符有符號性判斷

#if ('\x80' < 0)
#define CHAR_MIN SCHAR_MIN
#define CHAR_MAX SCHAR_MAX
#else
#define CHAR_MIN 0
#define CHAR_MAX UCHAR_MAX
#endif

整型常量類型推導

• 十進制：int → long → unsigned long（取最小容納者）。
• 八/十六進制：int → unsigned int → long → unsigned long。
• 負號為一元運算符，非常量一部分。
• 字符常量類型為 int；L'x' 為寬字符。

浮點類型

long double ≥ double ≥ float，最小範圍 10^±37。常量默認 double，F/f→float，L/l→long double。

字符串常量

• 以 \0 結尾，內部不可含 \0。
• "" 為空串（含 1 字節 \0）。
• ANSI C：修改字符串常量屬 UB，編譯器可合併相同常量。

指針聲明陷阱

int *a, b, c;  // 僅 a 是指針，b/c 是 int
char *msg = "Hello";  // 初始化 msg 本身，非 *msg

作用域與鏈接

• 四種作用域：文件、函數、塊、原型。
• 塊內同名遮蔽外層；函數參數屬同一塊，不可重複定義（ANSI）。
• 鏈接：external（跨文件可見）、internal（文件內可見）、none（唯一實體）。
• static 將 external 改為 internal；extern 聲明 external。
• 塊外變量默認靜態存儲；塊內默認自動存儲（棧）。

第三章：運算符深度解析

移位運算符可移植性陷阱

• 無符號右移：邏輯右移（高位補 0）。
• 有符號右移：算術/邏輯由實現定義 → 不可移植。
• 示例：char ch; while((ch=getchar())!=EOF) 錯誤！EOF 需更多位，getchar 返回 int。

賦值運算符優化

a[2*(y-6*f(x))] = a[2*(y-6*f(x))] + 1;  // 下標計算兩次
a[2*(y-6*f(x))] += 1;                     // 僅計算一次，效率更高

sizeof 運算符

• 操作數可為表達式（不求值）或類型名（需括號）。
• sizeof 1 → 4（int），sizeof (char) → 1。
• 數組名作操作數返回整個數組字節數。

自增自減副作用陷阱

• Java: a = a++ → 1；b = ++b → 2。
• C: a = a++ / b = ++b 均為未定義行為（UB），編譯器結果不一致。
• c + --c：求值順序未規定，結果不可移植。

逗號運算符

expr1, expr2, expr3 左→右求值，整體值為最後表達式值。

下標與指針等價

arr[i] ≡ *(arr + i)，編譯器統一轉換為指針形式。

結構訪問

• . 用於變量，-> 用於指針。
• ++p->len ≡ ++(p->len)；*p->str++ 先取值後 str++；*p++->str 先取值後 p++。

邏輯真假

0 為假，非 0 為真。flag 只能為 0/1 時 if(flag) 等價 if(flag==TRUE)；任意整數時需顯式 if(flag != 0)。

指針作為左值/右值

*p = 20;  // 左值：指定修改位置
a = *p;   // 右值：提取位置值

整數溢出防範

long c = a * (long)b;  // 強轉一操作數避免 16位機溢出

求值順序規則

• 相鄰運算符：優先級高者先算；同優先級按結合性。
• 非相鄰/無副作用：編譯器可自由重排（如 a*b + c*d 三乘法順序不定）。
• 函數調用參數求值順序未規定：f()+g()+h() 中 f,g,h 調用順序不定。
• 受限運算符：&& || ? : , 強制左→右求值。

經典優先級/結合性案例

1. a = b = c → 右結合 → a = (b = c)。
2. *p++ → *(p++)（後綴 ++ 優先級高於 *）。
3. x > y ? 100 : ++y > 2 ? 20 : 30 → 右結合 → x > y ? 100 : (++y > 2 ? 20 : 30)。條件運算符強制先算條件，x>y 為真則整體為 100，內層不求值（無副作用）。

位翻轉算法（可移植寫法）

unsigned int reverse_bits(unsigned int value) {
    unsigned int ans = 0;
    for (unsigned int i = 1; i != 0; i <<= 1) {
        ans <<= 1;
        if (value & 1) ans |= 1;
        value >>= 1;
    }
    return ans;
}
// 25 (0x00000019) → 2550136832 (0x98000000)

用 i != 0 控制循環次數，自適應機器字長，避免硬編碼 32/64。