《C 與指標》核心筆記精華：從輸入處理到動態記憶體

編輯：關於C語言

前言

《C and Pointers》是 C 語言進階經典。本文提煉書中關鍵知識點，涵蓋輸入處理、字符編碼、指針聲明、const 語義、表達式求值、指針運算、數組與指針關係、字符串操作、位段、動態記憶體等核心主題。

1. 標準輸入與 EOF 處理

int ch;
while ((ch = getchar()) != EOF && ch != '\n');  // 正確：ch 為 int 接收 EOF

getchar() 返回 int，EOF 為負值（通常 -1），char 會截斷導致誤判。
賦值運算符優先級低於比較運算符，故需括號。

2. 三字母詞

舊標準支援鍵盤缺少字符的替代輸入：

??=	#	??(	[	??/	\
??)	]	??'	^	??!	\|
??<	{	??>	}	??-	~

現代編譯器默認關閉，可用 -trigraphs 啟用。

3. char 符號性與可移植性

char 是否為 signed 由實現定義。
僅使用 ASCII 範圍（0-127）保證可移植。
顯式聲明 signed char / unsigned char 提高明確性，但需注意庫函數參數多為 char*，強制轉換可能產生警告。

4. 指針聲明讀法：右左法則

int *a;           // a 是指向 int 的指針
int *b, c, d;     // 僅 b 是指針，c/d 是 int
int (*p)[10];     // p 是指向 int[10] 的指針（數組指針）
int *p[10];       // p 是 int* 陣列（指針數組）
int (*f)();       // f 是函數指針，指向返回 int 的函數
int *(*f)();      // f 是函數指針，指向返回 int* 的函數
int *(*f[])();    // f 是函數指針數組

口訣：從標識符出發，先右後左，遇括號優先處理括號內。

5. const 指針完整語義

int const *p;int * const p;int const * const p;

聲明	含義	可修改指針?
指向常量的指針	是	否
常量指針	否	是
指向常量的常量指針	否	否

記憶口訣：* 左邊的 const 修飾所指類型，右邊修飾指針本身。

6. 表達式語句與副作用

任何表達式加分號即成語句：x = y + 3;、getchar();、a++;。
表達式語句求值後丟棄結果，僅保留副作用（賦值、函數調用、自增等）。
printf() 返回輸出字符數，常被忽略，屬「有用的副作用」。

7. 運算符優先級與求值順序陷阱

優先級決定結合方式，不完全決定求值順序。
a*b + c*d 中，三個乘法相對順序未規定，只要各乘法在相鄰加法前完成即可。
副作用與求值順序混用 = 未定義行為：c + --c、f() + g() + h()（若函數有副作用）。
解決：用臨時變量強制順序 t1=f(); t2=g(); t3=h(); sum=t1+t2+t3;。

8. 指針運算細節

p + n 等價 p + n * sizeof(*p)。
指針相減得 ptrdiff_t，結果為元素個數差：(p2 - p1) == (p2 - p1) / sizeof(*p1)。
允許比較指向數組最後元素後一位置的指針（哨兵），禁止比較首元素前位置。
標準未定義有符號右移行為（算術/邏輯移位），可移植代碼應避免。

9. 數組與指針的本質區別

特性	數組 `int a[5]`	指針 `int *p`
記憶體分配	編譯期分配 5 個 int	僅分配指針變量本身
初始化	可用列表初始化	未初始化（自動變量）
sizeof	整個數組大小	指針大小
賦值	不可整體賦值	可賦值指向任意 int
++/--	不可修改（地址常量）	可修改

數組名在表達式中退化為指向首元素的常量指針，兩例外：sizeof(arr)、&arr（得數組指針 int (*)[5]）。

10. 字符串字面量 vs 字符數組初始化


char s1[] = "Hello";  // 數組，內容可修改，大小 6
char *s2 = "Hello";   // 指針指向唯讀字面量區，修改 s2[i] = UB

同樣寫法「"Hello"」，上下文決定語義。

11. 字符串操作函數精要

strlen 返回 size_t（無符號），strlen(x) - strlen(y) >= 0 永真（無符號下溢）。
strchr/strrchr 查找單字符，第二參數為 int 但傳字符值。
strpbrk 查找任一字符集合首次出現。
strspn 計算前綴匹配字符集的長度；strcspn 計算前綴不匹配字符集的長度。
strtok 分割字符串，會修改原串，非線程安全（內部靜態狀態），嵌套解析需用 strtok_r。

12. 位段


struct {
    unsigned int ch  : 7;
    unsigned int font: 6;
    unsigned int size: 19;
} CHAR;

僅限 int/signed int/unsigned int（C99 允許 _Bool）。
未指定 signed/unsigned 時符號性由實現定義 → 務必顯式聲明。
分配順序（左→右或右→左）、跨邊界行為、最大寬度均與實現相關 → 嚴重影響可移植性，嵌入式外慎用。

13. 動態記憶體管理

函數	用途	關鍵行為
malloc(size)	分配未初始化塊	失敗返 NULL，地址對齊滿足最嚴格類型
calloc(n, sz)	分配並歸零	等價 malloc + memset(0)，大數組有開銷
realloc(ptr, nsz)	調整大小	可能移動塊，舊指針失效，必用返回值；ptr=NULL 等同 malloc
free(ptr)	釋放	ptr 為 NULL 安全無操作；重複釋放/釋放非堆指針 = UB