C語言學習常見誤區(qū)探析

楊存?zhèn)?，汪維清

（西南大學 信息管理系，重慶 402460）

計算機相關(guān)專業(yè)學生的第一門編程語言往往是C語言，作為一門高級語言，有一定的抽象性。未接觸過計算機科學的初學者，往往會因為各種原因形成一些理念誤區(qū)，學習理念出錯會導致事倍功半，使初學者喪失學習興趣。

1 認為僅學習C語言可以理解計算機底層原理

C語言具有一定的抽象性，初學者在學習C語言大多無編程經(jīng)驗，C語言教材往往會較為抽象地介紹C語言，而不具體講解涉及的底層原理，因為這更有助于初學者編程入門。

例一：以一個C語言版本的以遞歸方法尋找兩個正整數(shù)最大公約數(shù)的程序為例[1]：

數(shù)組，函數(shù)，判斷語句等基本語法在常見的編程語言中都有，相對不那么“底層”的Python,C#,Java等都可實現(xiàn)這個算法，與編程語言的種類關(guān)系較小。

很多C語言的資料講到，arr是一個指針，它保存內(nèi)存的一個地址，通過此地址可訪問內(nèi)存中一個int型數(shù)據(jù)，誤操作指針會導致程序錯誤甚至系統(tǒng)崩潰[2]。初學者往往理解為arr保存的是物理地址，雖不影響程序?qū)崿F(xiàn)，但并不準確。

以32位的使用NT內(nèi)核的Windows為例，在Windows中，每個進程都有自己的虛擬地址空間（0x00000000～0xFFFFFFFF），指針arr保存了虛擬地址空間的地址，而非物理內(nèi)存地址。指針arr所指向的數(shù)據(jù)可能存儲在物理內(nèi)存中，可能在硬盤上（由于Windows虛擬內(nèi)存技術(shù)），也可能在其他地方[3]。

誤操作指針可以導致系統(tǒng)崩潰或硬件損壞，但是初學者編寫的此類簡單控制臺程序很難導致系統(tǒng)崩潰或硬件損壞，相對來說，編寫Windows內(nèi)核模式驅(qū)動程序，單片機控制程序這樣的偏底層的程序才易因指針問題出現(xiàn)嚴重錯誤。操作系統(tǒng)中進程之間相對獨立，在Windows操作系統(tǒng)中，一個進程若需要訪問另一個進程的數(shù)據(jù)，可以調(diào)用Write Process Memory函數(shù)、使用DLL注入技術(shù)、創(chuàng)建內(nèi)存文件映射對象共享數(shù)據(jù)等，而一個簡單的指針問題很難辦到。

以上涉及到計算機組成原理，操作系統(tǒng)原理中的知識，只學習C語言本身，即使屏蔽掉這些知識，也可以做到寫出有一定復雜度的程序。初學者較難理解的概念，如函數(shù)指針，共用體，可以用抽象的方式理解，學習計算機科學可以是從頂層向底層和從底層向頂層相結(jié)合的。

例二：直接調(diào)用Windows API編寫窗體程序的代碼片段

對于初學者來說，宏定義的用法，函數(shù)的編寫方法，switch語句的使用等并不困難，上述代碼沒有涉及不常見的語法，但初學者并不容易理解，Windows API編寫窗體程序涉及到很多Windows操作系統(tǒng)的知識。

由以上兩例可以看出，僅憑C語言的學習，不能理解計算機的底層原理。作為一種高級語言，能夠提供的抽象程度可以允許一定范圍內(nèi)忽略硬件及操作系統(tǒng)之類的細節(jié)而編寫程序，所以對于初學者來說不管學習Python,Java,C#還是C語言，都不會直接了解底層的原理，C語言只是相對來說能更好的引申出這些知識而已。

2 編寫代碼過于復雜

源代碼應是方便程序員閱讀和修改的，越復雜，通常越難以維護，更容易出錯。在不影響程序的最終實現(xiàn)效果（比如不用位運算就會嚴重拖慢運行速度）的前提下，應該使代碼更通俗易懂。但是，初學者往往會“炫耀”技巧，使得代碼過于復雜、艱澀。

2.1 濫用技巧

例三：交換兩個變量的值

不考慮int的表示范圍以上代碼是沒有問題的，但若*x+*y?[INT_MIN,INT_MAX]會溢出，這個函數(shù)便不能交換兩變量的值。而更易懂的寫法應該引入第三個變量進行交換。

2.2 表達思路不清晰

例四：“HelloWorld!”轉(zhuǎn)化成大寫輸出

這個程序的目的是將一串字符轉(zhuǎn)化成大寫輸出，在禁用編譯器優(yōu)化的情況下，可能會調(diào)用很多次strlen函數(shù)。而且并非需要每次都調(diào)用printf函數(shù)，可將其存入一個字符數(shù)組后一次性輸出。較合理的寫法如下：

2.3 濫用不常用的特性

以下將C語言的庫函數(shù)，語法等，統(tǒng)一稱作C語言的特性。C語言教材的第一示例程序通常都是一個簡單的”Hello World”，然后逐漸介紹新的特性，并要求讀者在程序中使用，會讓部分讀者有“學到新特性就要盡可能在程序中使用”的習慣，使用常用的，被大多數(shù)編譯器支持的特性是正常的，而不常用的，只被很少編譯器支持的特性，如_Generic關(guān)鍵字，_Noreturn函數(shù)標記，_Atomic類型修飾符和頭文件等，只有在需要使用并了解風險（可移植性，易讀性，編譯器是否完整支持）時才應使用[4]。

如在判斷正整數(shù)的奇偶性，判斷整數(shù)的符號是否相同時，不應總是使用位運算[5]；有兩個有關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)應該使用結(jié)構(gòu)體而不是利用C99標準中定義的復數(shù)的實部和虛部進行表示；在不需要特別注意內(nèi)存占用或沒有其他特殊需求時不使用“位域”等。

3 不注意undefined behavior（未定義行為）

例五：C語言源代碼

頭文件限定了特定平臺上int的表示范圍，而顯然INT_MAX+1超出了這一范圍。C語言標準沒有規(guī)定應該接下來會發(fā)生什么，調(diào)用函數(shù)可能返回一個不可預見的值、程序崩潰、刪除磁盤上的某些文件等，出現(xiàn)任何結(jié)果編譯器都未違反C語言標準。在DOS上，在Windows 10上，在FreeBSD上，由于運行環(huán)境和編譯器的實現(xiàn)方式不同，結(jié)果難以預測，故即使在某一個平臺上利用反匯編的手段，也不能判定其他環(huán)境的結(jié)果。任何試題和教材都不應該嘗試去判定這種語法現(xiàn)象一定會出現(xiàn)什么情況。未定義行為沒有明確的含義，因此也是錯誤的代碼，但是C語言標準不要求編譯器報錯或者給出警告[6]。

例六：求出a,b的值：

使用Visual C++6.0編譯，a,b分別為30和37，在更老的Turbo C 3.0中，a,b分別為30和39。這一歧義與序列點（sequence point）有關(guān)。”a=(i++)+(i++)+(i++);”這樣的表達式?jīng)]有任何實際意義，是錯誤的[7]。

除此之外，不確定行為(unspecified behavior)，實現(xiàn)定義行為 (implementation-defined behavior)等也可能給程序造成意外的結(jié)果。

4 過于急切學習編寫GUI程序

在PC、智能手機等設備上，接觸最多的是圖形化的界面，普通用戶很少使用命令行界面，初學者總想早一些能編寫出來他們所熟悉的GUI程序，但編寫程序，學習計算機科學，不等于編寫GUI程序。一些初學者學習了C語言以及計算機其他課程之后依然只能寫出“黑框框”程序，十分焦躁。并非編寫GUI程序就一定有技術(shù)含量，而編寫算法程序，學習計算機網(wǎng)絡原理，理解操作系統(tǒng)原理這些與GUI關(guān)系不大的就沒有技術(shù)含量。編寫GUI程序有各種成熟的解決方案，如Windows平臺上的WPF技術(shù)、Java的JavaFX技術(shù)、Python的Tkinter模塊等，使用這些技術(shù)編寫簡單的GUI程序是十分容易的，而計算機相關(guān)專業(yè)的學生應該將精力放在計算機組成原理、計算機網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、編譯原理等核心內(nèi)容上，浮于表面的學習很難對整個計算機科學有清晰的認知，更難在計算機行業(yè)有所發(fā)展。

5 結(jié)語

(1)對于C語言初學者來說，寫出各種不良或者錯誤的代碼是很正常的，但是如果學習理念有誤區(qū)，就應當及時糾正。有些初學者在反復糾結(jié)“a+=a-=a*a;”這種錯誤的，意義不明的代碼，有些初學者迷戀各種似是而非的技巧，有些初學者想“學完”C語言（指的是，掌握所有特性）……這些都是不正確的理念，無助于培養(yǎng)計算機科學的思維習慣。

(2)C語言可以認為簡單，因為語法簡單，沒有像C++那么多的關(guān)鍵字和語法；但C語言也很難，語法簡單，一些語義很難理解，而理解這些語義，不是靠背語法、程序代碼可以解決的。

(3)學習計算機科學需要正反饋，可以自頂層向底層和從底層向頂層相結(jié)合的方式學習，而不應該總是線性的，從“Hello World”到學習聯(lián)合體，函數(shù)指針這種高級特性，應逐漸的加入操作系統(tǒng)、計算機組成原理等其他知識，一步步加深一些語言特性的理解，同時也促進其他理論的學習。