2018q3 Homework1

contributed by < jason53415 >

你的提問呢？回顧你過去開發的程式，難道沒想到概念上有衝突或者激發出更多想法嗎？

jserv

開發工具與規格標準

重點

• C++

  • 過於複雜，且 C++ 14 到 C++ 17 一口氣加入了許多內容，讓開發者難以掌握。
  • 雖然在許多情況下與 C 語言相容，但從 C99 開始兩者的差異已經大到可以視為兩種不同的語言。

• 開源授權規範

  • GPL：一種 Copyleft 授權條款，如果在開發中使用了其他 GPL 協議的軟體，則這個軟體也必須以 GPL 發布，需要開源且禁止商業發布。
  • LGPL：如果僅是調用、連接 LGPL 的軟體，就可以不需開源並可做商業利用。
  • MIT：相對寬鬆的軟體授權條款，只要在發行時包含原許可協議的聲明，基本上沒有其他的限制。

• 語言規格書

  • 第一手資料，許多問題以及定義在語言規格書中就可以找到答案。
  • 在正式發布之前會釋出許多草案，即便在定下規格標準數年之後，仍然會因為商標、語意容易混淆等問題而不斷微調。

• GDB

  • GDB 可以支援許多不同的硬體架構與程式語言，並且可以當作 instruction simulator。
  • 使用 GDB 可以調整程式執行的順序，也可以避免使用過多 printf() 改變程式的行為。

心得

在 Understand more about C 中有提到一個很有趣的問題是關於 a = a++; 的執行結果。例如有以下的 C 語言程式，那最後的輸出到底是 0 或者是 1 呢？

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 0;
    a = a++;
    printf("%d\n", a);
}

實際編譯與執行結果：

$ gcc -std=c99 -Wall -o test test.c
test.c: In function ‘main’:
test.c:5:7: warning: operation on ‘a’ may be undefined [-Wsequence-point]
     a = a++;
     ~~^~~~~
$ ./test
0

而翻閱 C99 規格書之後會找到以下的解釋：

Between the previous and next sequence point an object shall have its stored value modified at most once by the evaluation of an expression.⁷²⁾ Furthermore, the prior value shall be read only to determine the value to be stored.⁷³⁾

73. ) This paragraph renders undefined statement expressions such as

i = ++i + 1;
a[i++] = i;

所以實際上在 C99 的規範中，類似這樣的表示法是未定義的，不過我們仍然可以執行出實際的值。所以問題就出現了，到底編譯器最後是依據什麼去決定最後的值呢？

UB 給予編譯器實作的自由，包含最佳化的空間，參見 你所不知道的C語言: 未定義行為篇

jserv

指標篇

重點

• C 語言

  • 專為開發 Unix 設計的程式語言，透過記憶體映射的方式，可以使用指標直接控制硬體底層。
  • 可以用 C 語言本身編寫自己的編譯器，以及開發許多其他語言的編譯器。

• qsort

  • 不一定要用 quicksort 來實做，而且可以自由規定要排序的元素數量與大小。
  • 利用 function pointer 所指到的自定義函式來決定排序。

• Object

  • 並非只有物件導向程式語言會討論到物件，從 C 語言的規格書就可以得知，物件是 C 語言中非常重要的概念。
  • 物件有其生命週期 (lifetime) ，生命週期內會有對應的常數記憶體位址，才能使用指標進行操作。

• Alignment

  • 在許多硬體架構上， C 語言的一些變數會有對齊的要求，例如 4 bytes 大小的 int 變數可能就必須起始於一個可以被 4 整除的地址。
  • 在依序宣告許多不同型態的變數時，為了符合地址對齊的要求，可能就必須加入許多填充 (padding) ，等同於是被浪費的空間。

• 指標的指標

  • 不能講成「雙指標」，「指標的指標」是有從屬關係的指標。
  • C 語言中函式的呼叫只有 call-by-value ，善用指標的指標，可以使函式的輸入不會被其生命週期限制。

• Forward declaration

  • 將宣告與詳細的定義與實做分裝在 .h 檔與 .c 檔，這樣即便開發者不知道真正實做細節，只要使用預先宣告的函式指標，就可以正確操作函式。
  • 區分出介面與實做，可以加強軟體開發的分工，並兼顧在不同系統上的相容性。

函式呼叫篇

重點

• Nested function

  • C 語言中沒有 nested function ，所有 function 在語法層面都位於最頂層 (top-level) 。
  • 要實現 nested function 需要 static link 的機制，這會讓編譯器設計起來較為複雜。

• MMIO (memory mapped I/O)

  • 可以使用操作記憶體的方式直接控制裝置
  • PDP-11 是一個早期便使用 MMIO 的範例