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C专家编程 66auto和 static关键了…… …………]26 6.7搾制线科… 十十十···■ 128 6.8 set]mlp和 longjmp… …128 6UNIX中的栈段…… 十■■nan l30 610MSD塔刂的掉栈段……………… ……130 611有川的C请言1只… ■十Ph■■h■■十■十■ 13 6.]2轻松卜—一耐基-極降大学的鑪难題 134 6L3只适川于级÷员阅读的材料…… 36 第7章对内存的思考 JdAp■ ………]37 71 Intel80x86系列 137 72!ntl80x86内存嘆型以它的丁作原理 ……l41 ?3虚拟内 145 74 Cache存储器 148 7.5数据段和……………… ■■山■山d↓■↓l■ 52 内存泄 5 7?总线错误 157 7.8轻松 “ Thing King”和“页面游戏 會P■中P中日 163 第8章为什么稈序员无法分清万圣节和圣诞节 169 8.1 Portzebie炱崖衡系统 ■斗■晷■晷■·■↓■郾■郾■昌山■斗d↓■+』卩··郾■■■看 …-……69 8.2根据位模式构筑图形 ………170 83在等待时类型发生了变化… 84原型之痛 74 85原型在:什么地方会尖败 ……176 86不需要按叫车链就能得到一个竽符…… ………179 87用C语言实现科状态机… ……………………183 88软件比硬更困进…… PP■P■平 ………………………………………85 39如何进行强制类犁转换,为何要进行类利张割转换… ■ :137 8.10轻松一下——际C诰言混乱代码人赛…… T■■【十■4 第9章再沦数组… 9什么时保数组:指针杆司 nd8 8I 92为什么会发生派淆 目孓 9.3为什么C语言把数组光参当作指针 205 94数组片段的下标… 208 95数组和指针可交换性的羔结 209 96C浯言多维数纤 209 9.7坯松一下软件/平衡 1■,,L 第I章再论指针… 219 10.1多年数组约存布局 10.2指针数线就是Iife向量 ……………………"""………:…220 10.3在锯齿状数组上使用指针 …:223 104向函数传递…个一维数组 226 0.5使用折针图数传递一个多数组 22 10.6使用指针从网数返河一个数组… 23U 10.,}使用指针创建和使用动金数组 ■中自■■■ 232 10.8轻蚣一下—一程序检验的限制 37 第11章你懂得C,所以C+不在话下 24 11初识OOP… 1P■■■ 241 2抽象—一取事物的木质特性 日日日日目日日日■,l中■凵會■冒■『■■■ 243 13封装—把相关的类型、数据和函数组合在一起 45 4小一些类—一与户定义类型有和预定义类剧·样的权限…………246 1.5访门控制 ■■■■十q十I十ll1·Lr山m 247 1.6明 肀·■h■■■■■ ………:247 1.7如何调用成员函数 249 1.8继承—复肘定义操作 25 119多重继承从两个哦史多的基类派生 255 l].10重载——一作用于不同类型的问一操作具有相同的名字… ■■■■■L■晶■■司■■↓■■ 25 1.』】¢艹如何进行操作符币载 P晋P■↓■-b■tb■a 鲁■中■中■;』『■『1■■■■■晶■画晶 257 112C++输入/输出(IO ■■■■|Ld ■日晕■早十鲁+■dI 258 .13多杰一运行琳绑定… ■■T日■日■日日■和p●日●c 258 l114解释……… ■□■■ 260 1.15C++如何衣现多合…………… 6 1.16新奇玩意 态 ■■『■■■■IL■■■司dq 1117C++的其他要点 263 C专家编程 1.18如果我前H标是那里,我不会从这里起 26车 1.19它或许过于复,却是惟·可行附方案 266 1.2轿松一-—死亡汁算机协会… ■-■旷十■md 270 l12!更多阅读材料 …………………,…………"……"………**…-+……27l 附录A程序员工作面试射秘密 ↓+■+日甲4A日↓4 273 附乐B术语表 ·Pd』d“『4"旷"“■■d■:■·pp 285 第 章 C:穿越时空的迷雾 C诡异离奇,缺陷重重,却得了巨大的成功 dennis bitchier 11C语言的史前阶段 坼上去有些荒谬,C谔言的产生竞然源于个失败的项日。1969年,通用电气、麻省理 工学院和尔实验室联合创立了一个庞的项— multics.丁程,该项日的目的是创建一个 操作系统,但显然逞到了麻烦:它不但无法交忖原先所承诺釣快速而便捷的在线系统,甚全 连一点有用的东西都没有評出来。虽然发小组最终勉强让 Multics开动超来,但他们还是 硌入∫泥淖,就像IBM在0S360上面样。也们试图建立一个非党巨大的撅作系统,能够 成用于规模很小的便件系统。 Multics成了总结工程教训的宝库,但它同时也为C语言体现 “小即是美”铺平了道路, 当心灰意冷的贝尔实验室的专家们离 Multics程后,他们又去寻找其他任务。其中 位名叫 Ken Thompson研究人员对另一个操作系统很感兴趣,他为此好儿次向贝尔管理 层提议,但均道否法。在等待官方批准时, Thompson和他的同事 Dennis ritchie娱自乐, 把 Thompson的“太空旅行”软件移植到不太鸴用的PDP7系统丨。太空旅行软模拟太阳 糸的主要星体,把它们显示在图形屏幕上。并创建了一架航天飞机,它能够飞行并降落到各 个行星上。与此冋时, Thompson加紧[仵,为PP7編写了一个筒易的新型操作系统 比Mu简单得多,也轻便得多。整个系统都是用汇编语言编写的。 Brian kernighan在1970 年给它取名为UNX,白魔地总结了从Muc中获得那些不应该做的教训。图1-1描述了 早期C、UNX和相关硬件系统的关系 C专家编积 l957 1 9G9 1971 1972- 各种云响 BC門 tew B 期的C 作系统 NX(「D[7. UNIX FI pDt-1|Ⅺ LINIX 许言振生 ¢) 件 PD 3 PDP-11 IBM) 135 1-1早期C、UNX和相关的硕件系统 是先有C语汽还是先有UNX呢?说是这个问题,人们很容易陷入先鸡还是先懂的 会套屮确切地说,UNX比C语写出现得4(这也是为什么UNX的系统时汕是从1970 月1日起拉秒计算的,它就是那时候产生的啊)。然而,我们这栗讨论华不是家禽趣闻 而是编程改事。用江编谛言编写UNIX显得很笨拙,在编制数需结构时浪费了大量的时间, 而旦统难以调试,理解起来也很附难。 Thompson想利用高级语言的些优点,但又不想 像PL那样效率低下,也不想碰见在 Multics中曾遇到过的复杂问题。用Fra进行了 番简短而又不成功的尝试之后, Thompson剑建了B语言,他把用研究的诺RCPL4:了 简化,使B的解释器能常9:于P7只有&KB人小的内中。B语亡从火不曾点止成功过, 因为硬件系统旳内冇限制,它只允许放罟解釋器,而不是编详器,由产生的低效阻了使 用B言进行UNX自身的系统编程。 学习、使冯和实现PLh的下难使程序殖写∫这样-打油许:“IBM有个Pn:语比OSS丕槽糕,到处都见它踪影 实实在代是垃圾,JOSS是个老古,它可不是因简单而闻名。 2“BCPL: A Tool for Compilar Writing and System Programming(BCP,编译器编和系统编程欣下具),; Martin Richards,oe AFPS pring /inf CompUter con1+ee,34196,56C!L并非er(: FTngraniniin L2a:(C第利 的许字母缩写,尽管这是个何趣的合。它的确切意思是“ Basic Combined Programming Lang%(基本合渐程语; bac的总想是“↑尼哨”,它是由英国伦软大学和剑大学的究人员合作开发的。Muc实现了一种BCP编译器。 C:突越时空迷雾 一明 软件信条 编译器设计者的金科玉律:效率几乎)就是一刃 在编译器中,效率几乎就是一切。当然还有一些其他需要关心的东西,如有意义的错误 信息、良好的文档和产品支扌。但与用户需要的速庋相比,这些闳素就黯然失色了。编译器 的效翠包括两个方面:运行蚁率(代码的运行速度)和編泽效率(产生可扒行代码的速度 除了一些开发和学习环境之外,返行效率起决定性作用 冇报多編译优化措施会延长編译时闰,但却能缩短运行时间。还有一些优佗措施如清 除无用代玛和怒略透行时险壹等)即能鏑嬛編译时问:又能减少运行时:同时还能城少以 存的用量。这些优化惜施的不利之处在于可能无法发现程序中无效的远行钻果。优化措施 本身在转换代码时是非常谨慎的,但如果程序員编写了无效的代碼〔如:越过斂組边界引用 对象.因为他们“知道”附近有他们需要的变量〕就可能引发错误的结果 这就是为汁么说效率几乎就是一切但也并不足绝对的道理。如果得到的纪果是不正确 的,那么效庠奪高孓有什么意义呓?編译器敚计者通常会提供一些编谇器选项。这样、每个 程序员可以选择自己想卖的优化進。B语言不算成功,而 Dennis ritchie所创造的注鄄效率 约NEwB却获得了成功,充分证明了编译器设计者的这杀金料科玉律 B浯言通过省晔一些性如嵌套过程和…些循环绌构),对BCPL浯言作」简化,并发 扬了“引用数组元素相当」对指针加上偏移量的引用”这个魅法。B诰言同时保持了BCPL 语言无类这个特点,它乂冇的操作数就是杋器的了。 Thompson发明∫++和--作符,并 把它加入到PDP7的B编译器中。它们在C语言依然存在,很多人天貞地以为这是由于 PDP-ll存在对应的自动增/减地址模型,这种想法是错误的!自动增/减机制出现早于 PDP]1使件系统的出功。尽管在C语言十,拷贝字符羋叶的一个字符的语句 可以极其有效地被编译为PDP-11代码 口vebr0)+;(r1)+ 这使得许多人错误地以为前者的语话句形式是根据斤者特意设计的 970年开发平台转移到PDP以后,无类型语言很快就显得不合时宜了。这种处理 器以硬件支持儿种不同长夏的数据类型为特色,而B语吉无法表达不同的数据类型。效率也 是个向题.这也追使 TF ompson在PDP-1l上重新用编语言实现了 UNT. Dennis ritchie 利川pDP的强人性能,创立了能够同时解决多种数据类型和效率的“NewB”(这名 很快变成了“C”)溍言,釆川了編译模式不是解释模式,并引入了∫踅型系统,舒^变 C专家编程 使用前必英先声明 12C语言的早期体验 增加类型系统的主要目约是帮助编译器设沪者区分新型PDP-11观器历拥有的不同数据 类型,如单度浮点效、双精度浮点数和竽符等。这与其他一些语詝如 Pascal形成了鲜明的 对比。在 Pascal中,类型系统的目的是保护程序,防上他们在数据上进行无效的操作:由 于设计哲学不同:C语言排斥强类型,它允许程序员需雲时叫以在不同类型对象间赋值 类刊系统的加入可以说是事后诸葛,从末在可用性方面进行过认真评估和严格的测试。时 至冷日,许多C程序员仍然认为“强类型”只不过是增加了版击键盘的无用功 除了类型系统之外,C两言的许多其他特性是为了方便编详器设计者而建立的(为伫 不?开始几年C评言的主要客户就是那些编详器设讦者啊)。根据编译器设计者的思路而 发形成的语言特性有 数组下标从0而不是1开始。绝大多数人习惯从而不是①开始讨数。编译器设训者 贝选摔从θ始,因为偏移贔的概念在他们心中已是棖深蒂固。但这种设计讣一般人感觉很 别扭。八管我们定义了一个数组a[100J,你可千万别往[100存储数据,因为这个数组的 全法范围是从a0到a[99] C语言的基本数据类型直接与底层硬件相对应。例如,个像 Fortran,C语言中不存 在内置的复数类型。某种语言要素如果底层硬件没有提伕直接的支持,那么编译器设计者就 不会在宀上浪费任何精力。C语音一开始并不支持浮点类型,自到硬件系统能够直接支持 浮点数之后才增加了对它的支持。 auto关锟字显然足摆设。这个关键宁只对创建号表入口的编译器设计者意义 它是意围是“在进入程序块时动进行内存分配”(与全届静怎分配或在堆上动态分配村反 其他程序员不必操心auto这个关键字,它是缺省的变量小存分配模式 表达式中的数组名可以看作是指针。把数组当作指针,简化了很多东两。我们不再箭 要一种复杂的机制分它们,把它们传递到个乐数时不必忍受必须复制所矿数纠内容的低 效率。不过,数组和指针并不是在任何悄况下都是等效的,吏详细的讨论參见第4章 n0at被自动扩展为 double尽管在 ANSI C中情况不再如此,但最初浮点数常量的 精度都是 double型的,所有表达式中foat变量总被自动转换成 double。这样做的理由灰木 公诸于众,但它与PDP中浮点数的硬件表示方式有关。首先,在PDP11或VAX中,从 fat转换到dnb代价非小,只发在后面增加一个每个位均为0的字即可。如果要转换回 来,去掉第¨个了就可以了。其次:要知道在某此PDP-1的浮点数硬件表示形式中有一个 运算模式位( mode bit,你可以只进行fort的运算,也以以只进行 double的运算,但如果想 在这两妽方式进行切换,就必须修改这个位来改变运算模式在早期的UNX程序中,foat 用得不是太多、所以把运算模式固定为doub是比较方便的,省得编泽器设讣者去跟踪它约 变化 第1豇C:越时空的迷雾 不允许嵌套函数(函数内部包含另一个函数的定义冫这简化了編泽器,并稍提卣 了C程序的运行时组织结沟。具体的机理在第6章“运动的诗章:运行时数据绱构”详细 描述 register关键字。这个关键字能给编详器设计者提供线索,就是裎序的哪些变量属 于热门(经常被使用),这并就可以把它们存放到寄存器中。这个设汁可以说是一个失误,如 果计编译器住使用各个变量时白动处理寄存器的分配工作,显然比经芦明虤把这类交量在 生命沏内始终保留玍寄仵罂里要好。使用 register关键字,简北了编译器,却把包丢给了程 序员 为∫C编译器设计者的方便而建立的其他评言特性还有跟多。这本身不是一件坏事, 火人简化了C语言本身,而且通过回避一些复杂的话要素(如Ada中的泛型和任务,PLn i的字符牛处理,C+:的模板和多重继承),C语訐更容易学丬和实现,而且效率扑莺高 和其他大多数语言不问,C话言有一个漫长的进化过程。在引前这个形式之前,它经历 了许多叶间状念。它历经多牛,从一个实用L具进化为-种经过大量试验和测试的语言。第 个C编译器大约出现在1970年,距今20多年了。时光茌苒,作为它的根基UNX系统 得到了广泛使用,C淠言也随之茁壯成长。它对直接小硬件支持的底层操作的强调,带来丁 极高的效率和移植性,反过米怛帮助UNX秋得了巨人的成功 13标准IO库和C预处理器 ℃编详器不曾实觋的些功能必须通过其地途实现。在¢语÷中,它们在运行时进行 处理,既以計现亡应用逶序代妈屮,也可以出现在运行时凶数库( runtime library)中。在许 多其杝吝中,编译器会疽入一些代码,隐式地调爪行时攴持」具,这栏程序员就尢须操 心它们了。但在C语言中,绝大多数库函数或辅助程序都需要显式谓用。侧如,在C洁言中 必要时),程序员必须管理动态内存的复用,创建各种大小的数组,测试数红边界,产自t 进行汽围检测。 与此类似,C诺言原先并没有定义vO,而是由库函数提供。后来,这实际L成了标准机 制。可移植的TO虫 Mike lesk编写,最初出圳在1972年左石,可在当时存在的3个平台上 通用。实践经验表明,它的性低于预期值。所以,人们对它又进行了优化和裁剪,后来成 为标摧I0函数库 C坝处赳器人约也是这个时候被加入的:倡议者 Alan Snyder名所实塊的3个主要 功能是: 宁符串替换:形式类似“把所有的foo替换为baz”,通常用丁为常量提供∵个符号名 头文件包含(这是在BCPL中首剑的):-般性的声明可以分离到头文件中 ,并且 可以被许多源文件用。点然约定采用“h”作为头支件的扩展名,但在头文件科包含实现 本书原版出于194 时炬|970年个到30年 半打

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