Ｃ語言教學中的幾個常見問題

黃　宇

文章編號：1672-5913(2009)10-0096-03

摘要：作者在多年的C語言教學過程中，對學生中經常遇到的問題進行了一些總結。本文就學生中經常遇到的5個帶有普遍性的問題，通過C程序示例進行了分析，指出了出現錯誤的原因，給出了改正的方法。

關鍵詞：C語言；程序設計；教學

中圖分類號：G642

文獻標識碼：B

1引言

隨著計算機應用技術的普及，大學中很多專業都開設了計算機編程課程。在非計算機專業中，大多以教授C語言編程為主。本人長期從事對非計算機專業學生的C語言編程課的教學工作，在長期的教學實踐中，發現了一些學生在編程中經常會遇到的問題。在此，就幾個典型的常見問題，展開一些探討。這些問題的解決，對于更深入的理解C語言，將起到一定的幫助作用。

2幾個常見問題

2.1無符號數運算問題

大家知道，在C語言中，不同類型的數據一起運算時是按照隱式類型轉換的規則進行的，也就是將兩個類型不一致的數據首先轉換成一致的，然后再進行運算。其轉換的基本原則有兩點，一是小數據類型向大數據類型轉換，二是有符號類型向無符號類型轉換。比如，當一個float類型數據和一個double類型的數據進行運算時，就是首先將float類型的數據轉換成double類型的數據，然后再進行運算；而當一個int類型的數據和一個unsigned int類型的數據進行運算時，則首先把int類型的數據轉換為unsigned int類型的數據，然后再進行運算。對于第一種情況，一般不會遇到問題，但是對于第二種情況，初學者往往注意不到這種轉換中可能會隱含的問題，導致程序運行結果出現與自己設想不一致的情況。

下面給一個具體的例子：

#include

int main()

{

unsigned int n = 1;

int m = -1;

if (m < n)printf("m < n");

else printf("m >= n");

return 1;

}

在這段程序中，n = 1，m = -1，顯然應該是m= n。初學者遇到這種情況，往往百思不得其解，最終往往會歸咎于是不是系統出現了問題。

為什么會出現這種情況呢？這是因為n是unsigned int類型的，而m是int類型的，在m和n進行比較運算時，由于二者的類型不一致，首先要進行類型轉換。按照C語言隱式類型轉換規則，有符號類型的int轉換為無符號類型的unsigned int。這樣，m(=-1)中的符號位被當成了“數字”進行轉換，有符號的-1成為了無符號的4294967295(四字節的情況下。如果是二字節的則是65535)。而4294967295當然要大于1了，所以就有了以上的運行結果。

不單單是在比較運算中會出現這種情況，在其他運算中，比如加減乘除等，也一樣會有類似的情況出現。所以，當有符號和無符號的數據混合運算時，一定要注意這個問題，除非特殊情況，應盡量避免有符號和無符號的混合運算。

2.2計算數組的長度

在C語言中，操作符sizeof( )可以計算一個類型或者一個變量所占用的字節數。比如：sizeof(int)或者sizeof(x)(假定x是int類型的)，當一個整數占用4個字節時，就可以得到4的結果。

再比如，一個整數數組：int a[8];

可以通過sizeof(a)/sizeof(int)得到數組a的元素個數。因為sizeof(a)得到的是a數組占用的總字節數，除以每個int所占用的字節數sizeof(int)，就是該數組的長度。

由于很多情況下需要知道一個數組的長度，比如在對一個數組排序時，因此，有些初學者就利用sizeof在函數中計算數組的長度。舉例如下：

mysort(int a[])

{

int len;

len = sizeof(a)/sizeof(int); //得到數組a的長度

//以下對a進行排序

}

但是往往會發現，這樣的結果并不正確，len經常得到的是1(假定是32位系統，一個整數占4個字節)。這又是為什么呢？

這個問題，與C語言中數組參數的傳遞方式有關。在C語言中，當一個數組當作參數傳遞時，數組被轉換為指針。在上面的例子中，無論你在函數定義是mysort(int a[])還是mysort(int a[100])，在函數內部，a均被轉換成int *a類型，與定義mysort(int *a)是一致的。因此，在函數內部，當計算sizeof(a)時，實際上計算的是sizeof(int *)。因此，當作為形參時，無論你的mysort(int a[N])定義中，有無N，或者N是多大，sizeof(a)得到的都是4(假定在32位系統中)。

因此，在一個函數內部，是無法得到一個數組參數的長度的，其長度只能通過參數進行傳遞。所以，上述的排序函數應該定義成如下的形式：

mysort(int a[], int len)

{

//以下對a進行排序

}

2.3常量字符串問題

在學習完字符串的操作之后，同學們往往會編寫一些簡單的練習程序，這時經常會遇到一些“莫名其妙”的情況，使得程序不能正確運行。

比如下面這個程序，非常簡單，就是把字符串"abcde"中的'a'換成'A'：

int main()

{

char *p = "abcde";

p[0] = 'A';

return 1;

}

程序編譯沒有問題，一運行就出現錯誤。這是為什么呢？

在這個程序中，字符串"abcde"是一個常量，指針p指向了這個常量。而“常量”顧名思義是不能修改的，而該程序試圖通過指針p修改一個常量字符串，導致運行錯誤。

把程序修改如下，就沒有問題了：

int main()

{

char p[] = "abcde";

p[0] = 'A';

return 1;

}

這是因為p是一個字符數組，并通過初始化的方法對該數組進行了賦值。雖然字符數組p也是一個字符串，但是p不是常量，可以修改，因此就不會出現運行錯誤了。

同樣，如果是這樣，也不會出現錯誤：

int main()

{

char p[] = "abcde";

char *q = p;

q[0] = 'A';

return 1;

}

因為在這里q指向是字符數組p，而不是字符串常量"abcde"。

2.4文件結束判斷問題

在C語言中，函數feof( )可以判斷文件結束，但是初學者在使用feof( )時，經常會犯錯誤。請看下面這個例子，該程序實現將文件a.txt拷貝到b.txt的功能，通過feof判斷a.txt是否結束，在結束之前，每次讀一個字符，并寫到b.txt中。程序如下：

int main()

{

FILE *pi, *po;

char c;

pi = fopen("a.txt", "rb");

po = fopen("b.txt", "wb");

while (!feof(pi))

{

c = fgetc(pi);

fputc(c, po);

}

fclose(pi);

fclose(po);

return 1;

}

程序很簡單，看似沒有什么錯誤。但是這里卻隱含了一個初學者經常會犯的錯誤。運行一下該程序，就會發現在b.txt的最后，會“奇怪”地多出了一個字符。

問題出現在什么地方呢？主要是對feof的認識有誤造成的。

仔細看一下feof的功能，會發現當讀完了最后一個字符后，feof還是保持“假”，只有當讀完了最后一個字符再試圖讀文件時，feof才為真。也就是說，feof判斷是否到達文件尾比實際情況要“晚”一步。按照上面的程序，當fgetc從a.txt中讀完了最后一個字符后，feof并不馬上為真，還要循環再讀一次a.txt，并通過fputc函數將這次得到的結果(在字符c中)寫入到b.txt中，造成了b.txt中多了一個字符。而這時，feof才變成了真，程序退出循環結束。

明白了這一點，程序按照如下方式增加一個if語句就可以了：

int main()

{

FILE *pi, *po;

char c;

pi = fopen("a.txt", "rb");

po = fopen("b.txt", "wb");

while (!feof(pi))

{

c = fgetc(pi);

if (feof(pi)) break;//新增加的一個判斷

fputc(c, po);

}

fclose(pi);

fclose(po);

return 1;

}

2.5結構體的大小問題

通過sizeof可以計算一個結構體占用的字節數，比如下面一段程序是計算結構體S所占的字節數。程序的輸出應該是多少呢？

int main()

{

struct S

{

char a;

int n;

};

int n;

n = sizeof(struct S);

printf("%d", n);

return 1;

}

char占1個字節，int占4個字節，初學者往往會回答S長度是5。但是一運行程序，發現輸出的結果卻是8。見到這樣的結果，初學者往往又不得其解，不知為什么會這樣。

這里涉及的就是所謂的地址對齊的問題，編譯程序，在默認的情況下，會按照一定的原則，比如讓寬度為2的基本數據類型(short等)都位于能被2整除的地址上，讓寬度為4的基本數據類型(int等)都位于能被4整除的地址上等等，這樣做的原因是為了加快程序的運行速度。也就是說，對結構體進行了一定的填充，使得它的成員的地址滿足一定的要求。關于如何對齊問題涉及的內容比較多，這里就不詳細解釋了，有興趣的讀者可以參考有關計算機組成原理方面的書。

3結束語

我們在C語言教學過程中，經常會遇到學生提出的各種問題，有些問題是個別性的，有些問題則是普遍性的，從學生遇到的最多的問題中，整理出了這5個具有普遍性的問題，希望對有關C語言的教與學能起到一定的幫助。

參考文獻：

[1] 薛勝軍. 計算機組成原理[M]. 武漢:華中科技大學出版社,2000.

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[3] 嚴蔚敏,吳偉民.數據結構(C語言版)[M].北京:清華大學出版社,2006.

[4] 譚浩強. C程序設計[M]. 北京:清華大學出版社,2006.

[5] David J. Kruglinski. Visual. C++技術內幕[M]. 4版. 北京:清華大學出版社,2001.

[6] H.M.Deitel,P.J.Deitel. C程序設計教程[M]. 北京:機械工業出版社,2001.