如何高效使用C语言-技术圈

来自：李山文的博客
链接：https://lishanwen.cn/index.php/2021/06/27/effectiveclanguage/

使用static关键字

static关键字有两个作用，对于变量而言，表示该变量是一个静态变量，放在数据段中，即使函数运行结束，其变量也仍然存在。对于函数而言，表示该函数的作用域仅在该文件中，其他文件不可访问，这样有一个好处，就是当该文件仅仅只被本文件中的函数调用时，此时使用static关键字修饰可以避免其他函数因函数名相同而报错，也就是当使用该关键字修饰时，即使两个文件中的函数名完全相同，也不会报编译错误，例如下面有两个.c文件，分别是fun1.c和fun2.c。这两个文件中有函数swap，函数名完全相同。这样我们可以这样使用static关键字：

//fun1.c
static void swap(int *a,int *b)
{
    int temp;
    temp=*a;
    *a=*b;
    *b=temp;
}

//fun2.c
static void swap(int *a,int *b)
{
    int temp;
    temp=*a;
    *a=*b;
    *b=temp;
}

上面两个文件中有完全一样的函数，函数只能在各自的文件中使用。

使用const关键字

const关键字的是constant的意思，即不变的，在C语言中作为关键字来告诉编译器变量是不可修改的。

修饰变量

修饰普通变量

const用来修饰普通变量表示该变量的值不可修改，也就是只读。比如现在定义一个const a=10，则a的值后面将不可修改。

const int a=10;  //初始化
a=20         //错误，a的值不可修改

修饰指针变量

const用来修饰指针变量表示该指针的值不可修改，由于指针有两个值可以修改，一个是指针的值，即指向的位置，另一个是指针指向的位置的值，为了区分这两个值是否能修改，编译器规定采用”就近原则“，即const修饰的是离const最近的。

int a=1,b=2; const int *p=&a;
//修饰的是int *,即表示指针解引不可修改，也就是指针指向的值不能修改，等价int const *p=&a; 
*p=10;
//错误，p指针指向的值不可修改
p=&b;
//正确，没有改变p指向变量的值。
int * const q=&a;
//修饰的是指针q，即指针q指向的位置不可修改
q=&b;
//错误，q指向的位置不可修改
*q=20;
//正确，没有修改q指向的位置

修饰数组

const用来修饰数组表示该数组的所有值将不得修改，一般编译器看到一个const数组会将该数组存放在代码区中，也就是.text段，这样该数组将是只读数据。

const int a[4]={1,2,3,4};
a[1]=20; //错误，a数组所有的元素均不可修改  a数组为read only，放在代码段中

地址对齐

变量地址对齐

地址对齐是一个非常重要的概念，现代编译器提高代码的执行速度（主要是配合cache），默认将地址都按照4字节对齐，也即是一个字对齐。我们现在看下面一个结构体：

struct test
{
    char a;
    int  b;
}

如果不了解地址对齐概念的读者可能会认为上面的结构体一共占1+4=5个字节，实际上是占8个字节，编译器会按4字节对齐，由于a变量只占一个字节，后面的b变量占4个字节，如果只给a一个字节地址，编译器会检测到b变量的地址并不是按4字节对齐的，因此编译器会默认将分配给b变量的地址向后偏移3个字节，这样b变量的地址正好的四字节对齐。

#include 
struct test
{
    char a;
    int  b;
};
int main(int argc, char **argv)
{
    struct test a;
    printf("size of struct test  is =%d\n",sizeof(a));
    return 0;
}

因此在定义一个结构体时为了尽可能节约空间，必须考虑字节对齐问题。下面我们来对比两个结构体：

#include 
struct A{
    int    a;
    char   b;
    short  c;
};
struct B{
    char   b;
    int    a;
    short  c;
};
int main(int argc, char **argv)
{
    struct A st1;
    struct B st2;
    printf("size of st1 is=%d\n",sizeof(st1));
    printf("size of st2 is=%d\n",sizeof(st2));
    return 0;
}

运行后结果如下：

两个完全一样的结构体，仅仅只是变量存放的位置不同导致其最终所占的空间不同，这就是字节对齐带来的结果。显然结构体A要节约内存。

指针地址对齐

既然指针是变量，那是否可以对指针进行位运算呢？比如将指针的值最后一位清零：p&=(~(1))，理论上应该是可行的，因为指针本来就是变量，但实际上编译器不乐意了，它认为这样导致指针指向的地址太随意了，没有严格遵循比类型空间大小，这就导致指针没办法进行位运算操作，理论上位运算和算术运算是有等价关系的，因此也可以自己实现指针位运算，这个在C++运算符重载中可能比较方便，因此这里不详细谈指针的位运算了。

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