【C陷阱和缺陷】可移植性缺陷

一，应对C语言标准变更

编译器并不是都实现了C标准（ANSI），不同的C语言实现会有细微的差别。

使用最新的C特性会更容易编写而且不容易出错，但可能造成在某些早期的编译器上无法工作，失去部分客户。为了提高可移植性，要在新旧用法之间进行取舍。

二，标示符名称的改变

某些C语言的实现把一个标识符中处出现的所有字符作为有效字符处理，而有的C实现会自动截断一个长标识符的名称的尾部。

ANSI标准所能保证的只是，C实现必须能区分前6个字符不同的外部名称，而这个定义中不区分字母的大小写。因此print_fields和print_float这样的名称不恰当，State和STATE这样的命名方式也不明智。

三，整数的大小

对于不同长度的整形：short、int、long，C语言规定：

（1） 三者的长度是非递减的；

（2）一个int整数足够大以能够容纳任何数组的下标；

（3）字符长度由硬件长度决定。

因为不同的整形长度在不同位的机器上的实现不同，为了提高可移植性，最好声明整形变量为long型。可以在程序开始定义一个新类型名，以后一改全改：

typdef long tenmil ;

四，字符是有符号整数还是无符号整数

在将一个字符值转换为整数值时，有的编译器会将字符作为有符号数处理：将符号位进行复制；而有的编译器将其作为无符号数，在其多余的位上直接填0。

如果编程者关注一个最高位为1的字符的数值是正还是负，那么可将这个字符声明为unsigned char型，这样在转换为整数时，无论什么编译器，都会简单的在其空位填0.

(unsigned) c可得到与c等价的无符号数的认识是错误的，因为在将c转换为无符号数的时候，c会首先被转换为int型整数，从而可能得到意想不到的结果。

正确的做法：

(unsigned char) c,因为一个unsigned char型的字符在转换为无符号整数时无需被转换为int型，而是直接进行转换。

下面是在vc6.0上的测试：

char c = -25; int d = (unsigned char)c; cout<<c<<endl;//nothing cout<<d<<endl;//231

char c = 125; int d = (unsigned char)c; cout<<c<<endl;//} cout<<d<<endl;//125

五，移位运算符

1）向右移位时，如果是无符号数，则左侧空出的位填0，如果是有符号数则有的C语言实现用0填充空出的位（逻辑移位），有的用符号位的数字填充空出的位（算术移位）。

2）如果移位对象是n位，则允许移位的数目必须大于等于0，严格小于n。

即n如果是int型，则n>>32,n>>-1都是非法的。

3）有符号的向右移位运算并不等同于除以2的某次幂！

-1>>1

一般不为0（在vc6.0中为-1），而(-1)/2为0.

-3>>1

在vc6.0中为-2，而不是-1。

4）移位运算要比除法运算快得多：

mid = (low + high) >>1;

要比mid = (low+high)/2快得多，但这里要注意low+high要确保为非负。

六，内存位置0

null指针并不指向任何对象，除非用于赋值或比较运算，出于其他目的使用null指针都是非法的。

有的C语言实现允许对内存位置0进行读，有的允许读和写，有的不允许读。即使允许读，其内容一般也是一堆垃圾信息。

char * p = NULL;

cout<<*p<<endl;

因此这段程序在某些机子上输出“一堆垃圾信息”，有的运行失败。

七，除法运算时发生的截断

对于a除以b商q，余r：

q = a/b; r=a%b;

我们希望满足以下三条：

1） q*b+r = a;

2）如果a的正负号改变，则q的符号也跟着改变，但其绝对值不变；

3） b>0时，r>=0 && r<b.例如当余数用于哈希表的索引，则确保它是一个有效的索引值。

但这3条不可能同时成立，大多数程序设计语言放弃了第3条，只余数与被除数的符号保持相同。

C语言只保证第一条，以及当a>=0,b>0时，|r|<|b|,以及r>=0;这比第2条和第3条的限制性要弱得多。

八，随机数的大小

ANSI中定义了RAND_MAX,等于随机数的最大取值，早起的c实现没有包含这个常数。

Cout<<RAND_MAX; //32767 #include <stdlib.h>

九，大小写转换

起初大小写转换被实现为宏：

#define toupper(c) ((c)>=’a’ &&(c)<=’z’ ? (c)+’A’-‘a’ : (c))

#define tolower(c) ((c)>=’A’ && (c)<=’Z’ ? (c)+’a’-‘A’ : (c))

但如果遇到类似toupper(*p++)的情况时，后果不堪设想；

故后来又实现为函数：

int toupper(c)

{

if(c >= ‘a’ && c <= ‘z’)

return c + ‘A’- ‘a’;

return c;

}

但这样增加了函数调用的开销。

十，首先释放，然后重新分配

调用realloc时，将指向一块已经分配内存空间的指针和要重新分配的大小传递给realloc，可以调整这块内存大小，期间可能涉及到内存拷贝。

在第七版UNIX参考手册中，规定如果指针指向的是最近一次malloc、realloc、calloc分配的内存，即使这块内存已经被释放，realloc函数仍然可以工作，早起的realloc函数还要求在重新分配内存大小时需事先释放掉这块内存。现在，这种做法并不提倡。

十一，可移植性问题的一个例子

将long型整数转换为其10进制表示，并对10进制表示中的每个字符调用函数指针所指向的函数：

void printNum(long n, void (*p)(char)) //打印数

{

if(n < 0)//是否为负

{

(*p)('-');//打印负号

n = -n; //转换为正数

}

if(n > 10)//包含两个以上的数字

printNum(n/10, p);

(*p)((int)(n%10) + '0'); //因为在某些机器上int和long的内部表示不同，所以强制转换为int

}

void printChar(char c)

{

printf("%c",c);

}

问题1：

(*p)((int)(n%10) + '0');在这句中，用+’0’来得到整数对应的字符表示，这种方式的假定前提是机器的字符集中数字是顺序排列的，没有间隔的，这对ASCII和EBCDIC字符集来说是对的，对符合ANSI的C实现来说也是对的，但有的机器的字符集并非如此，故可能导致可移植性问题。

解决方法：

将(*p)((int)(n%10) + '0');替换为(*p)("0123456789"[n % 10]);

因为一个字符串常量可以用来表示一个数组，所以在数组名出现的地方都可以用字符串常量来替换。

问题2：

if(n < 0)

{

(*p)('-');

n = -n; // 当（n=-2^k）时候发生溢出

}

当n为负数时，我们n=-n，这个操作可能引起溢出，因为基于2的补码的计算机允许表示对负数的取值范围要大于正数的取值范围，即如果long有k位以及一个符号位，则其表示范围为-2^K却不能表示2^K，所以为了不出现溢出，要保证不将n转换为对应的正数。可以用一个函数判断正负号，而另一个函数针对负数进行处理，（因为负数的表示范围要大）：

void printNum(long n, void (*p)(char))

{

if(n < 0)

{

(*p)('-');

printNeg(n, p);

}

else

printNeg(-n, p);

}

void printNeg(long n, void (*p)(char))

{

if(n < -10)

printNeg(n/10, p);

(*p)("0123456789"[-(n%10)]); //注意不要将其写为-n%10，因为这涉及到将n转换为整数

}

问题3：

对于n%10和n/10，因为在整数除法和取余运算中，当一个操作数为负数时，其结果与机器的具体实现有关，因此n%10当n为负数时有可能是正数，故"0123456789"[-(n%10)会出现错误。因此要检查余数是否在合理的范围内，如果不是则要适当调整两个变量：

void printNeg(long n, void (*p)(char))

{

long q = n/10;

int r = n%10;

if(r > 0)

{

r -= 10; //调整余数为负

q++; //调整商

}

if(n < -10)

printNeg(q, p);

(*p)("0123456789"[-r]);//注意不要将其写为-n%10，因为这涉及到将n转换为整数

}

因此本程序的最终高可移植版本为：

void printNum(long n, void (*p)(char)) //打印函数

{

if(n < 0)

{

(*p)('-');

printNeg(n, p);

}

else

printNeg(-n, p);

}

void printNeg(long n, void (*p)(char)) //打印负数

{

long q = n/10;

int r = n%10; //判断n 是否为负数时发生溢出

if(r > 0)

{

r -= 10; //调整余数为负

q++; //调整商

}

if(n < -10)

printNeg(q, p);

(*p)("0123456789"[-r]);//注意不要将其写为-n%10，因为这涉及到将n转换为整数

}

void printChar(char c)

{

printf("%c",c);

}

Exercise7.2

函数atol的作用是接受一个指向以null结尾的字符串的指针作为参数，返回一个对应的long型的整数值。假定：

1 作为输入参数的指针指向的字符串总是代表合法的long型整数值，因此atol无需检查输入是否越界；

2 唯一合法的输入字符是数字和正负号。输入字符串在遇到第一个非法的字符时结束。

请写出atol的一个可移植的版本。

Answer：

这里主要考虑问题是避免中间结果溢出，即使最终结果在取值范围内也是如此。如果将一个负数转换为正数再处理，很有可能发生溢出，下面的程序只是用负数和0来得到函数的结果，从而避免了溢出。

long atol(char* s)
{
	long r = 0;
	int neg = 0;
	switch(*s) //判断第一个字符是正负号还是其他
	{
		case '-':
			neg = 1;
		/*此处没有break*/
		case '+':
			s++;
			break;
	}
	while(*s >= '0' && *s <= '9')//只有字符在0-9之间时才进行计算
	{
		int n = *s++ - '0';
		if(neg)
			n = -n;
		r = r * 10 + n;
	}
	return r;
}