Ｃ语言教学中的几个常见问题
2009-06-20黄宇
黄 宇
文章编号：1672-5913(2009)10-0096-03
摘要：作者在多年的C语言教学过程中，对学生中经常遇到的问题进行了一些总结。本文就学生中经常遇到的5个带有普遍性的问题，通过C程序示例进行了分析，指出了出现错误的原因，给出了改正的方法。
关键词：C语言；程序设计；教学
中图分类号：G642
文献标识码：B
1引言
随着计算机应用技术的普及，大学中很多专业都开设了计算机编程课程。在非计算机专业中，大多以教授C语言编程为主。本人长期从事对非计算机专业学生的C语言编程课的教学工作，在长期的教学实践中，发现了一些学生在编程中经常会遇到的问题。在此，就几个典型的常见问题，展开一些探讨。这些问题的解决，对于更深入的理解C语言，将起到一定的帮助作用。
2几个常见问题
2.1无符号数运算问题
大家知道，在C语言中，不同类型的数据一起运算时是按照隐式类型转换的规则进行的，也就是将两个类型不一致的数据首先转换成一致的，然后再进行运算。其转换的基本原则有两点，一是小数据类型向大数据类型转换，二是有符号类型向无符号类型转换。比如，当一个float类型数据和一个double类型的数据进行运算时，就是首先将float类型的数据转换成double类型的数据，然后再进行运算；而当一个int类型的数据和一个unsigned int类型的数据进行运算时，则首先把int类型的数据转换为unsigned int类型的数据，然后再进行运算。对于第一种情况，一般不会遇到问题，但是对于第二种情况，初学者往往注意不到这种转换中可能会隐含的问题，导致程序运行结果出现与自己设想不一致的情况。
下面给一个具体的例子：
#include
int main()
{
unsigned int n = 1;
int m = -1;
if (m < n)printf("m < n");
else printf("m >= n");
return 1;
}
在这段程序中，n = 1，m = -1，显然应该是m
为什么会出现这种情况呢？这是因为n是unsigned int类型的，而m是int类型的，在m和n进行比较运算时，由于二者的类型不一致，首先要进行类型转换。按照C语言隐式类型转换规则，有符号类型的int转换为无符号类型的unsigned int。这样，m(=-1)中的符号位被当成了“数字”进行转换，有符号的-1成为了无符号的4294967295(四字节的情况下。如果是二字节的则是65535)。而4294967295当然要大于1了，所以就有了以上的运行结果。
不单单是在比较运算中会出现这种情况，在其他运算中，比如加减乘除等，也一样会有类似的情况出现。所以，当有符号和无符号的数据混合运算时，一定要注意这个问题，除非特殊情况，应尽量避免有符号和无符号的混合运算。
2.2计算数组的长度
在C语言中，操作符sizeof( )可以计算一个类型或者一个变量所占用的字节数。比如：sizeof(int)或者sizeof(x)(假定x是int类型的)，当一个整数占用4个字节时，就可以得到4的结果。
再比如，一个整数数组：int a[8];
可以通过sizeof(a)/sizeof(int)得到数组a的元素个数。因为sizeof(a)得到的是a数组占用的总字节数，除以每个int所占用的字节数sizeof(int)，就是该数组的长度。
由于很多情况下需要知道一个数组的长度，比如在对一个数组排序时，因此，有些初学者就利用sizeof在函数中计算数组的长度。举例如下：
mysort(int a[])
{
int len;
len = sizeof(a)/sizeof(int); //得到数组a的长度
//以下对a进行排序
}
但是往往会发现，这样的结果并不正确，len经常得到的是1(假定是32位系统，一个整数占4个字节)。这又是为什么呢？
这个问题，与C语言中数组参数的传递方式有关。在C语言中，当一个数组当作参数传递时，数组被转换为指针。在上面的例子中，无论你在函数定义是mysort(int a[])还是mysort(int a[100])，在函数内部，a均被转换成int *a类型，与定义mysort(int *a)是一致的。因此，在函数内部，当计算sizeof(a)时，实际上计算的是sizeof(int *)。因此，当作为形参时，无论你的mysort(int a[N])定义中，有无N，或者N是多大，sizeof(a)得到的都是4(假定在32位系统中)。
因此，在一个函数内部，是无法得到一个数组参数的长度的，其长度只能通过参数进行传递。所以，上述的排序函数应该定义成如下的形式：
mysort(int a[], int len)
{
//以下对a进行排序
}
2.3常量字符串问题
在学习完字符串的操作之后，同学们往往会编写一些简单的练习程序，这时经常会遇到一些“莫名其妙”的情况，使得程序不能正确运行。
比如下面这个程序，非常简单，就是把字符串"abcde"中的'a'换成'A'：
int main()
{
char *p = "abcde";
p[0] = 'A';
return 1;
}
程序编译没有问题，一运行就出现错误。这是为什么呢？
在这个程序中，字符串"abcde"是一个常量，指针p指向了这个常量。而“常量”顾名思义是不能修改的，而该程序试图通过指针p修改一个常量字符串，导致运行错误。
把程序修改如下，就没有问题了：
int main()
{
char p[] = "abcde";
p[0] = 'A';
return 1;
}
这是因为p是一个字符数组，并通过初始化的方法对该数组进行了赋值。虽然字符数组p也是一个字符串，但是p不是常量，可以修改，因此就不会出现运行错误了。
同样，如果是这样，也不会出现错误：
int main()
{
char p[] = "abcde";
char *q = p;
q[0] = 'A';
return 1;
}
因为在这里q指向是字符数组p，而不是字符串常量"abcde"。
2.4文件结束判断问题
在C语言中，函数feof( )可以判断文件结束，但是初学者在使用feof( )时，经常会犯错误。请看下面这个例子，该程序实现将文件a.txt拷贝到b.txt的功能，通过feof判断a.txt是否结束，在结束之前，每次读一个字符，并写到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;
}
程序很简单，看似没有什么错误。但是这里却隐含了一个初学者经常会犯的错误。运行一下该程序，就会发现在b.txt的最后，会“奇怪”地多出了一个字符。
问题出现在什么地方呢？主要是对feof的认识有误造成的。
仔细看一下feof的功能，会发现当读完了最后一个字符后，feof还是保持“假”，只有当读完了最后一个字符再试图读文件时，feof才为真。也就是说，feof判断是否到达文件尾比实际情况要“晚”一步。按照上面的程序，当fgetc从a.txt中读完了最后一个字符后，feof并不马上为真，还要循环再读一次a.txt，并通过fputc函数将这次得到的结果(在字符c中)写入到b.txt中，造成了b.txt中多了一个字符。而这时，feof才变成了真，程序退出循环结束。
明白了这一点，程序按照如下方式增加一个if语句就可以了：
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;//新增加的一个判断
fputc(c, po);
}
fclose(pi);
fclose(po);
return 1;
}
2.5结构体的大小问题
通过sizeof可以计算一个结构体占用的字节数，比如下面一段程序是计算结构体S所占的字节数。程序的输出应该是多少呢？
int main()
{
struct S
{
char a;
int n;
};
int n;
n = sizeof(struct S);
printf("%d", n);
return 1;
}
char占1个字节，int占4个字节，初学者往往会回答S长度是5。但是一运行程序，发现输出的结果却是8。见到这样的结果，初学者往往又不得其解，不知为什么会这样。
这里涉及的就是所谓的地址对齐的问题，编译程序，在默认的情况下，会按照一定的原则，比如让宽度为2的基本数据类型(short等)都位于能被2整除的地址上，让宽度为4的基本数据类型(int等)都位于能被4整除的地址上等等，这样做的原因是为了加快程序的运行速度。也就是说，对结构体进行了一定的填充，使得它的成员的地址满足一定的要求。关于如何对齐问题涉及的内容比较多，这里就不详细解释了，有兴趣的读者可以参考有关计算机组成原理方面的书。
3结束语
我们在C语言教学过程中，经常会遇到学生提出的各种问题，有些问题是个别性的，有些问题则是普遍性的，从学生遇到的最多的问题中，整理出了这5个具有普遍性的问题，希望对有关C语言的教与学能起到一定的帮助。
参考文献：
[1] 薛胜军. 计算机组成原理[M]. 武汉:华中科技大学出版社,2000.
[2] 王诚, 刘卫东，宋佳兴. 计算机组成与设计[M]. 3版. 北京:清华大学出版社,2008.
[3] 严蔚敏,吴伟民.数据结构(C语言版)[M].北京:清华大学出版社,2006.
[4] 谭浩强. C程序设计[M]. 北京:清华大学出版社,2006.
[5] David J. Kruglinski. Visual. C++技术内幕[M]. 4版. 北京:清华大学出版社,2001.
[6] H.M.Deitel,P.J.Deitel. C程序设计教程[M]. 北京:机械工业出版社,2001.
