C/C++ - 常見 C 語言觀念題目總整理
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常見的 C/C++ 問題總整理，增強 C 語言觀念並練習一些題目，努力脫離苦海吧！
(非從零開始，適合稍有 C/C++ 基礎的人閱讀。）
指標 (pointer)：一個指向某個儲存位址的變數，語法為
其中
也可用於函數變為函式指標 (function pointer)，語法為
常用的地方如下
指標判讀大原則為「從右讀到左」，例如：
一樣右讀到左，例如：
1. call by value : 最常見的函式寫法，呼叫者和被呼叫者的變數各自佔有記憶體，將參數複製再傳給函式。
2. call by reference : 呼叫者和被呼叫者的變數使用相同的記憶體位址，因此在被呼叫函式中改變變數時，變動結果會保留。(C++ 才有，寫法為 type func(type &var) { ... })
[用心去感覺] call by address (?)
C 語言之父明確表示 C 語言只有 call by value。坊間有 call by address 的說法其實是方便教學，指的是對指標變數進行操作的 call by value，具體的執行效果和 call by reference 一樣。
下面兩篇文章對這個觀念講得很清楚：
MLab - 什麼是傳值call by value、傳址call by address、傳參考call by reference
http://wp.mlab.tw/?p=176
郭晉魁教授 - c語言有沒有call by reference(or call by address) ?
http://eportfolio.lib.ksu.edu.tw/~T093000170/blog?node=000000119
1. local 變數 : local 變數僅活在該函式內，存放位置在 stack 或 heap 記憶體中。
2. static 變數 : static 變數生命周期 (life time) 跟程式一樣長，而範圍 (scope) 則維持不變，即在宣告的函式之外仍無法存取 static 變數。
3. global 變數 : 所有區段皆可使用此變數。
[用心去感覺] static vs global
除了範圍不同，static 變數只有宣告的檔案可以使用；而 global 變數可加上 extern 關鍵字修飾，即可在其他檔案以 .h 標頭檔方式使用該變數 (也就是 internal linkage 和 external linkage 的不同)。
[用心去感覺] 記憶體的配置
const 通常表示只可讀取不可寫入的變數，常用來宣告常數。使用 const 有以下好處：
由於嵌入式系統常處理 I/O、中斷、即時操作系統 (RTOS) 相關的問題，因此在嵌入式系統開發中 volatile 尤為重要。被 volatile 修飾的變數代表它可能會被不預期的更新，因此告知編譯器不對它涉及的地方做最佳化，並在每次操作它的時候都讀取該變數實體位址上最新的值，而不是讀取暫存器的值。
volatile 常見的應用：
inline 可以將修飾的函式設為行內函式，即像巨集 (define) 一樣將該函式展開編譯，用來加速執行速度。
inline 和 #define 的差別在於：
#define 是巨集，在前置處理器 (preprocessor) 執行時處理，將要替換的程式碼展開做文字替換。define 語法範例如下：
引入防護 (Include guard) 是一種條件編譯，用於防範 #include 指令重複引入的問題。
邏輯上的運算子在 C 中的語法分別如下：
bitwise 的操作常與 "0x" 這種 16 進位表示法，方便轉換操作。
memcpy() 可以複製任何類型資料，不處理字串結束 '\0' 的情況，當 *src 長度大於 *dest 時會 buffer overflow (編譯時不會錯誤)。
strcpy() 只能用於字串複製，不需要指定長度，因為會自動偵測以 '\0' 為結尾，當 *src 長度大於 *dest 時會 buffer overflow (*dest 將沒有 \0)。
struct 是使用者自定的型態，包含數個不同資料型態的變數，將不同的資料型態關聯在一起，使他們的關聯更直覺。
typedef 保留字可以為資料型態建立別名，使程式更易閱讀理解。例如：
enum 是一種常數定義方式，可以提升可讀性，enum 裡的識別字會以 int 的型態，從指定的值開始遞增排列 (預設為 0)。
電腦架構早期記憶體空間比較不足，因此需要使用共用結構讓各變數共用一塊記憶體，union 所需的記憶體空間大小由最大的成員變數決定，例如以下 union 的大小為 8 位元組 (upper bound double)。
struct 是每個成員變數都配置一段空間，union 則是共用一段記憶體空間。另外，union 需注意記憶體內的排列方式，如 little-endian 方法排列，int 會放在 double 的 byte 3~0 的位置，從而改變 double 讀取時的值。
常見的語法 i++ 和 ++i 具有以下性質：
因此會出現這種問題：
程式設計遇上小提琴 - 萬惡的未定義行為
http://blog.ez2learn.com/2008/09/27/evil-undefined-behavior/
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一、指標
指標 (pointer)：一個指向某個儲存位址的變數，語法為
其中
- & : 取變數位址
- * : 表示為指標變數
常用的地方如下
- 函式 sort 時傳入判斷準則
- multithread 傳函數進入建立 thread 的 API 中
- callback function (一種事件導向的函式)
1. 基礎指標判讀
2. 指標與其他關鍵字混用
一樣右讀到左，例如：
二、call by value, call by reference
1. call by value : 最常見的函式寫法，呼叫者和被呼叫者的變數各自佔有記憶體，將參數複製再傳給函式。
2. call by reference : 呼叫者和被呼叫者的變數使用相同的記憶體位址，因此在被呼叫函式中改變變數時，變動結果會保留。(C++ 才有，寫法為 type func(type &var) { ... })
[用心去感覺] call by address (?)
C 語言之父明確表示 C 語言只有 call by value。坊間有 call by address 的說法其實是方便教學，指的是對指標變數進行操作的 call by value，具體的執行效果和 call by reference 一樣。
下面兩篇文章對這個觀念講得很清楚：
MLab - 什麼是傳值call by value、傳址call by address、傳參考call by reference
http://wp.mlab.tw/?p=176
郭晉魁教授 - c語言有沒有call by reference(or call by address) ?
http://eportfolio.lib.ksu.edu.tw/~T093000170/blog?node=000000119
三、變數範圍和生命周期（關鍵字 static）
1. local 變數 : local 變數僅活在該函式內，存放位置在 stack 或 heap 記憶體中。
2. static 變數 : static 變數生命周期 (life time) 跟程式一樣長，而範圍 (scope) 則維持不變，即在宣告的函式之外仍無法存取 static 變數。
3. global 變數 : 所有區段皆可使用此變數。
[用心去感覺] static vs global
除了範圍不同，static 變數只有宣告的檔案可以使用；而 global 變數可加上 extern 關鍵字修飾，即可在其他檔案以 .h 標頭檔方式使用該變數 (也就是 internal linkage 和 external linkage 的不同)。
[用心去感覺] 記憶體的配置
- Stack : 存放函數的參數、區域變數等，由空間配置系統自行產生與回收。(會稱作 stack 是由於其配置遵守 LIFO)
- Heap : 一般由程式設計師分配釋放，執行時才會知道配置大小，如 malloc/new 和 free/delete。(注意其資料結構不是 DS 中的 heap 而是 link-list)
- Global : 包含 BSS (未初始化的靜態變數)、data section (全域變數、靜態變數) 和 text/code (常數字元)。
四、關鍵字 const
const 通常表示只可讀取不可寫入的變數，常用來宣告常數。使用 const 有以下好處：
- 提升程式碼可讀性
- 使編譯器保護那些不希望被改變的參數
- 給優化器一些附加的資訊
[用心去感覺] const vs #define
- 編譯器處理方式 : define 在預處理階段展開；const 在編譯階段使用。
- 類型和安全檢查 : const 會在編譯階段會執行類型檢查，define 則不會。
- 存儲方式 : define 直接展開不會分配記憶體，const 則會在記憶體中分配。
五、關鍵字 volatile
由於嵌入式系統常處理 I/O、中斷、即時操作系統 (RTOS) 相關的問題，因此在嵌入式系統開發中 volatile 尤為重要。被 volatile 修飾的變數代表它可能會被不預期的更新，因此告知編譯器不對它涉及的地方做最佳化，並在每次操作它的時候都讀取該變數實體位址上最新的值，而不是讀取暫存器的值。
volatile 常見的應用：
- 修飾中斷處理程式中 (ISR) 中可能被修改的全域變數。
- 修飾多執行緒 (multi-threaded) 的全域變數。
- 設備的硬體暫存器 (如狀態暫存器)
[用心去感覺] const 和 volatile 合用
這是在 RTOS kernel 常見的一種宣告：rt_clock 通常是指系統時鐘，它經常被時鐘中斷進行更新。所以它是 volatile。因此在用的時候，要讓編譯器每次從記憶體裡面取值。而 rt_clock 通常只有一個寫者（時鐘中斷），其他地方對其的使用通常都是唯讀的。所以將其聲明為 const，表示這裏不應該修改這個變數。所以 volatile 和 const 是兩個不矛盾的東西，並且一個物件同時具備這兩種屬性也是有實際意義的。
六、關鍵字 inline
inline 可以將修飾的函式設為行內函式，即像巨集 (define) 一樣將該函式展開編譯，用來加速執行速度。
- inline 函數只對參數進行一次計算，避免了部分巨集易產生的錯誤。
- inline 函數的參數類型被檢查，並進行必要的型態轉換。
- 巨集定義盡量不使用於複雜的函數
- 用 inline 後編譯器不一定會實作，僅為建議。
七、前處理器相關
前處理器主要處理加入檔案 #include、巨集定義 #define 和 #undef 條件編譯。
1. 巨集 #define
#define 是巨集，在前置處理器 (preprocessor) 執行時處理，將要替換的程式碼展開做文字替換。define 語法範例如下：
2. 引入防護和條件編譯
引入防護 (Include guard) 是一種條件編譯，用於防範 #include 指令重複引入的問題。
第一次被引入時會定義巨集 MYHEADER，再次引入時判斷 #ifndef 測試失敗，因此編譯器會直接跳到 #endif，由此避免了重複引用。另有非標準的指令 #pragma once 提供相同效果，但由於可攜性不如上例，因此大多時候還是上面提到的方法為主。
條件編譯還有一些其它應用：
條件編譯還有一些其它應用：
八、bitwise operator
邏輯上的運算子在 C 中的語法分別如下：
- AND （&）
- OR（|）
- NOT（!）
- XOR（^）// bit值不一樣為 1
- complement（~）
- shift (<<, >>)
bitwise 的操作常與 "0x" 這種 16 進位表示法，方便轉換操作。
九、複製：memcpy 和 strcpy
1. 記憶體複製
memcpy() 可以複製任何類型資料，不處理字串結束 '\0' 的情況，當 *src 長度大於 *dest 時會 buffer overflow (編譯時不會錯誤)。
2. 字串複製
strcpy() 只能用於字串複製，不需要指定長度，因為會自動偵測以 '\0' 為結尾，當 *src 長度大於 *dest 時會 buffer overflow (*dest 將沒有 \0)。
十、延伸性資料型態：struct、typedef、union 和 enum
1. 結構 struct
struct 是使用者自定的型態，包含數個不同資料型態的變數，將不同的資料型態關聯在一起，使他們的關聯更直覺。
2. 重新定義型態名稱 typedef
typedef 保留字可以為資料型態建立別名，使程式更易閱讀理解。例如：
3. 列舉 enum
4. 共用結構 union
電腦架構早期記憶體空間比較不足，因此需要使用共用結構讓各變數共用一塊記憶體，union 所需的記憶體空間大小由最大的成員變數決定，例如以下 union 的大小為 8 位元組 (upper bound double)。
struct 是每個成員變數都配置一段空間，union 則是共用一段記憶體空間。另外，union 需注意記憶體內的排列方式，如 little-endian 方法排列，int 會放在 double 的 byte 3~0 的位置，從而改變 double 讀取時的值。
[補充] 未定義行為 (Undefined behavior)
常見的語法 i++ 和 ++i 具有以下性質：
- i++ : 先用 i ，再將 i+1
- ++i : 先 i+1，再用 i 。
程式設計遇上小提琴 - 萬惡的未定義行為
http://blog.ez2learn.com/2008/09/27/evil-undefined-behavior/
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