振南技术干货集:C语言的一些“骚操作”及其深层理解(8)

简介: 振南技术干货集:C语言的一些“骚操作”及其深层理解(8)

注解目录

第二章《c语言的一些“操作”及其深层理解》

一、字符串的实质就是指针

(如何将 35 转为对应的十六进制字符串”0X23”?)

二 、转义符\

(打入字符串内部的“奸细”。)

三、字符串常量的连接

(字符串常量是双面胶,你知道吗?)

四、长字符串的拆分技巧

GPS 数据帧 NMEA、Shell 命令行和 AT 指令的解析,是长串拆分的典型应用。)

五、巧取数值的各位数码

(玩多位数码管的必有操作。)

六、printf 的实质与使用技巧

(自认为很了解 printf?那你试过向 3 个 UART 打印吗?或者打印到液晶屏上?)

七、关于浮点数的传输

(浮点只是一种假象,看清它的本质。)

八、关于数据的直接操作

(如何快速计算浮点的相反数,乘以-1.0?再想想。)

九、 浮点的四舍五入与比较

(老师说浮点不能直接判等,为什么?)

十、的 出神入化的 for 循环

(for 循环很熟悉了吧?OK,振南出了几道题,来试试。)

十一、 隐藏的死循环

(我们在明处,有时死循环在暗处。)

十二、 看似多余的空循环

(没用的东西?)

十三、 独立执行体

(这个概念 C 语言里没学过?那就对了,我经常用。)

十四、 多用() 无坏处

(万物皆可加括号。)

十五、== 的反向测试

(把==错写成=,能让你调程序调到吐血。)

十六、 赋值操作的实质

(让数学教授困惑半生的 C 语言赋值操作。)

十七、 关于补码

(摊牌了,CPU 其实不会作减法。)

十八、 关于-1

(-1 就是全 F,全 F 就是-1。)

二十、字节快速位逆序

(时间与空间的相互转化--计算机中的相对论)

二十一、关于 volatile

(有些东西不可优化。)

二十二、关于变量互换

(位操作的奇妙。)

二十三、关于 sizeof

(告诉你关于 sizeof 那些少人关注的问题。)

二十四、memcpy 的效率

(小小的函数也有大大的背景)

二十五、[] 的本质

(你以为[]只是数组下标?)

二十六、# 与##( 串化与连接)

(一个不曾出现在 C 语言教材中的知识点)

赋值操作的实质

原来一位哈工程理学院教授(搞数学的)讲述了自己的一个困惑,一直以来都被我们当成个笑话在说。他学 C语言的时候,首先a=1,然后后面又来一个a=2,这让他非常不解,a怎么可能同样等于1又等于2 呢?

其实这是因为他对计算机运行机制不了解,这个a不是他数学稿纸上的代数变量,而是计算机中实实在在的“电”,或者说“信号”,如图 2.7 所示。

其实不限于C语言,所有编程语言的目的都是控制计算机硬件,实现电信号的传输、存储等操作,最终达成某一功能。变量是存储器中的一小块空间,它源自于形如int a这样的代码编译后由编译器所作的存储器分配。对变量的赋值就是CPU内核通过三总线将数据传输到存储器特定地址单元上的过程。所以,a=1;a=2;只是两次数据传输过程而已。

这个教授当时算是个外行;其实对于我们也是一样的,想要真正掌握编程语言,只流于代码表面的意思是不行的,必须对它在硬件上产生的操作有明确的认识,对计算机内部的运行机理有深入理解才可以。

关于补码

补码是一个很基础的概念,但是对于很多人来说,其实有些迷糊,这里对补码进行一些通俗而深刻的讲解。

C 语言中的整型类型有两种,无符号与有符号。无符号比较好理解,如图 2.8 所示。

只需要将每一个位乘以它的权值,再求和即是其所表达的数值。它所有的位都用来表达数值,因此上图中类型能表达的范围为0~255(8个位)。但如何表达负数,比如-10,这个时候涉及补码了,如图2.9所示。

有符号整型的最高位被定义为符号位,0 为正数,1为负数。上图中前一行等于十76,后一行等于多少?-76? 那就错了。对于负数的数值要按其补码来计算,如图 2.10 所示。

为什么要引入补码的概念,符号位表示符号,其他位直接表示其绝对值,不是更好吗?这其实是一个数字游戏。我们要知道一个前提:CPU中只有加法器,而没有减法器。OK,我们看下面的例子。

可以看到,补码将符号位也统一到了计算过程中,并且巧妙的使用加法实现了减法操作,这对于简化 CPU 中的算术逻辑电路(ALU)具有重要意义。

关于-1

为了说明关于-1的问题,我们先来看一个例子:

这个if 条件成立吗?似乎这是一句废话。其实不然,它不一定成立。

我们要知道C语言中的判等==运算是一种强匹配,也就是比较的双方必须每一个位都匹配才被认为相等。上例中,a在内存中的表示是0XFFFF(补码),但是-1这个常量在内存中的表示在不同的硬件平台上却不尽相同,在16位CPU平台上是 OXFFFF,它们是相等的。而在32位 CPU平台上则是0XFFFFFFFF,它们就不相等。所以稳妥的办法是:

我们看到-1的补码是全F而且位数与CPU平台相关。所以一1 经常还有另一个妙用,即可以用于判断硬件平台的 CPU位数,便于提高代码的可移植性(32 位平台的 int(-1)为OXFFFFFFFF,而 16 位平台则是 OXFFFF)。

字节快速位逆序

我给大家出一道有意思的题目:如何快速得到一个字节的位逆序字节。比如 0X33的位逆序字节是0XCC。

有人给了我这样一段代码:

这段代码很简洁,也很巧妙。但是它却不是最快的。后来作了改进:

这样把循环打开,确实会提速不少。但它仍不是最快的实现方案。请看如下代码:

恍然大悟了没有?使用字节数组事先准备好位逆序字节,然后直接以字节的值为下标索引,直接取数据即可。这种方法被称为“空间换时间”。

这个问题我问过很多人,多数人并不能直接给出最佳方案。倒是有不少人问我这个问题有什么实际意义,为什么要去计算位逆序字节?请大家想想,如果我们把电路上的数据总线焊反或插反了该怎么解决。

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