2013年6月23日 星期日

[C語言測試] 想成為嵌入式程式員應知道的10x10個基本問題

C語言測試是徵選嵌入式系統程式員過程中必須而且有效的方法。這些年我既參加也組織了許多這種測試,在這過程中我意識到這些測試能為面試者和被面試者提供許多有用訊息,此外,撇開面試的壓力不談,這種測試也是相當有趣的。 
從被面試者的角度來講,你能了解許多關於出題者或監考者的情況。
這個測試只是出題者為顯示其對ANSI標準細節的知識而不是技術技巧而設計嗎 ?
這個愚蠢的問題嗎 ?如要你答出某個字符的ASCII值。
這些問題著重考察你的系統調用(invoke)和記憶體分發策略方面的能力嗎 ?
這反映出出題者也許花時間在微處理機上而不在嵌入式系統上。如果上述任何問題的答案是“是”的話,那麼我知道我得認真考慮我是否應該去做這份工作。
從面試者的角度來講,一個測試也許能從多方面揭示應試者的素質︰最基本的,你能了解應試者C語言的水準。不管怎麼樣,看一下這人如何回答他不會的問題也是滿有趣。應試者是以好的直覺做出明智的選擇,還是只是瞎蒙呢 ?當應試者在某個問題上卡住時是找藉口呢,還是表現出對問題的真正的好奇心,把這看成學習的機會呢 ?我發現這些訊息與他們的測試成績一樣有用。
有了這些想法,我決定出一些真正針對嵌入式系統的考題,希望這些令人頭痛的考題能給正在謀職的人一點幫住。這些問題都是我這些年實際碰到的。其中有些題很難,但它們應該都能給你一點啟發。
這個測試適用於不同水準的應試者,大多數初級水準的應試者的成績會很差,經驗豐富的程式員應該有很好的成績。為了讓你能自己決定某些問題的偏好,每個問題沒有分發分數,如果選擇這些考題為你所用,請自行按你的意思分發分數。
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預處理器 (Preprocessor)
1.用預處理指令#define 聲明一個常數,用以表示1年中有多少秒 (忽略閏年問題)
#define SECONDS_PER_YEAR (60 * 60 * 24 * 365)UL
我在這想看到幾件事情︰
∙#define 語法的基本知識 (例如︰不能以分號結束,括號的使用,等等)
∙懂得預處理器將為你計算常數表達式的值,因此,直接寫出你是如何計算一年中有多少秒會比直接計算出實際的值更清晰。
∙意識到這個表達式將使一個16位元的機器產生整數型溢位 - 因此要用到長整型符號L,告訴編譯器這個常數是的長整型數。
∙如果你在你的表達式中用到UL (表示無符號長整型) ,那麼你有了一個好的起點。記住,第一印象很重要。

2.寫一個“標準”巨集MIN ,這個巨集輸入兩個參數並返回較小的一個。
#define MIN(A,B)  ( (A)  <= (B) ? (A) : (B))
這個測試是為下面的目的而設的︰
∙標識#define在巨集中應用的基本知識。這是很重要的,因為在行內(inline)運算子變為標準C的一部分之前,巨集是方便產生行內程式碼的唯一方法,對於嵌入式系統來說,為了能達到要求的性能,行內程式碼經常是必須的方法。
∙三元運算子的知識。這個運算子存在C語言中的原因是它使得編譯器能產生比if-then-else更優化的程式碼,了解這個用法是很重要的。
∙懂得在巨集中小心地把參數用括號括起來
∙我也用這個問題開始討論巨集的副作用,例如︰當你寫下面的程式碼時會發生什麼事 ?
least = MIN(*p++, b);

3.預處理器標識#error的目的是什麼 ?
如果你不知道答案,請看參考文獻1。這問題對區分一個正常的伙計和一個書呆子是很有用的。只有書呆子才會讀C語言課本的附錄去找出象這種問題的答案。當然如果你不是在找一個書呆子,那麼應試者最好希望自己不要知道答案。
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無窮迴圈 (Infinite loops)
4.嵌入式系統中經常要用到無窮迴圈,你怎麼樣用C編寫無窮迴圈呢 ?
這個問題用幾個解決方案。我首選的方案是︰
while(1)
{
   ...
}
一些程式員更喜歡如下方案︰
for(;;)
{
   ...
}
這個實作方式讓我為難,因為這個語法沒有確切表達到底怎麼回事。如果一個應試者給出這個作為方案,我將用這個作為一個機會去探究他們這樣做的基本原理。如果他們的基本答案是︰“我被教著這樣做,但從沒有想到過為什麼。”這會給我留下一個壞印象。
第三個方案是用 goto︰
Loop:
   ...
goto Loop;
應試者如給出上面的方案,這說明或者他是一個組合語言程式員 (這也許是好事) 或者他是一個想進入新領域的BASIC/FORTRAN程式員。
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數據宣告 (Data declarations)
5.用變數a給出下面的定義:
a)一個整型數 (An integer)
b)一個指向整數的指標 (A pointer to an integer)
c)一個指向指標的指標,它指向的指標是指向一個整型數 (A pointer to a pointer to an integer)
d)一個有10個整數型的陣列 (An array of 10 integers)
e)一個有10個指標的陣列,該指標是指向一個整數型的 (An array of 10 pointers to integers)
f)一個指向有10個整數型陣列的指標 (A pointer to an array of 10 integers)
g)一個指向函數的指標,該函數有一個整數型參數並返回一個整數 (A pointer to a function that takes an integer as an argument and returns an integer)
h)一個有10個指標的陣列,該指標指向一個函數,該函數有一個整數型參數並返回一個整數 (An array of ten pointers to functions that take an integer argument and return an integer)
答案是︰
a) int a; // An integer
b) int *a; // A pointer to an integer
c) int **a; // A pointer to a pointer to an integer
d) int a[10]; // An array of 10 integers
e) int *a[10]; // An array of 10 pointers to integers
f) int (*a)[10]; // A pointer to an array of 10 integers
g) int (*a)(int); // A pointer to a function a that takes an integer argument and returns an integer
h) int (*a[10])(int); // An array of 10 pointers to functions that take an integer argument and return an integer
人們經常聲稱這裡有幾個問題是那種要翻一下書才能回答的問題,我同意這種說法。當我寫這篇文章時,為了確定語法的正確性,我的確查了一下書。但是當我被面試的時候,我期望被問到這個問題 (或者相近的問題)。因為在被面試的這段時間裡,我確定我知道這個問題的答案。應試者如果不知道所有的答案 (或至少大部分答案),那麼也就沒有為這次面試做準備,如果該面試者沒有為這次面試做準備,那麼他又能為什麼出準備呢 ?
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Static
6.關鍵字static的作用是什麼 ?
這個簡單的問題很少有人能回答完全。在C語言中,關鍵字static有三個明顯的作用︰
∙在函數本體內(in Function Block),一個被宣告為靜態的變數,在這一函數被呼叫過程中維持其值不變。
∙在一個Block(ie. {...} )內 (但在函數體外),一個被宣告為靜態的變數可以被Block內所有的函數存取,但不能被Block外的其它函數存取。它是一個本地的全局變量。
∙在Block內,一個被聲明為靜態的函數,只可被這一Block內的其它函數呼叫。也就是這個函數被限制在宣告它的Block的本地範圍內使用。
大多數應試者能正確回答第一部分,一部分能正確回答第二部分,同是很少的人能懂得第三部分。這是一個應試者的嚴重的缺點,因為他顯然不懂得本地化資料和程式碼範圍的好處和重要性。
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Const(常量)
7.關鍵字const有什麼含意 ?
我只要一聽到被面試者說︰“const意味著常數”,我就知道我正在和一個業餘者打交道。去年Dan Saks已經在他的文章裡完全概括了const的所有用法,因此ESP(譯者︰Embedded Systems Programming)的每一位讀者應該非常熟悉const能做什麼和不能做什麼。如果你從沒有讀到那篇文章,只要能說出const意味著“只讀”就可以了。儘管這個答案不是完全的答案,但我接受它作為一個正確的答案。(如果你想知道更詳細的答案,仔細讀一下Saks的文章吧。)
如果應試者能正確回答這個問題,我將問他一個附加的問題︰
下面的聲明都是什麼意思 ?
const int a;
int const a;
const int *a;
int * const a;
int const * a const;
/******/
前兩個的作用是一樣,a是一個常數型整數。
第三個意味著a是一個指向常數型整數的指標 (也就是,整型數是不可修改的,但指標可以)。
第四個意思a是一個指向整數的常數型指標 (也就是說,指標指向的整數是可以修改的,但指標是不可修改的)。
最後一個意味著a是一個指向常數型整數的常數型指標 (也就是說,指標指向的整數是不可修改的,同時指標也是不可修改的)。
如果應試者能正確回答這些問題,那麼他就給我留下了一個好印象。順帶提一句,也許你可能會問,即使不用關鍵字 const,也還是能很容易寫出功能正確的程式,那麼我為什麼還要如此看重關鍵字const呢 ?
我有以下的幾個理由︰
∙關鍵字const的作用是給讀你程式碼的人傳達非常有用的訊息,實際上,宣告一個參數為常量是為了告訴了程式員這個參數的應用目的。如果你曾花很多時間清理其它人留下的垃圾(記憶體回收),你就會很快學會感謝這點多餘的訊息。(當然,懂得用const的程式員很少會留下的垃圾讓別人來清理的)
∙透過給優化器一些附加的訊息,使用關鍵字const也許能產生更緊湊的程式碼。
∙合理地使用關鍵字const可以使編譯器很自然地保護那些不希望被改變的參數,防止其被無意的程式碼修改。簡而言之,這樣可以減少bug的出現。
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Volatile(易變的)
8. 關鍵字volatile有什麼含意? 並給出三個不同的例子。
一個定義為volatile的變量是說這變量可能會被意想不到地改變,這樣,編譯器就不會去假設這個變量的值了。精確地說就是,優化器在用到這個變量時必須每次都小心地重新讀取這個變量的值,而不是使用保存在暫存器裡的備份。
下面是volatile變量的幾個例子︰
∙並行設備的硬體暫存器 (如︰狀態暫存器)
∙一個中斷服務次程序中會訪問到的非自動變數(Non-automatic variables)
∙多執行緒應用中被幾個任務(task)共享的變數
回答不出這個問題的人是不會被僱佣的。我認為這是區分C程式員和嵌入式系統程式員的最基本的問題。搞嵌入式的家伙們經常同硬體、中斷、RTOS等等打交道,所有這些都要求用到volatile變量。不懂得volatile的內容將會帶來災難。
假設被面試者正確地回答了這是問題 (嗯,懷疑是否會是這樣),我將稍微深究一下,看一下這家伙是不是直正懂得volatile完全的重要性。
∙一個參數可以同時是const也是volatile嗎? 解釋為什麼。
∙一個指標可以是volatile 嗎? 解釋為什麼。
∙下面的函數有什麼錯誤︰
int square(volatile int *ptr)
{
   return *ptr * *ptr;
}
下面是答案︰
∙是的。舉的例子是"只讀的狀態暫存器"。它是volatile因為它可能被意想不到地改變。它是const因為程式不應該試圖去修改它。
∙是的。儘管這並不很常見。舉的例子是當一個執行中的次程序修該一個指向一個buffer的指標時。
∙這段程式碼有點變態。這段程式碼的目的是用來返指標*ptr指向值的平方,但是,由於*ptr指向一個volatile型參數,編譯器將產生類似下面的程式碼︰
int square(volatile int *ptr)
{
   int a,b;
   a = *ptr;
   b = *ptr;
   return a * b;
}
由於*ptr的值可能被意想不到地該變,因此a和b可能是不同的。結果,這段程式碼可能返回不是你所期望的平方值!正確的程式碼如下︰
long square(volatile int *ptr)
{
   int a;
   a = *ptr;
   return a * a;
}
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位元操作 (Bit Manipulation)
9.嵌入式系統總是要用戶對變量或暫存器進行位操作。給定一個整型變量a,寫兩段程式碼,第一個設置a的bit 3,第二個清除a 的bit 3。在以上兩個操作中,要保持其它位不變。
對這個問題有三種基本的回應
∙不知道如何下手。該被面者從沒做過任何嵌入式系統的工作。
∙用bit fields。Bit fields是被扔到C語言死角的東西,它保證你的程式碼在不同編譯器之間是不可移植的,同時也保證了的你的程式碼是不可重新使用的。我最近不幸看到 Infineon為其較複雜的通信晶片寫的驅動程式,它用到了bit fields因此完全對我無用,因為我的編譯器採用其它的模式來實現bit fields。從道德講︰永遠不要讓一個非嵌入式的家伙沾到實際硬體的邊。
∙用 #defines 和 bit masks 操作。這是一個有極高可移植性的方法,是應該被用到的方法。最佳的解決方案如下︰
#define BIT3 (0x1 << 3)
static int a;
void set_bit3(void)
{
   a |= BIT3;
}
void clear_bit3(void)
{
   a &= ~BIT3;
}
一些人喜歡為設定和清除值而定義一個掩碼同時定義一些說明常數,這也是可以接受的。我希望看到幾個要點︰說明常數、|= 和 &=~ 操作。
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存取固定的記憶體位置 (Accessing fixed memory locations)
10.嵌入式系統經常具有要求程式員去存取某特定的記憶體位置的特點。在某工程中,要求設定一個絕對位址為0x67a9的整數型變數的值為0xaa55。編譯器是一個純粹的ANSI編譯器。寫程式碼去完成這一任務。
這一問題測試你是否知道為了存取一絕對位址把一個整數型強製轉型 (typecast) 為一指標是合法的。這一問題的實作模式隨著個人風格不同而不同。典型的類似程式碼如下︰
int *ptr;
ptr = (int *)0x67a9;
*ptr = 0xaa55;
A more obscure approach is:
一個較艱澀的方法是︰
*(int * const)(0x67a9) = 0xaa55;
即使你的品味更接近第二種方案,但我建議你在面試時使用第一種方案。
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中斷 (Interrupts)
11.中斷是嵌入式系統中重要的組成部分,這導致了很多編譯開發商提供一種擴展 - 讓標準C支持中斷。具代表的事實是,產生了一個新的關鍵字 __interrupt。下面的程式碼就使用了__interrupt關鍵字去定義了一個中斷服務次程序(ISR),請評論一下這段程式碼的。
__interrupt double compute_area(double radius)
{
   double area = PI * radius * radius;
   printf("\nArea = %f", area);
   return area;
}
這個函數有太多的錯誤了,以至讓人不知從何說起了︰
∙ISR 不能返回一個值。如果你不懂這個,那麼你不會被雇用的。
∙ISR 不能傳遞參數。如果你沒有看到這一點,你被雇用的機會等同第一項。
∙在許多的處理器/編譯器中,浮點一般都是不可重入的。有些處理器/編譯器需要讓多餘的暫存器入棧(PUSH入堆疊),有些處理器/編譯器就是不允許在ISR中做浮點運算。此外,ISR應該是短而有效率的,在ISR中做浮點運算是不明智的。
∙與第三點一脈相承,printf()經常有重入和性能上的問題。如果你丟掉了第三和第四點,我不會太為難你的。但如果你能得到後兩點,那麼你的被雇用前景越來越光明了。
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程式碼例子 (Code examples)
12.下面的程式碼輸出是什麼,為什麼 ?
void foo(void)
{
   unsigned int a = 6;
   int b = -20;
   (a+b > 6) ? puts("> 6") : puts("<= 6");
}
這個問題測試你是否懂得C語言中的整數自動轉型原則,我發現極少有開發者懂得這些東西。不管如何,這unsigned int的答案是輸出是 "> 6"。原因是當表達式中存在有符號類型和無符號類型時所有的操作數都自動轉換為無符號類型(unsigned)。因此-20變成了一個非常大的正整數,所以該表達式計算出的結果大于6。這一點對於應當頻繁用到無符號數據類型的嵌入式系統來說是非常重要的。如果你答錯了這個問題,你也就到了得不到這份工作的邊緣。
13.評價下面的程式碼片斷︰
unsigned int zero = 0;
unsigned int compzero = 0xFFFF;
/*1's complement of zero */
對于一個int型不是16位的處理器為說,上面的程式碼是不正確的。應編寫如下︰
unsigned int compzero = ~0;
這一問題真正能揭露出應試者是否懂得處理器字長的重要性。在我的經驗裡,好的嵌入式程式員非常準確地明白硬體的細節和它的限制,然而PC機程式往往把硬體作為一個無法避免的煩惱。
到了這個階段,應試者可能完全垂頭喪氣了或者信心滿滿志在必得。如果顯然應試者不是很好,那麼這個測試就在這裡結束了。但如果顯然應試者做得不錯,那麼我就扔出下面的追加問題,這些問題是比較難的,我想僅僅非常優秀的應試者能做得不錯。提出這些問題,我希望更多看到應試者應付問題的方法,而不是答案。不管如何,你就當是這個娛樂吧…
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動態記憶體分發 (Dynamic memory allocation):
14.儘管不像非嵌入式計算機那麼常見,嵌入式系統還是有從堆積(heap)中動態分發內存的過程的。那麼嵌入式系統中,動態分發記憶體可能發生的問題是什麼 ?
這裡,我期望應試者能提到記憶體碎片,碎片收集的問題,變量的生命週期等等。這個主題已經在ESP雜誌中被廣泛地討論過了 (主要是 P.J. Plauger,他的解釋遠遠超過我這裡能提到的任何解釋)。我拿出這麼一個小題目給應試者︰
下面的程式碼片段的輸出是什麼,為什麼 ?
char *ptr;
if ((ptr = (char *)malloc(0)) == NULL)
else
   puts("Got a null pointer");
puts("Got a valid pointer");
這是一個有趣的問題。最近在我的一個同事不經意把0值傳給了函數malloc,得到了一個合法的指標之後,我才想到這個問題。這就是上面的程式碼,該程式碼的輸出是"Got a valid pointer"。我用這個問題來開始討論,看看被面試者是否想到怎樣做才是正確的。得到正確的答案固然重要,但解決問題的方法和你做決定的基本原理更重要些。
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Typedef:
15.Typedef 在C語言中頻繁用以宣告一個已經存在的資料型態的同義字。也可以用預處理器做類似的事。例如,思考一下下面的例子︰
#define dPS struct s *
typedef struct s * tPS;
以上兩種情況的意圖都是要定義dPS 和 tPS 作為一個指向結構s指標。哪種方法更好呢 ? (如果有的話)為什麼 ? 這是一個非常微妙的問題,任何人答對這個問題 (正當的原因) 是應當被恭喜的。答案是︰typedef更好。思考下面的例子︰
dPS p1, p2;
tPS p3, p4;
第一個擴展為
struct s * p1, p2;
上面的程式碼定義p1為一個指向結構的指標,p2為一個實際的結構,這也許不是你想要的。
第二個例子正確地定義了p3 和p4 兩個指標。
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艱澀的語法:
16.C語言允許一些令人震驚的結構,下面的結構是合法的嗎,如果是,它做些什麼 ?
int a = 5, b = 7, c;
c = a+++b;
這個問題將做為這個測驗的一個愉快的結尾。不管你相不相信,上面的例子是完全合法的。問題是編譯器如何處理它 ? 水準不高的編譯作者實際上會爭論這個問題,根據最處理原則,編譯器應當能處理儘可能所有合法的用法。因此,上面的程式碼被處理成︰
c = a++ + b;
因此,這段程式碼持行後
a = 6, b = 7, c = 12
如果你知道答案,或猜出正確答案,做得好。如果你不知道答案,我也不把這個當作問題。我發現這個問題的最大好處是這是一個關於程式碼編寫風格,程式碼的可讀性,程式碼的可修改性的好的話題。
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好了,伙計們,你現下已經做完所有的測試了。這就是我出的C語言測試題,我懷著愉快的心情寫完它,希望你以同樣的心情讀完它。如果是認為這是一個好的測試,那麼盡量都用到你的謀職的過程中去吧。天知道也許過個一兩年,我就不做現下的工作,也需要找一個。
Nigel Jones 是一個顧問,現下住在Maryland。他很高興能收到讀者的來信,他的email位址是: NAJones@compuserve.com 。
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References
∙Jones, Nigel, "In Praise of the #error directive, " Embedded Systems Programming, September 1999, p. 114.
∙Jones, Nigel, "Efficient C Code for Eight-bit MCUs, " Embedded Systems Programming, November 1998, p. 66.

2013年6月22日 星期六

[轉錄] C++學習筆記(常數 Const)

常數(Const)

const為Constant的縮寫,是用一個變數來代表一個常使用的物件。
?
1
int pi = 3.14;
假設我們要設定圓周率pi為3.14,如果用上述方式設定的話,pi是可以變動的!!
?
1
2
pi=3.1;
pi=3.1415;
這對於程式來說是相當危險的事情,牽一髮動全身!
因此我們會在 pi宣告前加個「」讓他沒辦法更動,就是「const」
下面段意思是,const 一個 int p = 3.14 的變數
?
1
const int pi = 3.14;
下面段意思是,const  p = 3.14 的變數,而這變數是個int,兩著有些許不同,但效果一樣
?
1
int const pi = 3.14;

Const還可以被用來宣告函數,其用法相當多種,修飾不同的東西。

1.放在函數最後面(在類別宣告中)
其函數在執行過程中便不能修改資料成員,語法如下:
回傳資料型別  函數名稱(引數) const {函式內容}
?
1
int f1(int x) const {/...../}
2.放在函數最前面
其回傳值將是const,語法如下:
const 回傳資料型別  函數名稱(引數)
?
1
const int f2(int x)  {/...../}
3.放在引數變數前
其引數將變為const,語法如下:
回傳資料型別  函數名稱(引數型別 const 引數)
?
1
int f3(int const x)  {/...../}
4.放在引數前,而引數指標變數
其指標變數所指示的變數將變為const,語法如下:
回傳資料型別  函數名稱(引數型別 const *引數)
?
1
int f4(int const *x)  {/...../}
或是
回傳資料型別  函數名稱(const 引數型別  *引數)
?
1
int f4(const int *x)  {/...../}
5.放在引數前,而引述為指標變數前
其參考變數所參考的變數將變為const,語法如下:
回傳資料型別  函數名稱(引數型別 const &引數)
?
1
int f5(int const &x)  {/...../}
6.引數設const,再設為指標變數
其指標引數將變為const,語法如下:
回傳資料型別  函數名稱(引數型別 *const 引數)
?
1
int f6(int *const x)  {/...../}
7.引數設const,再設為指標變數,再加上const
其指標引數將變為const,且所指引的變數將為const,語法如下:
回傳資料型別  函數名稱(引數型別 *const 引數)
?
1
int f7(const int *const x)  {/...../}

總結:
?
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49
50
51
class Book{
    private:
        //資料成員
        int c ;
        string name;
  
public:
    Book(){
        c=0;
    }
  
    int f1(int x) const {
        c = 1 ;//錯誤!! set_name函式為const函式,不可更動資料成員
    }
  
    const int f2(int x){
        x++;
        c++;
        return c;
    }
  
    int f3(int const x){
        x++; //錯誤!! x為const變數
        c++;
        return c;
    }
  
    int f4(int const *x){
        (*x)++; //錯誤,因為原本指向的變數被設定為const了
        *x++;   //正確,意思是*(x++),只是改變x的記憶體位置,再指定到變數
        return c;
    }
  
    int f5(int const &x){
        x++;  //錯誤!x所參考的變數已經是const,x也是個const
        return c;
    }
  
    int f6(int *const x){
        (*x)++; //正確,x是const,但x所指引的變數並非const,可對其做++動作 
        *x++;   //錯誤!意思是*(x++),x已經是const,所以不可更動記憶體位置
        return c;
    }
  
    int f7(const int *const x){
        (*x)++;  //錯誤!x所參考的變數已經是const,x也是個const
        *x++;    //錯誤!意思是*(x++),x已經是const
        return c;
    }
  
};
參考文獻:
1. http://csie-tw.blogspot.com/2010/03/c-constconst-pointer-pointer-to-const.html
2. C++ primer 4/e 中文版 侯傑老師譯
3. Visual C++ 2005 ecpress 入門進階 文魁資訊

[轉錄]C/C++之指標 (pointer),參考 (reference) 觀念整理與常見問題

原文如下
 

很多程式員說:學C/C++而不會使用指標,相當於沒學過C/C++。
本文針對C/C++中,指標與參考的常見問題或錯誤,做了一番整理,但求能達到拋磚引玉之效。如有疏漏或錯誤之處,尚請不吝告知指教。

目錄
何謂指標 (pointer)? 何謂參考 (reference)?
call by value? call by address (或call by pointer)? call by reference? -- swap(int* a, int* b) v.s. swap (int &a, int &b)
pointer to pointer, reference to pointer (int** v.s. int*&)
function pointer
void ** (*d) (int &, char **(*)(char *, char **))....如何看懂複雜的宣告…
1. 何謂指標 (pointer)? 何謂參考 (reference)?
我們先談指標 (pointer)。指標,其實也只是一個變數,只是這個變數的意義是:指向某個儲存位址。很玄嗎? 一點也不。下面這張圖就可以輕易的看出指標為何物。

圖中,a, b, c, d, p1, p2都是一般的變數,儲存在記憶體 (memory) 中。其中,p1變數所記載的值是變數a的記憶體 (memory) 位址,而p2則記載著b的記憶體位址,像這樣的狀況,我們就稱p1是一個指向a的指標,相同的,p2是一個指向b的指標。
在C/C++中,我們用下面的式子來表示這個關係:
int *p1 = &a;
int *p2 = &b;

其中的&,稱為address of (取址)。即,p1 = address of a,p2 = address of b。
另一個符號*,代表的意義是指標。
int *p1
要由後往前閱讀來瞭解它的意義:p1 is a pointer points to an integer。因此,
int *p1 = &a;
這整行,我們可以看成:p1 is a pointer points to integer variable a,即:p1是一個指標,指向整數變數a。

且讓我們暫時打住指標的討論,轉頭看看參考 (reference)。
參考,可以想像成是一個變數或物件的別名 (alias)。通常,當函式 (function) 的參數 (parameter) 在函式中會被修改,而且要把這個修改結果讓呼叫函式的部份繼續使用,我們會用參考來當參數傳入函式中。
讓我們看看下面的例子:
void swap(int &a, int &b){
int tmp = a;
a = b;
b = tmp;
}

當其他程式呼叫此交換程式時,只要直接寫swap(x, y)就能交換x與y的值。在這裡,a和b為x與y的別名,即:a就是x,b就是y,如同美國國父就是華盛頓一樣。a和b不是x和y的複製品,任何做用在a與b上的動作都會反應在x與y上面,反之亦然。

指標和參考之所以難懂,有很大一部份的原因是符號上的陌生所致。加上&既能用於取址又能用於參考,容易造成初學者的混淆。下面我們提供幾個建議來幫助各位看懂這些符號。
把int *p視為 int* p。
把int和*連在一起看,當作是一種型態叫做 "指向整數之指標",要比int *p自然得多。同樣的方式也可以套在char* p或void* p等。但要注意的是下面的狀況:
int* p, q;

不要把這行誤解成p, q都是指向int之指標,事實上,q只是一個int變數。上面這行相當於
int *p, q;

int *p; int q;

如果p, q都要宣告成指向int之指標,應寫成:
int *p, *q

或者干脆分兩行寫:
int* p;
int* q;

若&前面有資料型態 (ex: int &),則為參考,&前面有等號 (ex: int* p = &a),則為取址。
由於&同時具有多種意義,因此容易造成混淆。這裡列出的這個方法,可以幫助弄清楚每個&的意義。
2. call by value? call by address (或call by pointer)? call by reference? -- swap(int* a, int* b) v.s. swap (int &a, int &b)

JAVA中的reference與C++的reference意義上並不相同,卻使用同一個字,這也是reference容易造成混淆的原因。在此,我們暫不考慮JAVA中reference的觀念 (關於java中reference的觀念,請參考Reference in JAVA -- 淺談java的指標),純粹把主題放在C/C++上。
呼叫副函式時,call by value, address, 或reference是三種不同的參數傳遞方式。其意義如下:
call by value
假設函式A呼叫函式B(p, q),則B中的p和q是「複製」自函式A所傳入的參數,B中對p, q所做的任何運算都不會影響到A中的p和q,因為B執行完後,並不會把複製的p, q存回到A中。這種參數傳遞方式,我們稱之為call by value。
以swap這個常見的函式為例,若swap寫成下面的樣子:

void swap(int a, int b){
int tmp = a;
a = b;
b = tmp;
}

則呼叫
swap(x, y)
後,x和y的值並不會有變化。
call by address (或call by pointer)
利用指標來做參數傳遞,這種方法骨子裡仍是call by value,只不過call by value的value,其資料型態為指標罷了。我們同樣看看用call by address來寫swap交換兩個integer的例子。

void swap(int* a, int* b){
int tmp = *a;
*a = *b;
*b = tmp;
}

呼叫swap時,要寫成swap(&x, &y)。呼叫swap時,x的指標 (x的儲存位置) 與y的指標 (y的儲存位置) 會被複製一份到swap中,然後把該位置內所記載的值做更換。swap結束後,&x (address of x) 和&y (address of y) 依然沒變,只是address of x所記錄之變數值與address of y所記錄之變數值交換了。因為&x 和&y 其實是利用call by value在傳,因此,call by address其實骨子裡就是call by value。
call by reference
這是C++才加進來的東西,C本身並沒有call by reference。call by reference基本上是把參數做個別名 (alias),以下面的swap為例:
swap(int &a, int &b){
int tmp = a;
a = b;
b = tmp;
}

未來使用時,只要呼叫swap(x, y),就可以讓x和y的值交換。在這個例子中,a 就是 x, b 就是 y。這個觀念在上一節已經提過,在此不再贅述。
3. pointer to pointer, reference to pointer (int** v.s. int*&)

當我們用call by pointer (或address) 來傳遞參數時,被呼叫的函式複製一份pointer的值過去。但是,當我們想在函式內改變pointer的值 (而非pointer所指向之變數的值),而且改變的效果要能在函式外看得到時,call by pointer就不足夠用了。此時應該用的是"call by pointer to pointer"或"call by reference to pointer"。我們先看下面的例子:
int g_int = 0;
void changePtr(int* pInt){
pInt = &g_int;
}
void main(){
int localInt = 1;
int* localPInt = &localInt;
changePtr(localPInt);
printf("%d\n", *localPInt);
}

在這個例子中,印出來的數字仍然會是localInt的1,因為changPtr中的pInt是由localPInt「複製」過去的,對pInt做改變並不會反應到localPInt身上。
我們先用pointer to pointer對localPInt做改變,請看下例。

int g_int = 0;
void changePtr(int** pInt){
*pInt = &g_int;
}
void main(){
int localInt = 1;
int* localPInt = &localInt;
changePtr(&localPInt);
printf("%d\n", *localPInt);
}

本例中,印出來的數字會是g_int的0。changePtr函式中的pInt是由&localPInt複製所得,因此對pInt做改變並不會影響main中的&localPInt (資料型態:pointer to pointer to integer)。但在changePtr函式中我們改變的對象是pInt所指向的內容,因此這項改變在main中會顯示出來。

同樣的功能,我們也可改用reference to pointer來完成。但同樣切記,reference是C++才有的功能,因此reference to pointer也只能在支援C++的環境中使用。
int g_int = 0;
void changePtr(int* &refPInt){
refPInt = &g_int;
}
void main(){
int localInt = 1;
int* localPInt = &localInt;
changePtr(localPInt);
printf("%d\n", *localPInt);
}

這段程式印出來的數字會是0。因為在changePtr中,我們宣告的參數型態為int* &,即:reference to pointer to integer。因此,main中的localPInt與changePtr函式中的refPInt其實是「同一件東西」。

另一種常見的混淆是pointer array (指標陣列) 與pointer to pointers,因為兩種都可以寫成**的型式。如,int**可能是pointer to pointer to integer,也可能是integer pointer array。但pointer array的觀念相對來講要簡單且直觀許多,這裡我們就暫不花篇幅敘述。常見的例子:main(int argc, char** argv)其實應該是main(int argc, char* argv[])。

4. function pointer

變數的指標指向變數的位址,同樣的,function pointer (函式指標) 也是指向函式的位址的指標。
函式指標的加入,讓C/C++的符號更複雜,也使更多人望之而卻步。在說明函式指標的用途前,我們先直接由語法來看看函式指標該怎麼宣告、怎麼理解。
假設有個函式長成下面的樣子:
void func1(int int1, char char1);

我們想宣告一個能指向func1的指標,則寫成下面這樣:
void (*funcPtr1)(int, char);

這樣的寫法應理解成:funcPtr1是一個函數指標,它指向的函數接受int與char兩個參數並回傳void。如果今天有另一個函式長成
void func2(int int2, char char2);

則funcPtr1也能指向func2。
指標指向的方法,寫成下面這樣:
funcPtr1 = &func1;

取址符號省略亦可,效果相同:
funcPtr1 = func1;

若欲在宣告時就直接給予初值,則寫成下面這樣:
void (*funcPtr1)(int, char) = &func1;    //&亦可省略


stdlib.h中提供的qsort函式是函式指標最常見的應用之一。此函式之prototype長得如下:
void qsort(void* base, size_t n, size_t size, int (*cmp)(const void*, const void*));

其中的int (*cmp)(const void*, const void*) 就使用到函式指標。

函式指標常見的使用時機是multithread時。函數指標負責把函數傳進建立執行緒的API中。
另外,callback function也是常使用函式指標的地方。所謂callback function即:發生某事件時,自動執行某些動作。在event driven的環境中,便時常使用callback function來實現此機制。
事實上,函式指標還能讓C語言實作polymorphism。但礙於篇幅,在此不再詳述。

5. void ** (*d) (int &, char **(*)(char *, char **))....如何看懂複雜的宣告…

在這裡,我們介紹兩種方式來看懂複雜的宣告。第一種要判斷的是:常數與指標混合使用時,到底const修飾的是指標還是指標所指的變數? 第二種是面對如標題所示這種複雜的宣告時,我們要怎麼讀懂它。

5.1 常數與指標的讀法
const double *ptr;
double *const ptr;
double const* ptr;
const double *const ptr;

以上幾個宣告,到底const修飾的對象是指標,還是指標所指向的變數呢?
其實,關鍵在於:*與const的前後關係!
當*在const之前,則是常數指標,反之則為常數變數。因此,
const double *ptr;    // ptr指向常數變數
double *const ptr;    // ptr是常數指標
double const* ptr;    // ptr指向常數變數
const double *const ptr;    // 指向常數變數的常數指標

事實上,在The C++ Programming Language中有提到一個簡單的要訣:由右向左讀!!讓我們用這個要訣再來試一次。
const double *ptr;    // ptr is a pointer points to double, which is a constant
double *const ptr;    // ptr is a constant pointer points to double
double const* ptr;    // ptr is a pointer points to constant double
const double *const ptr;    // ptr is a constant pointer points to double, which is a constant

結果完全相同 :-)

5.2 複雜宣告的讀法 void ** (*d) (int &, char **(*)(char *, char **)).......
其實閱讀C/C++中複雜的宣告有點像是讀英文的長句子,看多了,自然知道句子是怎麼構造出來的。
但對於句子還不熟的人,難免得藉助文法來拆解一個句子。關於C語言複雜宣告的解析文法,最令我印象深刻的,莫過於印度工程師Vikram的"The right-left rule"。他是這麼說的:
「從最內層的括號讀起,變數名稱,然後往右,遇到括號就往左。當括號內的東西都解讀完畢了,就跳出括號繼續未完成的部份,重覆上面的步驟直到解讀完畢。」
舉個例子:void ** (*d) (int &, char*)依下面方式解讀:
1. 最內層括號的讀起,變數名稱: d
2. 往右直到碰到) : (空白)
3. 往左直到碰到( :是一個函數指標
4. 跳出括號,往右,碰到(int &, char*): 此函式接受兩個參數:第一個參數是reference to integer,第二個參數是character pointer。
5. 往左遇上void **: 此函式回傳的型態為pointer to pointer to void。
==> d是一個函式指標,指向的函式接受int&和char*兩個參數並回傳void**的型態。
如何,是不是好懂很多了呢?

標題中的void ** (*d) (int &, char **(*)(char *, char **))其實和上面的例子幾乎一樣,只是函式的第二個參數又是一個函式指標,接受char*和char**兩個參數並回傳char**的型態。