C pointer again …
记录一个比较基础的东东…… C 语言的指针,一直让人又爱又恨,爱它的人觉得它既灵活又强大,恨它的人觉得它太过于灵活太过于强大以至于容易将人绕晕。最早接触 C 语言,还是在刚进入大学的时候,算起来有好些年头了;我当年做过的一个最糟糕的决定(也是如今回想起来依然觉得很 2B 的决定)也和 C 语言有关(和本文主题无关,略去不表)…… 由此说来,和 C 的缘分还是蛮重的。可惜,今天,我还是在一个关于指针的问题上,小小迷糊了一下…… 曾经还自诩熟读《The C programming language》,真惭愧……
两个案例。
1. 拿今天碰到的实际例子来展开讲。
对于静态类型的语言,「类型」的概念是根深蒂固、深入到原语操作级别的。如 int i = 5, j = 6; j = i; 里的第二条语句,就是将 i 所表征的一块内存区域的内容,拷贝到 j 所表征的一块同样大小的内存区域里去,而内存区域的大小,则是 int 类型的 in-memory storage size(固定长度),即编译期就完成的 sizeof (data_type) 操作结果。正是这种「面向机器的最浅抽象」,使得 C 语言变得很强大;你可以很清楚的了解,某个变量的长度是多少,因为其类型是固定的,而「变量名」本身,则不过是你希望记住的某 memory block 的「别名」。
切入正题。如下三行代码(隐去了数据结构的具体名称等细节),p 是新定义的指针(指向结构体类型 T),data_buffer 则是一种 void * 型内存块,其中存储的,实则是由指向结构体 T 的指针构成的「指针数组」。要做的很简单,就是将位置在第 i 处的指针,拷贝给新定义的 p 指针。听起来很简单,对吗?
struct T *p = nullptr;
p = (struct T *) ((char *)data_buffer + elem_size * i); // code1
memcpy(&p, (char *)data_buffer + elem_size * i, sizeof(struct T *)); // code2
p = ((struct T **)data_buffer)[i]; // code3
ok,虽然这事儿不说也没人知道,但哥还是决定自黑一下!=_=
首先,我随手就写上了第二行代码(简称 code1 …)。
唔,这是值得被鄙视的一行代码,更值得被鄙视的,是哥第一时间 code review 时并没有发现其中的问题,debug 时才突然意识到掉进了这么经典的坑里,后悔不迭(就差面红耳赤了)…… 问题在哪儿呢?
指针本身只是一个长度为 sizeof (void *) 的区域里存储的 value,而 value 本身则是另一个变量的地址;使用指针类型的 explicit conversion(强制类型转换)并赋值,如「p = (struct T *) q」,其含义,是指 q 本身是一个结构体的起始地址,从而将 q 的地址拷贝给 p 指针。
所以,上文里提到的 code1 自然是不对了。于是,我改成了第三行代码即 code2。
这种写法深刻秉承了「拷贝区块」的机器操作理念,自然是没错了,可惜还是不够美观。赶着吃饭匆匆 commit 后,才在吃饭期间突然意识到,妹的,这不就是一个指针数组操作嘛!于是,最终形成了 code3 的模样……
多么简单的一个问题。多么深刻的领悟。多么痛的自黑。
2. 再举一个 two star programming 的例子。
来源于一篇博客,也是 Linus Torvalds 在一次访谈里特地提及的「喜欢的 really core low-level kind of coding」。
既然已经把此文写的如此深入浅出了,也就不怕索性再多花点时间,写的更深入浅出一点了…… 囧 上图:
从循环的 invariant(不变量)角度来看,entry 里存储的,一直是下一个「判断是否删除」的链表实体,curr 里存储的,则一直是「被判断是否删除的链表实体的前一个实体」。
这需要两方面保证:一,是结构体第一个成员必须是 next 指针,否则 head / initial entry 会存在不一致性;二,传入的参数是 double star pointer 以保证 head 指针本身可被修改,而不是像博客里第一种方法那样,仅传入一个 pointer 指针(C 语言的函数参数都是传值调用),需要 return head 的返回值,否则也存在不一致性。
根据上面这个图,是不是更容易理解博客代码里,遍历链表的机制呢? :-)
愿天底下所有指针终成眷属。
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