譯自Deep C (and C++) by Olve Maudal and Jon Jagger，本身半桶水不到，如果哪位網友發現有錯，留言指出吧：）
好，接著深入理解C/C++之旅。我在翻譯第一篇的時候，自己是學到不不少東西，因此打算將這整個ppt翻譯完畢。
請看下面的代碼片段：
#include <stdio.h>
void foo(void)
{
int a;
printf("%d\n", a);
}
void bar(void)
{
int a = 42;
}
int main(void)
{
bar();
foo();
}
編譯運行，期待輸出什麼呢？
$ cc foo.c && ./a.out
42
你可以解釋一下，為什麼這樣嗎？
第一個候選者：嗯？也許編譯器為了重用有一個變量名稱池。比如說，在bar函數中，使用並且釋放了變量a，當foo函數需要一個整型變量a的時候，它將得到和bar函數中的a的同一內存區域。如果你在bar函數中重新命名變量a，我不覺得你會得到42的輸出。
你：恩。確定。。。
第二個候選者：不錯，我喜歡。你是不是希望我解釋一下關於執行堆棧或是活動幀(activation frames, 操作代碼在內存中的存放形式，譬如在某些系統上，一個函數在內存中以這種形式存在：
ESP
形式參數
局部變量
EIP
)？
你：我想你已經證明了你理解這個問題的關鍵所在。但是，如果我們編譯的時候，采用優化參數，或是使用別的編譯器來編譯，你覺得會發生什麼？
候選者：如果編譯優化措施參與進來，很多事情可能會發生，比如說，bar函數可能會被忽略，因為它沒有產生任何作用。同時，如果foo函數會被inline，這樣就沒有函數調用了，那我也不感到奇怪。但是由於foo函數必須對編譯器可見，所以foo函數的目標文件會被創建，以便其他的目標文件鏈接階段需要鏈接foo函數。總之，如果我使用編譯優化的話，應該會得到其他不同的值。
$ cc -O foo.c && ./a.out
1606415608
候選者：垃圾值。
那麼，請問，這段代碼會輸出什麼？
#include <stdio.h>
void foo(void)
{
int a = 41;
a= a++;
printf("%d\n", a);
}
int main(void)
{
foo();
}
第一個候選者：我沒這樣寫過代碼。
你：不錯，好習慣。
候選者：但是我猜測答案是42.
你：為什麼？
候選者：因為沒有別的可能了。
你：確實，在我的機器上運行，確實得到了42.
候選者：對吧，嘿嘿。
你：但是這段代碼，事實上屬於未定義。
候選者：對，我告訴過你，我沒這樣寫過代碼。
第二個候選者登場：a會得到一個未定義的值。
你：我沒有得到任何的警告信息，並且我得到了42.
候選者：那麼你需要提高你的警告級別。在經過賦值和自增以後，a的值確實未定義，因為你違反了C/C++語言的根本原則中的一條，這條規則主要針對執行順序(sequencing)的。C/C++規定，在一個序列操作中，對每一個變量，你僅僅可以更新一次。這裡，a = a++；更新了兩次，這樣操作會導致a是一個未定義的值。
你：你的意思是，我會得到一個任意值？但是我確實得到了42.
候選者：確實，a可以是42，41,43,0,1099，或是任意值。你的機器得到42，我一點都不感到奇怪，這裡還可以得到什麼？或是編譯前選擇42作為一個未定義的值：）呵呵：）
那麼，下面這段代碼呢？
#include <stdio.h>
int b(void)
{
puts("3");
return 3;
}
int c(void)
{
puts("4");
return 4;
}
int main(void)
{
int a = b() + c();
printf("%d\n", a);
}
第一個候選者：簡單，會依次打印3,4,7.
你：確實。但是也有可能是4,3,7.
候選者：啊？運算次序也是未定義？
你：准確的說，這不是未定義，而是未指定。
候選者：不管怎樣，討厭的編譯器。我覺得他應該給我們警告信息。
你心裡默念：警告什麼？
第二個候選者：在C/C++中，運算次序是未指定的，對於具體的平台，由於優化的需要，編譯器可以決定運算順序，這又和執行順序有關。
這段代碼是符合C標准的。這段代碼或是輸出3,4,7或是輸出4,3,7，這個取決於編譯器。
你心裡默念：要是我的大部分同事都像你這樣理解他們所使用的語言，生活會多麼美好：）
這個時候，我們會覺得第二個候選者對於C語言的理解，明顯深刻於第一個候選者。如果你回答以上問題，你停留在什麼階段？：）
那麼，試著看看第二個候選者的潛能？看看他到底有多了解C/C++
可以考察一下相關的知識：
聲明和定義；
調用約定和活動幀；
序點；
內存模型；
優化；
不同C標准之間的區別；
這裡，我們先分享序點以及不同C標准之間的區別相關的知識。
考慮以下這段代碼，將會得到什麼輸出？
1.
int a = 41;
a++;
printf("%d\n", a);
答案：42
2.
int a = 41;
a++ & printf("%d\n", a);
答案：未定義
3.
int a = 41;
a++ && printf("%d\n", a);
答案：42
4. int a = 41;
if (a++ < 42) printf("%d\n",a);
答案：42
5.
int a = 41;
a = a++;
printf("%d\n", a);
答案：未定義
到底什麼時候，C/C++語言會有副作用？
序點：
什麼是序點？
簡而言之，序點就是這麼一個位置，在它之前所有的副作用已經發生，在它之後的所有副作用仍未開始，而兩個序點之間所有的表達式或者代碼執行的順序是未定義的！
序點規則1：
在前一個序點和後一個序點之前，也就是兩個序點之間，一個值最多只能被寫一次；
這裡，在兩個序點之間，a被寫了兩次，因此，這種行為屬於未定義。
序點規則2：
進一步說，先前的值應該是只讀的，以便決定要存儲什麼值。
很多開發者會覺得C語言有很多序點，事實上，C語言的序點非常少。這會給編譯器更大的優化空間。
接下來看看，各種C標准之間的差別：
現在讓我們回到開始那兩位候選者。
下面這段代碼，會輸出什麼？
#include <stdio.h>
struct X
{
int a;
char b;
int c;
};
int main(void)
{
printf("%d\n", sizeof(int));
printf("%d\n", sizeof(char));
printf("%d\n", sizeof(struct X));
}
第一個候選者：它將打印出4,1,12.
你：確實，在我的機器上得到了這個結果。
候選者：當然。因為sizeof返回字節數，在32位機器上，C語言的int類型是32位，或是4個字節。char類型是一個字節長度。在struct中，本例會以4字節來對齊。
你：好。
你心裡默念：do you want another ice cream?（不知道有什麼特別情緒）
第二個候選者：恩。首先，先完善一下代碼。sizeof的返回值類型是site_t，並不總是與int類型一樣。因此，printf中的輸出格式%d，不是一個很好的說明符。
你：好。那麼，應該使用什麼格式說明符？
候選者：這有點復雜。site_t是一個無符號整型數，在32位機器上，它通常是一個無符號的int類型的數，但是在64位機器上，它通常是一個無符號的long類型的數。然而，在C99中，針對site_t類型，指定了一個新的說明符，所以，%zu會是一個不多的選擇。
你：好。那我們先完善這個說明符的bug。你接著回答這個問題吧。
#include <stdio.h>
struct X
{
int a;
char b;
int c;
};
int main(void)
{
printf("%zu\n", sizeof(int));
printf("%zu\n", sizeof(char));
printf("%zu\n", sizeof(struct X));
}
候選者：這取決與平台，以及編譯時的選項。唯一可以確定的是，sizeof(char)是1.你要假設在64位機器上運行嗎？
你：是的。我有一台64位的機器，運行在32位兼容模式下。
候選者：那麼由於字節對齊的原因，我覺得答案應該是4,1,12.當然，這也取決於你的編譯選項參數，它可能是4,1,9.如果你在使用gcc編譯的時候，加上-fpack-struct,來明確要求編譯器壓縮struct的話。
你：在我的機器上確實得到了4,1,12。為什麼是12呢？
候選者：工作在字節不對齊的情況下，代價非常昂貴。因此編譯器會優化數據的存放，使得每一個數據域都以字邊界開始存放。struct的存放也會考慮字節對齊的情況。
你：為什麼工作在字節不對齊的情況下，代價會很昂貴？
候選者：大多數處理器的指令集都在從內存到cpu拷貝一個字長的數據方面做了優化。如果你需要改變一個橫跨字邊界的值，你需要讀取兩個字，屏蔽掉其他值，然後改變再寫回。可能慢了10不止。記住，C語言很注意運行速度。
你：如果我得struct上加一個char d，會怎麼樣？
候選者：如果你把char d加在struct的後面，我預計sizeof(struct X)會是16.因為，如果你得到一個長度為13字節的結構體，貌似不是一個很有效的長度。但是，如果你把char d加在char b的後面，那麼12會是一個更為合理的答案。
你：為什麼編譯器不重排結構體中的數據順序，以便更好的優化內存使用和運行速度?
候選者：確實有一些語言這樣做了，但是C/C++沒有這樣做。
你：如果我在結構體的後面加上char *d，會怎麼樣？
候選者：你剛才說你的運行時環境是64位，因此一個指針的長度的8個字節。也許struct的長度是20？但是另一種可能是，64位的指針需要在在效率上對齊，因此，代碼可能會輸出4,1,24？
你：不錯。我不關心在我的機器上會得到什麼結果，但是我喜歡你的觀點以及洞察力J
(未完待續)
靜候
摘自 Rockics的專欄
