C语言奇怪的冷知识

最近学到几个 C 语言的冷知识，全是我平时踩坑或者见到的”怪现象”。挑几个有意思的分享一下，每个都能让你重新认识这门熟悉又陌生的语言。

一、数组越界导致的死循环

int i, array[3];

printf("%p\n", &i);
printf("%p\n\n", &array[3]);

for (i = 0; i <= 3; i++)
{
    array[i] = 0;
}
printf("%d\n", i);

这段代码是个经典炸弹：array 只有 3 个元素，循环却写到下标 3。诡异的是它可能不会崩溃，而是死循环——因为变量 i 和 array 在栈上相邻，i 恰好落在 array[3] 的位置上，每次 array[3] = 0 都会把循环变量 i 清零，i 永远到不了 4。

注意这个现象和变量定义顺序、编译器优化级别都有关系：开了 O2 之后编译器会重新排列栈空间，死循环可能就消失了。所以这类代码属于”未定义行为”，怎么表现都看编译器心情。

二、有符号数和无符号数的比较

int num1 = -1;
unsigned int num2 = 1;

if (num1 <= num2)
    printf("num2 is bigger\n");
else
    printf("num1 is bigger\n");

直觉上 -1 <= 1 毫无疑问，但这段代码会输出 num1 is bigger。C 语言规定：有符号和无符号整数比较时，有符号数会被隐式转换成无符号数。-1 转成无符号就是 4294967295（0xFFFFFFFF），当然比 1 大。

更隐蔽的是 sizeof 的返回值本身就是 size_t（无符号类型），所以 if (a - 1 < sizeof(int)) 这种写法在 a 为 0 时也会翻车——这是个埋在代码里的隐藏炸弹。

三、restrict 关键字

int fun(int *restrict x, int *restrict y)
{
    *x = 1;
    *y = 2;
    return *x;
}

restrict 是 C99 引入的类型限定符，用来向编译器承诺：这个指针是访问这块内存的唯一途径，没有别名。上面这个函数如果传两个相同的指针（fun(&num, &num)），行为就是未定义的。

它存在的意义是帮编译器优化：保证了没有别名之后，编译器可以放心地把读写重排序、缓存到寄存器，在高性能计算场景很常见。

四、0[array] 这种离谱的下标写法

int f(int a)
{
    return 0[(1[(int [2][1]){3, a}])];
}

int main()
{
    typeof(f) *p = &(**********(&f));
    (*&printf)("%d\n", p(10));
    return 0;
}

这一坨能编译通过，而且逻辑等价于 return a;。拆开看：

a[i] 在 C 里的定义是 *(a + i)，所以加法交换律告诉我们 i[a] 和 a[i] 完全等价，0[array] 就是 array[0]
(int [2][1]){3, a} 是一个复合字面量，造出一个二维数组
typeof(f) 直接把函数类型取出来声明函数指针
&**********(&f) 对函数指针解引用十次——函数指针解引用会退化回函数指针，所以加多少个 * 都无所谓
(*&printf) 同理，取 printf 的地址再解引用，还是 printf

五、大小写转换的极简写法

int main(a)
{
    gets(&a);
    a ^= ' ';
    puts(&a);
    return 0;
}

大小写字母的 ASCII 码只差第 5 位（0x20），所以 a ^= ' ' 一行就能完成大小写互换。配合老式的 K&R 函数定义（参数不写类型，默认 int），四行代码搞定转换——当然 gets 这种函数现在是要进博物馆的危险品了。

六、数组传参后的 sizeof 陷阱

int n = 5;

void func1(int *array)
{
    int num = sizeof(array) / sizeof(array[0]);
    printf("%d\n", num);
}

void func2(int (*array)[n])
{
    int num = sizeof(*array) / sizeof(**array);
    printf("%d\n", num);
}

数组作为参数传进函数时会退化成指针，所以 func1 里的 sizeof(array) 得到的是指针大小（8），除以元素大小永远是 2——这就是”数组传参必须同时传长度”的原因。

func2 展示了一个冷门技巧：用 VLA 语法的形参 int (*array)[n] 声明”指向 n 个 int 的数组的指针”，这样 sizeof(*array) 就能正确得到整个数组的大小了。

七、函数参数的求值顺序

int func1()
{
    printf("1\n");
    return 1;
}

int func2()
{
    printf("2\n");
    return 2;
}

int main()
{
    printf("%d %d\n", func1(), func2());
    return 0;
}