C语言系统级编程

Week 1

C语言中的对象

一个对象一般有一个对象类型，标记为Type-name。

完全对象类型：大小可知，分配后大小确定。
不完全对象类型：大小未知，分配后大小也确定。

所有对象类型在语义上都是整体的，对象类型在语法上不一定是整体的，如果一个Type-name在语法上整体，标记为T。

对象各个bit组成的二进制串是这个对象的对象表示（Object Representation），对象的值和对象表示可以通过对象类型进行映射。

对象的值一样，对象表示不一定一样：bit包括Value Bits和若干无意义的Padding Bits，由对象类型决定。

sizeof(Type-name)
alignof(Type-name)规定了一个类型的确省对其要求。

类型

Type

Arithmetic Type 算数类型
Derived Type 派生类型
Type-name with Qualifier 限定符修饰类型

对于语法上整体的类型T，typedef T Alias，Alias在语法上是一个整体。

数组派生：typedef typeof(int[5]) AINT; -> int[10][5] <==> AINT[10]

例：int[10][] & int[][10]
int[10][]中的元素类型是int[]不完全累对象类型，不合法。
int[][10]中元素类型T是int[10]。其本身是一个不完全对象类型，不能继续派生数组类型。

指针派生：typedef typeof(int[5]) AINT -> typeof(int[5])* <==> int(*)[5]

例：int(*[10])[5]是一个长度为10的数组，其中每个元素是一个指向长度为5的数组的指针。
其对应的指针类型是int(*(*)[10])[5]

例：int*(**(*)[])[4][5]?

限定符

_Atomic
const
volatile
restrict（只能限定对象指针类型，或其构成的多维数组类型）

给定一个类型T，给定一个限定符Q，其限定修饰类型为Q T或T Q，语法上也是整体。

T和Q T(T Q)是两种不同的Type，但大小，表示值，对齐方式一样。

_Atomic限定修饰类型是原子类型，其他三种限定修饰类型统称为限定类型，都有称为原子限定类型。

对于语法上整体呈现的类型T：

Q T 等价于 T Q
Q T[N]：数组类型，N个Q T；T[N] Q：不合法
Q T*：指针类型，referenced type是Q T；T* Q：Q限定T*类型

限定类型形式	派生数组类型（N个元素）	派生指针类型	Q’ 限定修饰类型
QT	QT[N]	QT*	QTQ’ / QQ’T / Q’QT
TQ	TQ[N]	TQ*	TQQ’ / TQ’Q / Q’TQ
T*Q	T*Q[N]	TQ	TQQ’ / TQ’Q

例：const int*(* const*)[4][5]?
例：const int* const?

typeof：

const typeof(int*[10]) <==> int* const[10]
const typeof(int*[5][10]) <==> int* const[5][10]

_Atomic(T) & _Atomic T:

_Atomic(T)是基于T派生的一个原子类型，T不能是数组类型，函数类型，限定类型和原子类型
_Atomic T是基于T的原子限定类型，T不能是数组类型，函数类型

Week 2

分配对象

1.对象标识符(Object Identifier)定义
2.String Literal（字符串字面量）
3.Compound Literal（复合字面量）
4.内存管理函数

对象标识符定义

一次定义多个对象标识符：T * Q O_1 Initializer, * Q O_2 Initializer,..., * O_n Initializer

例：int(*a)[10],(*b)[10]

Initialzier形式：除逗号表达式之外的任意表达式exp/花括号初始化器(Braced-Initializer)

标量类型Initializer
- {}，空初始化列表->确省初始化
- 除逗号表达式之外的任意表达式exp或{exp}
数组类型Initializer
- {}，空初始化列表
- {sub-initializer_1,sub-initializer_2,sub-initializer_n}
- T[N]中N不存在，不能用{}初始化
- 变长数组只能用{}初始化

例：
int a[2][3] = {{1,2},{3,4,5}} <> {{1,2,0},{3,4,5}}
int a[2][3] = {1,2,3,4} <> {{1,2,3},{4,0,0}}
int a[10] = {[3] = 5}（Designated Initializer）

无Initializer时（如int a;），a被称为indeterminate representation，但实际上这个值是确定的，不确定只是从程序员视角而言

对象六元组模型

Object = {
Address,
Obj_Type,
Name,
Size,
Obj_value,
Alignment,
}

例：char b='a';``int* p;``int* p=NULL;``int c[2];``int c[2]={1,2}``const int e[2][3]的对象六元组？

例：定义一个对象int* f[2][3][4]={},对象f的Object_Type是什么？这个数组对象的元素对象类型是什么？元素对象对应的指针类型是什么？
int*[2][3][4]``int*[3][4]``int*(*)[3][4]

通过字符串字面量(String Literal)

encoding-prefix"s-char-sequence"

五种编码前缀：无编码、u8、u、U、L

编码前缀	元素字符对象类型	编码规则
u8	char8_t	UTF-8
u	char16_t	UTF-16
U	char32_t	UTF-32
L	wchar_t	实现定义

四种对象存储周期：static,automatic,allocated,thread

int main(int argc, char* argv[]) {
    "hello";
    "hello";

    return 0;
}

//第一个“hello”会分配一个字符数组对象，第二个“hello”不确定

int main(int argc, char* argv[]) {
    "hello";
    L"hello";

    return 0;
}

//第一个“hello”对象类型是char[6]，第二个“hello”对象类型是wchar_t[6]

通过复合字面量(Compound Literal)

(storage-class-specifiers type-name) Braced-Initializer

例：(int[]){1,2}

通过内存管理函数

内存管理函数：aligned_alloc,calloc,malloc,realloc

例：malloc(16)

定位对象

表达式，lvavlue，evaluate，rvalue

C语言中一共17种表达式，Evaluate优先级从上往下依次降低。
表达式需要根据语法的规定来进行Evaluate，包括：Value Computation, Initiation of Side Effect.
Value Computation得出表达式的rvalue，及其value of expression

对象定义T O = Initializer，其中的O就是对象标识符。表达式中的对象标识符都是合法的lvalue

lvalue表达式定位的对象类型
- 数组对象类型
  - 普通数组对象类型
  - 变长数组对象类型
- 非数组对象类型

lvalue表达式Evaluate规则

1.lvalue conversion:如果lvalue定位的对象是一个非数组类型对象，则rvalue就是该对象的对象值
2.Decay:如果lvalue定位的对象是一个数组类型对象，则rvalue就是该对象第一个元素的首地址，rvalue类型是元素对象类型对应的指针类型

例：int a={};，rvalue是0，rvalue type是int
const int a={}，rvalue是0，rvalue type是int
int b[1]={}，rvalue是Address，rvalue type是int*
const int b[1]={}，rvalue是Address，rvalue type是const int*
int d[1][1]，rvalue是Address，rvalue type是int()[1]
int n=1;int e[1][n]={}，rvalue是Address，rvalue type是int()[n]

lvalue的对象值 & lvalue的右值

lvalue的对象值：lvalue定位对象的对象值
lvalue的右值：lvalue这个表达式如果被求值得到的右值

例：int a=0;int b[1]={1}
a的对象值是0，b的对象值是{1}
a的右值是0，b的右值是b第一个元素的地址