前 言
为什么写作本书
众所周知，C语言是一门既具有高级语言特点，又有汇编语言特点的通用计算机编程语言，无论是操作系统（如Microsoft Windows、Mac OS X、Linux和UNIX等）、嵌入式系统与普通应用软件，还是目前流行的移动智能设备开发，随处都可以看见它依然矫健的身影。它能够轻松地应用于各类层次的开发中，从设备驱动程序和操作系统组件到大规模应用程序，它都能够很好地胜任。毋庸置疑，它是二十几年来使用最为广泛、生命力最强的编程语言，它的设计思想也影响了众多后来的编程语言，例如C++、Objective-C、Java、C#等。
尽管C语言有着悠久的历史和广泛的使用场景，但它依旧让大部分计算机编程人员望而生畏，相信绝大多数读者也还停留在“入门者”这个阶段。所谓“入门者”指的是已经可以简单使用C语言编写普通应用程序，但是却不明白如何编写高质量代码的人。面对这样的实际情况，在准备编写本书之前，一连串的问题深深地映入笔者的脑海：到底什么样的编程书籍才能够帮助“入门者”快速进阶？面对市面上众多的优秀C语言编程书籍，编写本书的价值何在？怎样的内容才能够与众不同？
带着这一连串的问题，笔者开始回顾自己这些年的开发生涯，发现如下几类问题经常困扰“入门者”：
基础数据类型问题：如数据取值范围、整数溢出与回绕、浮点数精度、数据类型转换的范围检查等。
数组与指针问题：指针与地址、野指针、空（null）指针、NULL指针、void指针、多级指针、指针函数与函数指针，以及数组越界与缓冲区溢出等。
内存管理问题：内存分配、内存释放、内存越界与内存泄漏等。
字符与字符串问题：串拷贝与内存拷贝，内存重叠与溢出，字符串查找等。
高效设计问题：表达式设计、算法设计与函数设计，内联函数与宏的取舍等。
其他杂项问题：信号处理、文件系统、断言与异常处理、内嵌汇编的使用等。
目 录
前 言
第1章 数据，程序设计之根本
建议1：认识ANSI C
建议2：防止整数类型产生回绕与溢出
建议2-1：char类型变量的值应该限制在signed char与unsigned char的交集范围内
建议2-2：使用显式声明为signed char或unsigned char的类型来执行算术运算
建议2-3：使用rsize_t或size_t类型来表示一个对象所占用空间的整数值单位
建议2-4：禁止把size_t类型和它所代表的真实类型混用
建议2-5：小心使用无符号类型带来的陷阱
建议2-6：防止无符号整数回绕
建议2-7：防止有符号整数溢出
建议3：尽量少使用浮点类型
建议3-1：了解IEEE 754浮点数
建议3-2：避免使用浮点数进行精确计算
建议3-3：使用分数来精确表达浮点数
建议3-4：避免直接在浮点数中使用“==”操作符做相等判断
建议3-5：避免使用浮点数作为循环计数器
建议3-6：尽量将浮点运算中的整数转换为浮点数
建议4：数据类型转换必须做范围检查
建议4-1：整数转换为新类型时必须做范围检查
建议4-2：浮点数转换为新类型时必须做范围检查
建议5：使用有严格定义的数据类型
建议6：使用typedef来定义类型的新别名
建议6-1：掌握typedef的4种应用形式
建议6-2：小心使用typedef带来的陷阱
建议6-3：typedef不同于#define
建议7：变量声明应该力求简洁
建议7-1：尽量不要在一个声明中声明超过一个的变量
建议7-2：避免在嵌套的代码块之间使用相同的变量名
建议8：正确地选择变量的存储类型
建议8-1：定义局部变量时应该省略auto关键字
建议8-2：慎用extern声明外部变量
建议8-3：不要混淆static变量的作用
建议8-4：尽量少使用register变量
建议9：尽量不要在可重入函数中使用静态（或全局）变量
建议10：尽量少使用全局变量
建议11：尽量使用const声明值不会改变的变量
第2章 保持严谨的程序设计,一切从表达式开始做起
建议12：尽量减少使用除法运算与求模运算
建议12-1：用倒数相乘来实现除法运算
建议12-2：使用牛顿迭代法求除数的倒数
建议12-3：用减法运算来实现整数除法运算
建议12-4：用移位运算实现乘除法运算
建议12-5：尽量将浮点除法转化为相应的整数除法运算
建议13：保证除法和求模运算不会导致除零错误
建议14：适当地使用位操作来提高计算效率
建议14-1：尽量避免对未知的有符号数执行位操作
建议14-2：在右移中合理地选择0或符号位来填充空出的位
建议14-3：移位的数量必须大于等于0且小于操作数的位数
建议14-4：尽量避免在同一个数据上执行位操作与算术运算
建议15：避免操作符混淆
建议15-1：避免“=”与“==”混淆
建议15-2：避免“|”与“||”混淆
建议15-3：避免“&”与“&&”混淆
建议16：表达式的设计应该兼顾效率与可读性
建议16-1：尽量使用复合赋值运算符
建议16-2：尽量避免编写多用途的、太复杂的复合表达式
建议16-3：尽量避免在表达式中使用默认的优先级
第3章 程序控制语句应该保持简洁高效
建议17：if语句应该尽量保持简洁，减少嵌套的层数
建议17-1：先处理正常情况，再处理异常情况
建议17-2：避免“悬挂”的else
建议17-3：避免在if/else语句后面添加分号“；”
建议17-4：对深层嵌套的if语句进行重构
建议18：谨慎0值比较
建议18-1：避免布尔型与0或1进行比较
建议18-2：整型变量应该直接与0进行比较
建议18-3：避免浮点变量用“==”或“!=”与0进行比较
建议18-4：指针变量应该用“==”或“!=”与NULL进行比较
建议19：避免使用嵌套的“?:”
建议20：正确使用for循环
建议20-1：尽量使循环控制变量的取值采用半开半闭区间写法
建议20-2：尽量使循环体内工作量达到最小化
建议20-3：避免在循环体内修改循环变量
建议20-4：尽量使逻辑判断语句置于循环语句外层
建议20-5：尽量将多重循环中最长的循环放在最内层，最短的循环放在最外层
建议20-6：尽量将循环嵌套控制在3 层以内
建议21：适当地使用并行代码来优化for循环
建议22：谨慎使用do/while与while循环
建议22-1：无限循环优先选用for( ; ; )，而不是while(1)
建议22-2：优先使用for循环替代do/while与while循环
建议23：正确地使用switch语句
建议23-1：不要忘记在case 语句的结尾添加break语句
建议23-2：不要忘记在switch语句的结尾添加default语句
建议23-3：不要为了使用case 语句而刻意构造一个变量
建议23-4：尽量将长的switch语句转换为嵌套的switch语句
建议24：选择合理的case语句排序方法
建议24-1：尽量按照字母或数字顺序来排列各条case 语句
建议24-2：尽量将情况正常的case 语句排在最前面
建议24-3：尽量根据发生频率来排列各条case 语句
建议25：尽量避免使用goto语句
建议26：区别continue与break语句
第4章 函数同样需要保持简洁高效
建议27：理解函数声明
建议28：理解函数原型
建议29：尽量使函数的功能单一
建议30：避免把没有关联的语句放在一个函数中
建议31：函数的抽象级别应该在同一层次
建议32：尽可能为简单功能编写函数
建议33：避免多段代码重复做同一件事情
建议34：尽量避免编写不可重入函数
建议34-1：避免在函数中使用static 局部变量
建议34-2：避免函数返回指向静态数据的指针
建议34-3：避免调用任何不可重入函数
建议34-4：对于全局变量，应通过互斥信号量（即P、V操作）或者中断机制等方法来保证函数的线程安全
建议34-5：理解可重入函数与线程安全函数之间的关系
建议35：尽量避免设计多参数函数
建议35-1：没有参数的函数必须使用void填充
建议35-2：尽量避免在非调度函数中使用控制参数
建议35-3：避免将函数的参数作为工作变量
建议35-4：使用const防止指针类型的输入参数在函数体内被意外修改
建议36：没有返回值的函数应声明为void类型
建议37：确保函数体的“入口”与“出口”安全性
建议37-1：尽量在函数体入口处对参数做有效性检查
建议37-2：尽量在函数体出口处对return语句做安全性检查
建议38：在调用函数时，必须对返回值进行判断，同时对错误的返回值还要有相应的错误处理
建议39：尽量减少函数本身或者函数间的递归调用
建议40：尽量使用inline内联函数来替代#define宏
第5章 不会使用指针的程序员是不合格的
建议41：理解指针变量的存储实质
建议42：指针变量必须初始化
建议43：区别“int p = NULL” 和“p = NULL”
建议44：理解空（null）指针与NULL指针
建议44-1：区别空（null）指针与NULL指针的概念
建议44-2：用NULL指针终止对递归数据结构的间接引用
建议44-3：用NULL指针作函数调用失败时的返回值
建议44-4：用NULL指针作警戒值
建议44-5：避免对NULL指针进行解引用
建议45：谨慎使用void指针
建议45-1：避免对void指针进行算术操作
建议45-2：如果函数的参数可以是任意类型指针，应该将其参数声明为void
建议46：避免使用指针的长度确定它所指向类型的长度
建议47：避免把指针转换为对齐要求更严格的指针类型
建议48：避免将一种类型的操作符应用于另一种不兼容的类型
建议49：谨慎指针与整数之间的转换
建议50：区别“const int p”与“int *const p”
建议51：深入理解函数参数的传递方式
建议51-1：理解函数参数的传递过程
建议51-2：掌握函数的参数传递方式
建议51-3：如果函数的参数是指针，避免用该指针去申请动态内存
建议51-4：尽量避免使用可变参数
第6章 数组并非指针
建议52：理解数组的存储实质
建议52-1：理解数组的存储布局
建议52-2：理解&a[0]和&a的区别
建议52-3：理解数组名a作为右值和左值的区别
建议53：避免数组越界
建议53-1：尽量显式地指定数组的边界
建议53-2：对数组做越界检查，确保索引值位于合法的范围之内
建议53-3：获取数组的长度时不要对指针应用sizeof操作符
建议54：数组并非指针
建议55：理解数组与指针的可交换性
建议56：禁止将一个指向非数组对象的指针加上或减去一个整数
建议57：禁止对两个并不指向同一个数组的指针进行相减或比较
建议58：若结果值并不引用合法的数组元素，不要将指针加上或减去一个整数
建议59：细说缓冲区溢出
建议60：区别指针数组和数组指针
建议61：深入理解数组参数
第7章 结构、位域和枚举
建议62：结构体的设计要遵循简单、单一原则
建议62-1：尽量使结构体的功能单一
建议62-2：尽量减小结构体间关系的复杂度
建议62-3：尽量使结构体中元素的个数适中
建议62-4：合理划分与改进结构体以提高空间效率
建议63：合理利用结构体内存对齐原理来提高程序效率
建议64：结构体的长度不一定等于各个成员的长度之和
建议65：避免在结构体之间执行逐字节比较
建议66：谨慎使用位域
建议67：谨慎使用枚举
建议68：禁止在位域成员上调用offsetof宏
建议69：深入理解结构体数组和结构体指针
第8章 字符与字符串
建议70：不要忽视字符串的null（'\0'）结尾符
建议70-1：正确认识字符数组和字符串
建议70-2：字符数组必须能够同时容纳字符数据和null结尾符
建议70-3：谨慎字符数组的初始化
建议71：尽量使用const指针来引用字符串常量
建议72：区别strlen函数与sizeof运算符
建议73：在使用不受限制的字符串函数时，必须保证结果字符串不会溢出内存
建议73-1：避免字符串拷贝发生溢出
建议73-2：区别串拷贝strcpy与内存拷贝memcpy
建议73-3：避免strcpy与memcpy函数内存重叠
建议73-4：区别字符串比较与内存比较
建议73-5：避免strcat函数发生内存重叠与溢出
建议74：谨慎strtok函数的不可重入性
建议75：掌握字符串查找技术
建议75-1：使用strchr与strrchr函数查找单个字符
建议75-2：使用strpbrk函数查找多个字符
建议75-3：使用strstr函数查找一个子串
建议75-4：区别strspn与strcspn函数
第9章 文件系统
建议76：谨慎使用printf和scanf 函数
建议77：谨慎文件打开操作
建议77-1：正确指定fopen的mode参数
建议77-2：必须检查fopen函数的返回值
建议77-3：尽量避免重复打开已经被打开的文件
建议77-4：区别fopen与fopen_s函数
建议77-5：区别fopen与freopen函数
建议78：文件操作完成后必须关闭
建议79：正确理解EOF宏
建议80：尽量使用feof和ferror检测文件结束和错误
建议81：尽量使用fgets替换gets函数
建议82：尽量使用fputs替换puts函数
建议83：合理选择单个字符读写函数
建议84：区别格式化读写函数
建议84-1：区别printf/scanf、fprintf/fscanf和sprintf/sscanf
建议84-2：尽量使用snprintf替代sprintf函数
建议84-3：区别vprintf/vscanf、vfprintf/vfscanf 、vsprintf/vsscanf和vsnprintf
建议85：尽量使用fread与fwrite函数来读写二进制文件
建议86：尽量使用fseek替换rewind函数
建议87：尽量使用setvbuf替换setbuf函数
建议88：谨慎remove函数删除已打开的文件
建议89：谨慎rename函数重命名已经存在的文件
第10章 预处理器
建议90：谨慎宏定义
建议90-1：在使用宏定义表达式时必须使用完备的括号
建议90-2：尽量消除宏的副作用
建议90-3：避免使用宏创建一种“新语言”
建议91：合理地选择函数与宏
建议92：尽量使用内联函数代替宏
建议93：掌握预定义宏
建议94：谨慎使用“#include”
建议94-1：区别“#include ”与“#include "filename.h" ”
建议94-2：必须保证头文件名称的唯一性
建议95：掌握条件编译指令
建议95-1：使用“#ifndef/#define/#endif”防止头文件被重复引用
建议95-2：使用条件编译指令实现源代码的部分编译
建议95-3：妙用“defined”
建议96：尽量避免在一个函数块中单独使用“#define”或“#undef”
第11章 断言与异常处理
建议97：谨慎使用断言
建议97-1：尽量利用断言来提高代码的可测试性
建议97-2：尽量在函数中使用断言来检查参数的合法性
建议97-3：避免在断言表达式中使用改变环境的语句
建议97-4：避免使用断言去检查程序错误
建议97-5：尽量在防错性程序设计中使用断言来进行错误报警
建议97-6：用断言保证没有定义的特性或功能不被使用
建议97-7：谨慎使用断言对程序开发环境中的假设进行检查
建议98：谨慎使用errno
建议98-1：调用errno之前必须先将其清零
建议98-2：避免重定义errno
建议98-3：避免使用errno检查文件流错误
建议99：谨慎使用函数的返回值来标志函数是否执行成功
建议100：尽量避免使用goto进行出错跳转
建议101：尽量避免使用setjmp与longjmp组合
第12章 内存管理
建议102：浅谈程序的内存结构
建议103：浅谈堆和栈
建议104：避免错误分配内存
建议104-1：对内存分配函数的返回值必须进行检查
建议104-2：内存资源的分配与释放应该限定在同一模块或者同一抽象层内进行
建议104-3：必须对内存分配函数的返回指针进行强制类型转换
建议104-4：确保指针指向一块合法的内存
建议104-5：确保为对象分配足够的内存空间
建议104-6：禁止执行零长度的内存分配
建议104-7：避免大型的堆栈分配
建议104-8：避免内存分配成功，但并未初始化
建议105：确保安全释放内存
建议105-1：malloc等内存分配函数与free必须配对使用
建议105-2：在free之后必须为指针赋一个新值
建议106：避免内存越界
建议106-1：避免数组越界
建议106-2：避免sprintf、vsprintf、strcpy、strcat与gets越界
建议106-3：避免memcpy与memset函数长度越界
建议106-4：避免忽略字符串最后的'\0'字符而导致的越界
建议107：避免内存泄漏
建议108：避免calloc参数相乘的值超过size_t表示的范围
第13章 信号处理
建议109：理解信号
建议110：尽量使用sigaction替代signal
建议111：避免在信号处理函数内部访问或修改共享对象
建议112：避免以递归方式调用raise函数
第14章 了解C11标准
建议113：谨慎使用_Generic
建议114：尽量使用gets_s替换gets函数
建议115：尽量使用带边界检查的字符串操作函数
建议116：了解C11多线程编程
建议117：使用静态断言_Static_assert执行编译时检查
建议118：使用_Noreturn标识不返回值的函数
第15章 保持良好的设计
建议119：避免错误地变量初始化
建议120：谨慎使用内联函数
建议121：避免在函数内定义占用内存很大的局部变量
建议122：谨慎设计函数参数的顺序和个数
建议123：谨慎使用标准函数库
建议124：避免不必要的函数调用
建议125：谨慎程序中嵌入汇编代码