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C/C++ 語言新手十三誡(The Thirteen Commandments for Newbie C/C++ Programmers)

by Khoguan Phuann
請注意：

(1) 本篇旨在提醒新手，避免初學常犯的錯誤（其實老手也常犯:-Q)。
但不能取代完整的學習，請自己好好研讀一兩本 C 語言的好書，
並多多實作練習。

(2) 強烈建議新手先看過此文再發問，你的問題極可能此文已經提出並
解答了。

(3) 以下所舉的錯誤例子如果在你的電腦上印出和正確例子相同的結果，
那只是不足為恃的一時僥倖。

(4) 不守十三誡者，輕則執行結果的輸出數據錯誤，或是程式當掉，重則
引爆核彈、毀滅地球（如果你的 C 程式是用來控制核彈發射器的話）。

=============================================================
目錄： (頁碼/行號) 2/24

01. 不可以使用尚未給予適當初值的變數 3/46
02. 不能存取超過陣列既定範圍的空間 5/90
03. 不可以提取不知指向何方的指標 7/134
04. 不要試圖用 char* 去更改一個"字串常數" 12/244
05. 不能在函式中回傳一個指向區域性自動變數的指標 16/332
06. 不可以只做 malloc(), 而不做相應的 free() 19/398
07. 在數值運算、賦值或比較中不可以隨意混用不同型別的數值 21/442
08. ++i/i++/--i/i--/f(&i)哪個先執行跟順序有關 24/508
09. 慎用Macro 27/574
10. 不要在 stack 設置過大的變數以避免堆疊溢位(stack overflow) 32/684
11. 使用浮點數精確度造成的誤差問題 35/750
12. 不要猜想二維陣列可以用 pointer to pointer 來傳遞 36/772
13. 函式內 new 出來的空間記得要讓主程式的指標接住 40/860



直接輸入數字可跳至該頁碼
或用:指令輸入行號


01. 你不可以使用尚未給予適當初值的變數

錯誤例子：
int accumulate(int max) /* 從 1 累加到 max，傳回結果 */
{
int sum; /* 未給予初值的區域變數，其內容值是垃圾 */
for (int num = 1; num <= max; num++) { sum += num; }
return sum;
}

正確例子：
int accumulate(int max)
{
int sum = 0; /* 正確的賦予適當的初值 */
for (int num = 1; num <= max; num++) { sum += num; }
return sum;
}





備註：

　根據 C Standard，具有靜態儲存期(static storage duration)的變數，
例如 全域變數(global variable)或帶有 static 修飾符者等，
　如果沒有顯式初始化的話，根據不同的資料型態予以進行以下初始化：

　若變數為算術型別 (int , double , ...) 時，初始化為零或正零。
　若變數為指標型別 (int*, double*, ...) 時，初始化為 null 指標。
　若變數為複合型別 (struct, double _Complex, ...) 時，遞迴初始化所有成員。
　若變數為聯合型別 (union) 時，只有其中的第一個成員會被遞迴初始化。

(以上感謝Hazukashiine板友指正)

(但是有些MCU 編譯器可能不理會這個規定，所以還是請養成設定初值的好習慣)

補充資料：

- 精華區z->5->1->1->1
- C11 Standard 5.1.2, 6.2.4, 6.7.9



02. 你不可以存取超過陣列既定範圍的空間

錯誤例子：
int str[5];
for (int i = 0 ; i <= 5 ; i++) str[i] = i;

正確例子：
int str[5];
for (int i = 0; i < 5; i++) str[i] = i;


說明：宣告陣列時，所給的陣列元素個數值如果是 N, 那麼我們在後面
透過 [索引值] 存取其元素時，所能使用的索引值範圍是從 0 到 N-1

C/C++ 為了執行效率，並不會自動檢查陣列索引值是否超過陣列邊界，
我們要自己來確保不會越界。一旦越界，操作的不再是合法的空間，
將導致無法預期的後果。

備註：

C++11之後可以用Range-based for loop提取array、
vector(或是其他有提供正確.begin()和.end()的class)內的元素
可以確保提取的元素一定落在正確範圍內。

例：

// vector
std::vector<int> v = {0, 1, 2, 3, 4, 5};

for(const int &i : v) // access by const reference
std::cout << i << ' ';
std::cout << '\n';

// array
int a[] = {0, 1, 2, 3, 4, 5};
for(int n: a) // the initializer may be an array
std::cout << n << ' ';
std::cout << '\n';

補充資料：

https://en.cppreference.com/w/cpp/language/range-for


03. 你不可以提取(dereference)不知指向何方的指標（包含 null 指標）。

錯誤例子：

char *pc1; /* 未給予初值，不知指向何方 */
char *pc2 = NULL; /* pc2 起始化為 null pointer */
*pc1 = 'a'; /* 將 'a' 寫到不知何方，錯誤 */
*pc2 = 'b'; /* 將 'b' 寫到「位址0」，錯誤 */

正確例子：
char c; /* c 的內容尚未起始化 */
char *pc1 = &c; /* pc1 指向字元變數 c */
*pc1 = 'a'; /* c 的內容變為 'a' */

/* 動態分配 10 個 char(其值未定),並將第一個char的位址賦值給 pc2 */
char *pc2 = (char *) malloc(10);
pc2[0] = 'b'; /* 動態配置來的第 0 個字元，內容變為 'b'
free(pc2);

說明：指標變數必需先指向某個可以合法操作的空間，才能進行操作。

( 使用者記得要檢查 malloc 回傳是否為 NULL，
礙於篇幅本文假定使用上皆合法，也有正確歸還記憶體 )

錯誤例子：

char *name; /* name 尚未指向有效的空間 */
printf("Your name, please: ");
fgets(name,20,stdin); /* 您確定要寫入的那塊空間合法嗎??? */
printf("Hello, %s\n", name);

正確例子：

/* 如果編譯期就能決定字串的最大空間，那就不要宣告成 char* 改用 char[] */

char name[21]; /* 可讀入字串最長 20 個字元，保留一格空間放 '\0' */
printf("Your name, please: ");
fgets(name,20,stdin);
printf("Hello, %s\n", name);


正確例子(2)：

若是在執行時期才能決定字串的最大空間，C提供兩種作法：

a. 利用 malloc() 函式來動態分配空間，用malloc宣告的陣列會被存在heap
須注意：若是宣告較大陣列，要確認malloc的回傳值是否為NULL

size_t length;
printf("請輸入字串的最大長度(含null字元): ");
scanf("%u", &length);

name = (char *)malloc(length);
if (name) { // name != NULL
printf("您輸入的是 %u\n", length);
} else { // name == NULL
puts("輸入值太大或系統已無足夠空間");
}
/* 最後記得 free() 掉 malloc() 所分配的空間 */
free(name);
name = NULL; //(註1)


b. C99開始可使用variable-length array (VLA)
須注意：
- 因為VLA是被存放在stack裡，使用前要確認array size不能太大
- 不是每個compiler都支援VLA(註2)
- C++ Standard不支援(雖然有些compiler支援)

float read_and_process(int n)
{
float vals[n];
for (int i = 0; i < n; i++)
vals[i] = read_val();
return process(vals, n);
}


正確例子(3)：

C++的使用者也有兩種作法：

a. std::vector (不管你的陣列大小會不會變都可用)

std::vector<int> v1;
v1.resize(10); // 重新設定vector size


b. C++11以後，若是確定陣列大小不會變，可以用std::array
須注意：一般使用下(存在stack)一樣要確認array size不能太大

std::array<int, 5> a = { 1, 2, 3 }; // a[0]~a[2] = 1,2,3; a[3]之後為0;
a[a.size() - 1] = 5; // a[4] = 0;

備註：

註1. C++的使用者，C++03或之前請用0代替NULL，C++11開始請改用nullptr
註2. gcc和clang支援VLA，Visual C++不支援

補充資料：

https://www.cplusplus.com/reference/vector/vector/resize/








04. 你不可以試圖用 char* 去更改一個"字串常數"

試圖去更改字串常數(string literal)的結果會是undefined behavior。

錯誤例子：
char* pc = "john"; /* pc 現在指著一個字串常數 */
*pc = 'J'; /* undefined behaviour，結果無法預測*/
pc = "jane"; /* 合法，pc指到在別的位址的另一個字串常數*/
/* 但是"john"這個字串還是存在原來的地方不會消失*/

因為char* pc = "john"這個動作會新增一個內含元素為"john\0"的static char[5]，
然後pc會指向這個static char的位址(通常是唯讀)。

若是試圖存取這個static char[]，Standard並沒有定義結果為何。

pc = "jane" 這個動作會把 pc 指到另一個沒在用的位址然後新增一個
內含元素為"jane\0"的static char[5]。
可是之前那個字串 "john\n" 還是留在原地沒有消失。

通常編譯器的作法是把字串常數放在一塊read only(.rdata)的區域內，
此區域大小是有限的，所以如果你重複把pc指給不同的字串常數，
是有可能會出問題的。

正確例子：
char pc[] = "john"; /* pc 現在是個合法的陣列，裡面住著字串 john */
/* 也就是 pc[0]='j', pc[1]='o', pc[2]='h',
pc[3]='n', pc[4]='\0' */
*pc = 'J';
pc[2] = 'H';

說明：字串常數的內容應該要是"唯讀"的。您有使用權，但是沒有更改的權利。
若您希望使用可以更改的字串，那您應該將其放在合法空間

錯誤例子：
char *s1 = "Hello, ";
char *s2 = "world!";
/* strcat() 不會另行配置空間，只會將資料附加到 s1 所指唯讀字串的後面，
造成寫入到程式無權碰觸的記憶體空間 */
strcat(s1, s2);

正確例子(2)：
/* s1 宣告成陣列，並保留足夠空間存放後續要附加的內容 */
char s1[20] = "Hello, ";
char *s2 = "world!";
/* 因為 strcat() 的返回值等於第一個參數值，所以 s3 就不需要了 */
strcat(s1, s2);


C++對於字串常數的嚴格定義為const char* 或 const char[]。
但是由於要相容C，char* 也是允許的寫法(不建議就是)。

不過，在C++試圖更改字串常數(要先const_cast)一樣是undefined behavior。

const char* pc = "Hello";
char* p = const_cast<char*>(pc);
p[0] = 'M'; // undefined behaviour










備註：

由於不加const容易造成混淆，
建議不管是C還是C++一律用 const char* 定義字串常數。

補充資料：

https://en.cppreference.com/w/c/language/string_literal
https://en.cppreference.com/w/cpp/language/string_literal
字串函數相關：#1IOXeMHX
undefined behavior : 精華區 z -> 3 -> 3 -> 23











05. 你不可以在函式中回傳一個指向區域性自動變數的指標。否則，會得到垃圾值
[感謝 gocpp 網友提供程式例子]
錯誤例子：
char *getstr(char *name)
{
char buf[30] = "hello, "; /*將字串常數"hello, "的內容複製到buf陣列*/
strcat(buf, name);
return buf;
}

說明：區域性自動變數，將會在離開該區域時(本例中就是從getstr函式返回時)
被消滅，因此呼叫端得到的指標所指的字串內容就失效了。

正確例子：
void getstr(char buf[], int buflen, char const *name)
{
char const s[] = "hello, ";
strcpy(buf, s);
strcat(buf, name);
}


正確例子：

int* foo()
{
int* pInteger = (int*) malloc( 10*sizeof(int) );
return pInteger;
}

int main()
{
int* pFromfoo = foo();
}

說明：上例雖然回傳了函式中的指標，但由於指標內容所指的位址並非區域變數，
而是用動態的方式抓取而得，換句話說這塊空間是長在 heap 而非 stack，
又因 heap 空間並不會自動回收，因此這塊空間在離開函式後，依然有效
(但是這個例子可能會因為 programmer 的疏忽，忘記 free 而造成
memory leak)

[針對字串操作，C++提供了更方便安全更直觀的 string class, 能用就盡量用]


正確例子:

#include <string> /* 並非 #include <cstring> */
using std::string;

string getstr(string const &name)
{
return string("hello, ") += name;
}













06. [C]你不可以只做 malloc(), 而不做相應的 free(). 否則會造成記憶體漏失

但若不是用 malloc() 所得到的記憶體，則不可以 free()。已經 free()了
所指記憶體的指標，在它指向另一塊有效的動態分配得來的空間之前，不可
以再被 free()，也不可以提取(dereference)這個指標。

小技巧: 可在 free 之後將指標指到 NULL，free不會對空指標作用。

例：

int *p = malloc(sizeof(int));
free(p);
p = NULL;
free(p); // free不會對空指標有作用

[C++] 你不可以只做 new, 而不做相應的 delete (除了unique_ptr以外)
註：new 與 delete 對應，new[] 與 delete[] 對應，
不可與malloc/free混用(結果不可預測)
切記，做了幾次 new，就必須做幾次 delete

小技巧: 可在 delete 之後將指標指到0或nullptr(C++11開始)，
由於 delete 本身會先做檢查，因此可以避免掉多次 delete 的錯誤

正確例子:

int *ptr = new int(99);
delete ptr;
ptr = nullptr;
delete ptr; /* delete 只會處理指向非 NULL 的指標 */

備註：

C++11後新增智能指標(smart pointer): unique_ptr
當unique_ptr所指物件消失時，會自動釋放其記憶體，不需要delete。

例：
#include <memory> // 含unique_ptr的標頭檔
std::unique_ptr<int> p1(new int(5));

補充資料：

https://en.cppreference.com/w/cpp/memory/unique_ptr


07. 你不可以在數值運算、賦值或比較中隨意混用不同型別的數值，而不謹慎考
慮數值型別轉換可能帶來的「意外驚喜」（錯愕）。必須隨時注意數值運算
的結果，其範圍是否會超出變數的型別

錯誤例子：
unsigned int sum = 2000000000 + 2000000000; /* 超出 int 存放範圍 */
unsigned int sum = (unsigned int) (2000000000 + 2000000000);
double f = 10 / 3;

正確例子：
/* 全部都用 unsigned int, 注意數字後面的 u, 大寫 U 也成 */
unsigned int sum = 2000000000u + 2000000000u;

/* 或是用顯式的轉型 */
unsigned int sum = (unsigned int) 2000000000 + 2000000000;
double f = 10.0 / 3.0;


錯誤例子:
unsigned int a = 0;
int b[10];
for(int i = 9 ; i >= a ; i--) { b[i] = 0; }

說明：由於 int 與 unsigned 共同運算的時候，會轉換 int 為 unsigned，
因此迴圈條件永遠滿足，與預期行為不符


錯誤例子： （感謝 sekya 網友提供）
unsigned char a = 0x80; /* no problem */
char b = 0x80; /* implementation-defined result */
if( b == 0x80 ) { /* 不一定恒真 */
printf( "b ok\n" );
}

說明：語言並未規定 char 天生為 unsigned 或 signed，因此將 0x80 放入
char 型態的變數，將會視各家編譯器不同作法而有不同結果


錯誤例子(以下假設為在32bit機器上執行)：
#include <math.h>
long a = -2147483648 ; // 2147483648 = 2 的 31 次方
while (labs(a)>0){ // labs(-2147483648)<0 有可能發生
++a;
}

說明：如果你去看C99/C11 Standard，你會發現long
變數的最大/最小值為(被define在limits.h)

LONG_MIN -2147483647 // compiler實作時最小值不可大於 -(2147483648-1)
LONG_MAX 2147483647 // compiler實作時最小值不可小於 (2147483648-1)

不過由於32bit能顯示的範圍就是2**32種，所以一般16/32bit作業系統會把
LONG_MIN多減去1，也就是int 的顯示範圍為(-LONG_MAX - 1) ~ LONG_MAX。
(64bit的作業系統long多為8 bytes，但是依舊符合Standard要求的最小範圍)

當程式跑到labs(-2147483648)>0時，由於2147483648大於LONG_MAX，
Standard告訴我們，當labs的結果無法被long有限的範圍表示，
編譯器會怎麼幹就看他高興(undefined behavior)。
(不只long，其他如int、long long等以此類推)

補充資料：

- C11 Standard 5.2.4.2.1, 7.22.6.1
- https://www.fefe.de/intof.html


08. ++i/i++/--i/i--/f(&i)哪個先執行跟順序有關

++i/i++ 和--i/i-- 的問題幾乎每個月都會出現，所以特別強調。

當一段程式碼中，某個變數的值用某種方式被改變一次以上，
例如 ++x/--x/x++/x--/function(&x)(能改變x的函式)
- 如果Standard沒有特別去定義某段敘述中哪個部份必須被先執行，
那結果會是undefined behavior(結果未知)。
- 如果Standard有特別去定義執行順序，那結果就根據執行順序決定。


C/C++均正確的例子：

if (--a || ++a) {} // ||左邊先計算，如果左邊為1右邊就不會算
if (++i && f(&i)) {} // &&左邊先計算，如果左邊為0右邊就不會算
a = (*p++) ? (*p++) : 0 ; // 問號左邊先計算
int j = (++i, i++); // 這裡的逗號為運算子，表示依序計算


C/C++均錯誤的例子：

int j = ++i + i++; // undefined behavior，Standard沒定義+號哪邊先執行
x = x++; // undefined behavior, Standard沒定義=號哪邊先執行
printf( "%d %d %d", I++, f(&I), I++ ); // undefined behavior, 原因同上
foo(i++, i++); // undefined behavior，這裡的逗號是用來分隔引入參數的
// 分隔符(separator)而非運算子，Standard沒定義哪邊先執行


在C與C++03錯誤但是在C++11開始(但不包括C)正確的例子：

C++11中，++i/--i為左值(lvalue)，i++/i--為右值(rvalue)。
左值可以被assign value給它，右值則不行。
而在C中，++i/--i/i++/i--都是右值。
所以以下的code在C++會正確，C則否。

++++++++++phew ; // C++11會把它解釋為++(++(++(++(++phew))));
i = v[++i]; // ++i會先完成
i = ++i + 1; // ++i會先完成

在C++17開始(但不包括C)才正確的例子：

cout << i << i++; // 先左後右
a[i] = i++; // i++先做
a[x++] = --x; // 先處理--x，再處理a[x++] (loveflames補充)


補充資料

- Undefined behavior and sequence points
https://stackoverflow.com/questions/4176328/undefined-behavior-and-
sequence-points)
- C11 Standard 6.5.13-17，Annex C
- Sequence poit
https://en.wikipedia.org/wiki/Sequence_point
- Order of evaluation
https://en.cppreference.com/w/cpp/language/eval_order










09. 慎用macro(#define)

Macro是個像鐵鎚一樣好用又危險的工具：
用得好可以釘釘子，用不好可以把釘子打彎、敲到你手指或被抓去吃子彈。
因為macro 定義出的「偽函式」有以下缺點：

(1) debug會變得複雜。
(2) 無法遞迴呼叫。
(3) 無法用 & 加在 macro name 之前，取得函式位址。
(4) 沒有namespace。
(5) 可能會導致奇怪的side effect或其他無法預測的問題。

所以，使用macro前，請先確認以上的缺點是否會影響你的程式運行。

替代方案：enum(定義整數)，const T(定義常數)，inline function(定義函式)
C++的template(定義可用不同type參數的函式)，
或C++11開始的匿名函式(Lambda function)與constexpr T(編譯期常數)


以下就針對macro的缺點做說明：


(1) debug會變得複雜。

編譯器不能對macro本身做語法檢查，只能檢查預處理(preprocess)後的結果。


(2) 無法遞迴呼叫。

根據C standard 6.10.3.4，
如果某macro的定義裡裏面含有跟此macro名稱同樣的的字串，
該字串將不會被預處理。

所以：

#define pr(n) ((n==1)? 1 : pr(n-1))
cout<< pr(5) <<endl;

預處理過後會變成：

cout<< ((5==1)? 1 : pr(5 -1)) <<endl; // pr沒有定義，編譯會出錯


(3) 無法用 & 加在 macro name 之前，取得函式位址。

因為他不是函式，所以你也不可以把函式指標套用在macro上。


(4) 沒有namespace。

錯誤例子：

#define begin() x = 0

for (std::vector<int>::iterator it = myvector.begin();
it != myvector.end(); ++it) // begin是std的保留字
std::cout << ' ' << *it;

改善方法：macro名稱一律用大寫，如BEGIN()


(5) 可能會導致奇怪的side effect或其他無法預測的問題。

錯誤例子：

#include <stdio.h>
#define SQUARE(x) (x * x)
int main()
{
printf("%d\n", SQUARE(10-5)); // 預處理後變成SQUARE(10-5*10-5)
return 0;
}

正確例子：在 Macro 定義中, 務必為它的參數個別加上括號

#include <stdio.h>
#define SQUARE(x) ((x) * (x))
int main()
{
printf("%d\n", SQUARE(10-5));
return 0;
}

不過遇到以下有side effect的例子就算加了括號也沒用。

錯誤例子： （感謝 yaca 網友提供）
#define MACRO(x) (((x) * (x)) - ((x) * (x)))
int main()
{
int x = 3;
printf("%d\n", MACRO(++x)); // 有side effect
return 0;
}

補充資料：

- https://stackoverflow.com/questions/14041453/why-are-preprocessor-
macros-evil-and-what-are-the-alternatives

- https://stackoverflow.com/questions/12447557/can-we-have-recursive-macros

- C11 Standard 6.10.3.4

- https://en.cppreference.com/w/cpp/language/lambda






10. 不要在 stack 設置過大的變數以避免堆疊溢位(stack overflow)

由於編譯器會自行決定 stack 的上限，某些預設是數 KB 或數十KB，當變數所需的空
間過大時，很容易造成 stack overflow，程式亦隨之當掉(segmentation fault)。

可能造成堆疊溢位的原因包括遞迴太多次(多為程式設計缺陷)，
或是在 stack 設置過大的變數。

錯誤例子：
int array[10000000]; // 在stack宣告過大陣列
std::array<int, 10000000> myarray; //在stack宣告過大std::array

正確例子：

C:
int *array = (int*) malloc( 10000000*sizeof(int) );

C++:
std::vector<int> v;
v.resize(10000000);

說明：建議將使用空間較大的變數用malloc/new配置在 heap 上，由於此時 stack
上只需配置一個 int* 的空間指到在heap的該變數，可避免 stack overflow。

使用 heap 時，雖然整個 process 可用的空間是有限的，但採用動態抓取
的方式，new 無法配置時會丟出 std::bad_alloc 例外，malloc 無法配置
時會回傳 null(註2)，不會影響到正常使用下的程式功能

備註：

註1. 使用 heap 時，整個 process 可用的空間一樣是有限的，若是需要頻繁地
malloc / free 或 new / delete 較大的空間，需注意避免造成記憶體破碎
(memory fragmentation)。

註2. 由於Linux使用overcommit機制管理記憶體，malloc即使在記憶體不足時
仍然會回傳非NULL的address，同樣情形在Windows/Mac OS則會回傳NULL
(感謝 LiloHuang 補充)







補充資料：

- https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%A0%86%E7%96%8A%E6%BA%A2%E4%BD%8D
- https://stackoverflow.com/questions/3770457/what-is-memory-fragmentation
- https://library.softwareverify.com/memory-fragmentation-your-worst-nightmare/

overcommit跟malloc:
- https://goo.gl/V9krbB
- https://goo.gl/5tCLQc













11. 使用浮點數千萬要注意精確度所造成的誤差問題

根據 IEEE 754 的規範，又電腦中是用有限的二進位儲存數字，因此常有可
能因為精確度而造成誤差，例如加減乘除，等號大小判斷，分配律等數學上
常用到的操作，很有可能因此而出錯(不成立)

更詳細的說明可以參考精華區 z-8-11
或參考冼鏡光老師所發表的一文 "使用浮點數最最基本的觀念"
https://blog.dcview.com/article.php?a=VmhQNVY%2BCzo%3D













12. 不要猜想二維陣列可以用 pointer to pointer 來傳遞
(感謝 loveme00835 legnaleurc 版友的幫忙)

首先必須有個觀念，C 語言中陣列是無法直接拿來傳遞的!
不過這時候會有人跳出來反駁:

void pass1DArray( int array[] );

int a[10];
pass1DArray( a ); /* 可以合法編譯，而且執行結果正確!! */

事實上，編譯器會這麼看待

void pass1DArray( int *array );

int a[10];
pass1DArray( &a[0] );

我們可以順便看出來，array 變數本身可以 decay 成記憶體起頭的位置
因此我們可以 int *p = a; 這種方式，拿指標去接陣列。

也因為上述的例子，許多人以為那二維陣列是不是也可以改成 int **

錯誤例子:
void pass2DArray( int **array );

int a[5][10];
pass2DArray( a );
/* 這時候編譯器就會報錯啦 */
/* expected ‘int **’ but argument is of type ‘int (*)[10]’*/


在一維陣列中，指標的移動操作，會剛好覆蓋到陣列的範圍
例如，宣告了一個 a[10]，那我可以把 a 當成指標來操作 *a 至 *(a+9)
因此我們可以得到一個概念，在操作的時候，可以 decay 成指標來使用
也就是我可以把一個陣列當成一個指標來使用 (again, 陣列!=指標)

但是多維陣列中，無法如此使用，事實上這也很直觀，試圖拿一個
pointer to pointer to int 來操作一個 int 二維陣列，這是不合理的！

儘管我們無法將二維陣列直接 decay 成兩個指標，但是我們可以換個角度想，
二維陣列可以看成 "外層大的一維陣列，每一維內層各又包含著一維陣列"

如果想通了這一點，我們可以仿造之前的規則，
把外層大的一維陣列 decay 成指標，該指標指向內層的一維陣列

void pass2DArray( int (*array) [10] ); // array 是個指標，指向 int [10]

int a[5][10];
pass2DArray( a );

這時候就很好理解了，函數 pass2DArray 內的 array[0] 會代表什麼呢？
答案是它代表著 a[0] 外層的那一維陣列，裡面包含著內層 [0]~[9]
也因此 array[0][2] 就會對應到 a[0][2]，array[4][9] 對應到 a[4][9]


結論就是，只有最外層的那一維陣列可以 decay 成指標，其他維陣列都要
明確的指出陣列大小，這樣多維陣列的傳遞就不會有問題了

也因為剛剛的例子，我們可以清楚的知道在傳遞陣列時，實際行為是在傳遞
指標，也因此如果我們想用 sizeof 來求得陣列元素個數，那是不可行的

錯誤例子:
void print1DArraySize( int* arr ) {
printf("%u", sizeof(arr)/sizeof(arr[0])); /* sizeof(arr) 只是 */
} /* 一個指標的大小 */

受此限制，我們必須手動傳入大小
void print1DArraySize( int* arr, size_t arrSize );


C++ 提供 reference 的機制，使得我們不需再這麼麻煩，
可以直接傳遞陣列的 reference 給函數，大小也可以直接求出

正確例子:
void print1DArraySize( int (&array)[10] ) { // 傳遞 reference
cout << sizeof(array) / sizeof(int); // 正確取得陣列元素個數
}










13. 函式內 new 出來的空間記得要讓主程式的指標接住


對指標不熟悉的使用者會以為以下的程式碼是符合預期的


void newArray(int* local, int size) {
local = (int*) malloc( size * sizeof(int) );
}

int main() {
int* ptr;
newArray(ptr, 10);
}


接著就會找了很久的 bug，最後仍然搞不懂為什麼 ptr 沒有指向剛剛拿到的合法空間


讓我們再回顧一次，並且用圖表示 (感謝Hazukashiine板友提供圖解)

┌────┐ ┌────┐ ┌────┐ ┌────┐
Heap │ │ │ │ │ 新配置 │ │ 已泄漏 │
│ │ │ │ │ 的空間 ＜─┐ │ 的空間 │
│ │ │ │ │(allocd)│ │ │(leaked)│
│ │ │ │ ├────┤ │ ├────┤
│ │ │ │ │ ： │ │ │ │
│ │ │ │ │ ： │ │ │ ： │
│ │ ├────┤ ├────┤ │ │ ： │
│ │ │ local ├─┐ │ local ├─┘ │ │
├────┤ ├────┤ │ ├────┤ ├────┤
Stack │ ptr ├─┐ │ ptr ├─┤ │ ptr ├─┐ │ ptr ├─┐
└────┘ ╧ └────┘ ╧ └────┘ ╧ └────┘ ╧


　 未初始化 函式呼叫 配置空間 函式返回
int *ptr; local = ptr; local = malloc();


用圖看應該一切就都明白了，我也不需冗言解釋


也許有人會想問，指標不是傳址嗎？

精確來講，指標也是傳值，只不過該值是一個位址 (ex: 0xfefefefe)

local 接到了 ptr 指向的那個位置，接著函式內 local 要到了新的位置
但是 ptr 指向的位置還是沒變的，因此離開函式後就好像事什麼都沒發生
( 嚴格說起來還發生了 memory leak )


以下是一種解決辦法

int* createNewArray(int size) {
return (int*) malloc( size * sizeof(int) );
}

int main() {
int* ptr;
ptr = createNewArray(10);
}

改成這樣亦可 ( 為何用 int** 就可以？想想他會傳什麼過去給local )

void createNewArray(int** local, int size) {
*local = (int*) malloc( size * sizeof(int) );
}

int main() {
int *ptr;
createNewArray(&ptr, 10);
}



如果是 C++，別忘了可以善用 Reference

void newArray(int*& local, int size) {
local = new int[size];
}


後記：從「古時候」流傳下來一篇文章

"The Ten Commandments for C Programmers"(Annotated Edition)
by Henry Spencer
https://www.lysator.liu.se/c/ten-commandments.html

一方面它不是針對 C 的初學者，一方面它特意模仿中古英文
聖經的用語，寫得文謅謅。所以我現在另外寫了這篇，希望
能涵蓋最重要的觀念以及初學甚至老手最易犯的錯誤。


作者：潘科元(Khoguan Phuann) (c)2005. 感謝 ptt.cc BBS 的 C_and_CPP
看板眾多網友提供寶貴意見及程式實例。


nowar100 多次加以修改整理，擴充至 13 項，並且製作成動畫版。

wtchen 應板友要求移除動畫並根據C/C++標準修改內容(Ver.2016)

如發現 Bug 請推文回報，謝謝您

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