《C解毒》征询意见帖

huxk

嗯 那就好。

starwing83

回复 205# pmerofc


    写完啦~呼，真累，看邮件去啦~


类型系统？表达式？副作用？——C的“易筋经”

    一本教材最应该做的事情，是应该培养一个人在某项技能中的“方向感”，用武侠的
话说，就是要能够内视，知道自己的位置和将要前进的方向。语言本质上是用来交流的，
一本语言的教材就更应该要给人一个大体的方向感，教你如何利用语言的概念去约束自己
，或是教导人获得新知的方法，而不是条条框框，那是语言手册，却绝对不是教材。

    就比如，C语言究竟是有什么基本元素组成的？这些元素之间有些什么样的规则？这
些规则又如何互相作用以达到编程者的目的？这些“穴道”一类的知识就应该是一本语言
教材需要交给大家的。一本好的语言教材，一定是《易筋经》一般的大体抽象，严谨精确
，它用抽象而实用的概念将穴道串联在一起，用名为逻辑思维的内力打通任督二脉。在这
个前提下教材去举例子打比方语言诙谐，才是有意义的。

    看看这一段对“if((a=b)>0) max=a; ”的描述：

   

先进行赋值运算(将b的值赋给a)，然后判断a是否大于0

    我不知道一个只会外家拳法的所谓宗师如何去教人武功，也许大体上就是这样了：扔
给徒弟一堆穴道，然后根据自己的臆测，来猜想内力应该如何联系经脉，这样就算是不走
火入魔，也够你喝一壶的了。

    那么，我们来解释一下，究竟C语言版本的《易筋经》应该说明什么问题，应该怎么
去解释C语言的众多语法特性。我们再用学到的知识去解释if条件中的这个表达式，看看
好的教材如何教人内视。

    C是一门计算性的语言。大体上，有类型系统指定计算如何进行，有表达式负责值的
计算，有副作用进行状态的更改，有语句负责控制计算的步骤。语句不是今天的话题，我
们今天就谈谈表达式的那些事儿。

    什么是表达式呢？一系列的操作数，用操作符联系在一起，用于表达如何产生一个值
的式子就是表达式。表达式就是用来描述如何产生一个需要的值的，除了这个主要的目的
，表达式还可以用来做一些程序状态的更新，这些“私活”被称为表达式的副作用。为了
得到这个值，我们需要一系列的计算“工具”，它们就是前面提到的“操作符”，而被这
些计算工具当作“原料”来计算的，自然就是被称为“操作数”的一系列值了。操作数并
不一定是数字，这里仅仅是沿用旧的翻译而已。你可以认为它们仅仅是被操作的值就可以
了。

    我们知道，定义一个计算是很复杂的。数学里面有那么多的符号去做这件事，但计算
机语言的符号却是有限的。为了让一个符号能尽可能地表示更多的同类型的操作（注意，
用相似的符号去表达相似的工作，这就叫抽象，这是C区别于低级语言的重要特征），C引
入了类型系统，并且规定，一个符号所执行的操作，取决与这个符号作为运算符的操作数
的具体类型。

    有点晕了么？仔细看看这段话：一个运算符能做什么操作，是由其操作数的类型决定
的。比如，两个int型的值做+运算，那么这就是个int加法，而两个浮点型的值做+运算，
也许机器实际执行的操作就完全不一样了。一个值的类型就是描述这个值所有特征的一个
集合，当然如何运算也是值的特征之一了，所以由类型去决定计算，一点都不奇怪。

    现在我们知道了C语言可以做操作，并且这些操作是如何根据操作符和操作数来选择
的了，另外我们还必须知道操作符如何选择操作数——根据上面的说法，这直接决定了操
作符究竟会做什么具体操作。操作符是利用所谓“优先级”和“结合性”的方式去选择操
作数的。这一点我们之前已经探讨过了。我们需要探讨的最后一个问题是，这些运算会以
一个什么顺序去执行，这就是今天的主题了。

    在讨论这个问题前，我们要强调上面提过的一个事实：C语言的运算符其实并不止是
可以返回一个值的，他还可能会有一系列的副作用，这些副作用会造成程序执行环境的更
改。我们可以认为这是运算符在做运算的时候“顺带”去做的一些事情。也许这些事情对
我们来说才是主要的目的，但要记住，对C语言来说，这是顺带去完成的功能，这些功能
完成的时间是很灵活的，只需要满足一些约束条件就可以了。具体的约束条件，在“顺序
点”这个C语言知识点中做了完整的讲解。

    现在我么来看开头给出的这个表达式：(a = b) > 0，这个表达式是有两个子表达式
组成的，其中圆括号决定了由赋值操作符优先选择操作数——即a和b，而大于操作符的操
作数是赋值操作数的值，以及一个int型字面量0。这个表达式实际执行的操作要根据各个
变量的类型来决定，这里我们假设a和b都是int。

    那么，这个表达式是如何执行的呢？是不是真的就是按照谭老所说的，先赋值，再比
较呢？

    首先我们注意到，赋值操作符是有副作用的，这个副作用可以发生在任何时候。现在
我们不考虑这个副作用，我们只考虑“纯”的表达式。对于赋值运算符来说，他的值就是
如果按照一定的规则，a获得了b的值以后，a的那个值。你看，既然是一定规则，那么这
个值是可以预先算出来的，并不一定非要将b真的赋值给a我们才知道这个值是多少。表达
式的目的就是为了表达一个值的计算过程，在类型决定以后，这个计算过程也就决定了，
加上确定了的操作数，这个值也就决定了，并不会随着副作用是否发生而改变。

    我们得到的这个值又是比较操作符的操作数，于是比较操作符就可以用这个数字和0
比较，从而得出最终的结果。

    总的来说，顺序就是：

        1. 赋值运算符计算出一个结果。
        2. 这个结果交给比较运算符，得到第二个结果。
        3. 第二个结果就是整个表达式的值。

    这就是这个表达式的全部计算。

    还有副作用呢？哦，对了。赋值运算符其实还有一个副作用，副作用是将这个赋值表
达式的值保存到a变量中，让a变量的值变成赋值表达式的值。我们说过，副作用的发生是
很灵活的。在这里，这个副作用可以在任意时刻发生，可以是比较操作前，也可以是比较
操作后。我们说老谭的说法是错误的，就是由此得到的结论。

    老谭的错误在于，他混淆了“赋值表达式”这样一个静态的、用于描述一个值如何产
生的表达式和“赋值操作”这样一个动态的，会改变状态的操作。后者被称为“做了一次
赋值操作”，是会改变程序状态的，而前者只是计算出了一个值而已。这两者其实是不相
干的。既然不相干，就不会有任何顺序上的依赖关系，而仅仅是赋值表达式的值需要交给
下一个表达式去计算下一个表达式的值而已。

    怎么样？感觉到任督二脉通了吗？C语言的表达式具有众多知识点：变量类型、操作
符、优先级、结合性、副作用、顺序点等等。但是，如果按照这样的理解，要串起这些知
识点是很容易的事情，让内力顺着经脉流淌，就能一通百通，功力飞涨。这就是一本好的
内功教材需要做的事情。支离破碎的教条式的知识点，只会让初学者头大。只有将知识点
串联起来，以目的为导向，才能清晰说明问题。理解了C的表达式，基本上C的三国之一就
在你掌握之中了（剩下的两个所谓“国家”是类型系统和控制结构）。所谓指针的复杂性
，大多数也是因为表达式这个概念及某些表达式操作含混不清造成的。

    我们总结一下:

        - 表达式存在的目的是为了表达一个值的计算过程。
        - 除了直接依赖，否则值计算的顺序是不可预期的。
        - 除了计算值，表达式还可能会更改程序的状态，这叫“副作用”。
        - 副作用十分自由，可以（有限制地）发生在表达式执行过程中的任何时刻。
        - C只保证副作用一定会发生，却不保证会何时发生。

    一本好的教材就应该这样由上到下去慢慢剥离一个概念，去说透一个东西存在的意义
以及存在的规则，让读者养成按照严谨的思维去思考的习惯。做不到这一点的教材，实在
难称为一本好的教材。而如果作者本人都不知道这些概念，只会用臆想去误导他人的话，
那恐怕连合格的教材都难以胜任了。

mirnshi

starwing83 发表于 2012-05-29 21:20
回复 205# pmerofc

一门普通的计算机语言就是被这么忽悠成高难度的语言了。

starwing83

回复 207# mirnshi


    恩，奸商们是需要严谨滴态度滴~~~:wink:

mirnshi

starwing83 发表于 2012-05-29 21:35
回复 207# mirnshi

所以现在盛行忽悠风，老美忽悠恐怖分子，于是乎天天反恐，越反越恐。
在IT界，所有这一切都来自忽悠。忽悠的目的就是为了消费者兜里的币子。

防病毒是越防越多，不装防病毒，真的会非常危险吗？装了防病毒就高枕无忧？
机器是越来越闲置，低配置的机器，真的不能干活吗？高配置机器干起活来，真的省时省力？
教程书是越来越多，不读教程书，就不能写好程序？看了有个脑袋就写出来的书，就真的可以写出很好的程序？