案件

最近在看一個項目的時候，遇到了一段代碼，去處掉一些不相關的東西以后，剩下的大概就是這些了吧。

#include <stdio.h>
int array[] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7};
#define LEN (sizeof(array) / sizeof(array[0]))

int main(void)
{
    int i, sum = 0;
    
    for(i = -1; i < LEN - 1; i++)
        sum += array[i+1];
    printf("%d\n", sum);
    
    return 0;
}

執行效果是這個樣子的：

hdd@hdd:~/cprogram(master)$ ./a.out
0

這個執行結果相當詭異，雖然循環的初始變量是-1，但是下面取數組元素的時候，也把i加上了1啊，理論上不會是這個結果啊。

調查

任何詭異的事情必然就有原因，不能錯過這樣一個毀三觀的機會。

鎖定問題

N久沒動手寫過C語言，但是從-1開始賦值這種作死的寫法，還是應該避免，所以我修改了一下循環，成了下面這個樣子。

for(i = 0; i < LEN; i++)
    sum += array[i]

運行結果是：

hdd@hdd:~/cprogram(master)$ ./a.out
28

居然對了！多運行了幾次，結果都是對的，排除了程序其他部分的問題，就鎖定在循環體本身或者是累加變量出錯了。于是用gdb將斷點打在了

sum += array[i+1]

希望能夠觀察到運行過程中，局部變量sum的值的變化。

但是斷點設置好了以后，執行運行，直接就執行完畢了，這個結果有點讓人意外，但是還是說明了問題所在，這個循環體根本就沒有進去啊！

嘗試解釋

既然現在知道了是循環體沒有進去，那么問題就應該很簡單了，要么就是循環變量初始化錯了，要么就是循環條件出錯了。

首先本著哪里復雜，哪里更有可能出錯的基礎上，懷疑循環條件出錯了，因為這個循環條件里面，主要是牽涉到一個宏展開，而且兩份代碼，一個運行錯誤，一個運行正常，其中一個差異就是條件中是否是LEN - 1，于是我懷疑是宏展開的時候產生了歧義，因為宏展開是在預處理階段做的，于是使用gcc -E，看了一下預處理以后的結果，省略去無關代碼以后，只看展開后的循環體：

for(i = -1; i < (sizeof(array) / sizeof(array[0])) - 1; i++)
    sum += array[i + 1];

看了一下，好像就是我們想要他表達的意思，當然代碼很多問題是看不出來的，得運行，于是我在代碼中加上了這樣兩行：

int len = (sizeof(array) / sizeof(array[0])) - 1;
printf("%d\n", len);

執行以后，準確的輸出了6，完美的避開了我們的猜想。

那就只剩下最后一個可能性了，有人說的好。排除掉所有的可能性以后，最不可能的就是答案，那問題就出在了循環變量初始化上了，就是i = -1出錯了。

可是問題到這里，我實在想不出有什么問題能讓這句出錯，一句簡單的賦值。

求助

這個時候我求助了 @lyc 同學，事實證明，我問對人了，我給他運行了一下程序，他問了一句，這個LEN的展開結果，是有符號數還是無符號數啊？我恍然大悟，sizeof的返回值是size_t，而size_t從剛剛gcc -E中這句可以看出類型：

typedef long unsigned int size_t;

是一個無符號整數。

結論

這樣子，問題就清晰了，因為sizeof返回的是無符號數，所以LEN是一個無符號數，當無符號數和-1做<操作的時候，根據類型轉換規則，會將-1轉換成對應的無符號數，因為機器碼中-1最高位是1，當按照無符號數解釋的時候，就相當大了，所以<返回False，循環體不會執行

刨根

本著死磕到底的決心，我決定弄明白c語言的類型轉換規則，于是參考了《一站式學習C編程》中的這部分內容

數據類型系統

首先為了弄明白這個問題，得弄明白的另外一個問題是C語言中的基本數據類型，首先申明，由于不同體系結構之間的差異，這里默認講的是x86/Linux/gcc。

整型

在C語言中char型占了一個字節的存儲空間，一個字節通常是8個bit，如果按照無符號數來解釋，就是0~255， 如果按照有符號來解釋，就是-128~127。C語言規定了signed和unsigned兩個關鍵字來表示是否是無符號數。

那么常用的char是無符號還是有符號呢？在C標準中規定是Implementation Defined，設么意思呢，就是編譯器在實現的時候，可以按照是無符號，也可以按照是有符號，在不同平臺上，那種效率高，就采用哪種實現，但是具體的實現方式，需要在文檔中明確寫出。這里面提到的Implementation Define還有Unspecifiled、Undefined這三種的區別，后續會用一篇文章來講，這里僅僅是提到一下。

除了char以外，整型還包括short int、int、long int、long long int等，每種都可以加上signed和unsigned修飾。

浮點數

C標準中規定的浮點型有float、double、long double

類型轉換

簡單的講完了類型以后，就可以講一下類型轉換規則了。

Interger Promotion

這條轉換規則規定：

• 在一個表達式中，凡是可以使用int和unsigned int作為右值的，也都可以使用有符號和無符號的char型、short型和Bit-filed。
• 如果原始類型的取值范圍都能用int型表示，則類型被提升為int，如果表示不了，則提升為unsigned int

主要適用于以下情況：

• 如果函數的形參類型未知，比如Old Style C的函數聲明，或者參數列表中有...
• 算數運算中的類型轉換。有符號和無符號的char、short和Bit-filed做算數運算的時候

Usual Arithmetic Conversion

這條規則規定，連個算數類型的操作數做算數運算，如果兩邊操作數的類型不同，編譯器自動做類型轉換，是的兩邊類型相同之后，再繼續運算。轉換規則如下：

• 如果一邊的類型是long double，則把另外一邊也轉換成long double
• 否則，如果一邊的類型是double，則把另外一邊也轉成double
• 否則，如果有一邊是float，則把另外一邊也轉換成float
• 否則，兩邊都是整數的話，按照Integer Promotion做類型轉換

如果類型還是不相同，則需要繼續轉換，我們規定char、short、int、long、long long的轉換級別一個比一個高，相同類型的unsigned和signed具有相同rank，則繼續轉換規則如下：

• 如果兩邊都是有符號的，或者都是無符號的，那么腳底rank轉換成較高rank
• 否則，如果一邊是無符號，一邊有符號，且無符號的rank不低于有符號的rank，則把有符號轉換成無符號類型
• 否則，一邊有符號，一邊無符號，且無符號的rank低于有符號rank。如果有符號類型可以覆蓋這個無符號數的取值，則把無符號數轉換成有符號數的類型
• 否則，則把兩邊都轉成有符號數的rank對應的無符號類型

賦值操作

除了算數運算，在賦值或者初始化時，等號兩邊的類型不相同，則編譯器會把等號右邊的類型，轉換成等號左邊的類型，再賦值。

這個規則比較簡單，但是這里面有兩個很容易被忽略的情況。函數調用傳參的過程，相當于定義形參，并且用實參對形參初始化，函數的返回過程，相當于定義一個臨時變量，并且用return的表達式對其初始化，所以上述規則也適用于這兩種情況。

強制類型轉換

除了上面講到三種稱為隱式轉換規則，我們自己也可以通過類型轉換運算符，規定某個表達式的類型

以上，洋洋灑灑的把類型轉換的基本規則差不多寫完了，但是給人的感覺就是復雜的令人發指。越是復雜的東西，就越是很難憑借記憶去掌握，所以上面的轉換規則我覺得干脆不需要掌握，只是讓自己知道，類型之間的混用會很麻煩很容易引發我們開篇講到的bug，所以需要的是盡量避免，并且在程序出錯的時候能夠想起來從這上面找到原因，就OK了。

好了，就先扯這么多了，最后感謝宋勁彬先生的《一站式學習C編程》以及 @雨痕 老師的推薦