基礎(chǔ)復(fù)習(xí)：表達(dá)式、語句和代碼塊

表達(dá)式

表達(dá)式和語句是 C 語言中的基礎(chǔ)概念。什么是表達(dá)式呢？表達(dá)式就是由一系列操作符和操作數(shù)構(gòu)成的式子。操作符可以是 C 語言標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各種算術(shù)運算符、邏輯運算符、賦值運算符、比較運算符等。操作數(shù)可以是一個常量，也可以是一個變量。表達(dá)式也可以沒有操作符，單獨的一個常量甚至是一個字符串，也是一個表達(dá)式。下面的字符序列都是表達(dá)式：

• 2 + 3
• 2
• i = 2 + 3
• i = i++ + 3
• "wit"

表達(dá)式一般用來數(shù)據(jù)計算或?qū)崿F(xiàn)某種功能的算法。表達(dá)式有2個基本屬性：值和類型。如上面的表達(dá)式2+3，它的值為5。根據(jù)操作符的不同，表達(dá)式可以分為多種類型，如：

• 關(guān)系表達(dá)式
• 邏輯表達(dá)式
• 條件表達(dá)式
• 賦值表達(dá)式
• 算術(shù)表達(dá)式
• ……

語句

語句是構(gòu)成程序的基本單元，一般形式如下：

复制表達(dá)式 ;
i = 2 + 3 ;

表達(dá)式的后面加一個; 就構(gòu)成了一條基本的語句。編譯器在編譯程序、解析程序時，不是根據(jù)物理行，而是根據(jù)分號 ; 來判斷一條語句的結(jié)束標(biāo)記的。如 i = 2 + 3; 這條語句，你寫成下面的形式也是可以編譯通過的：

复制i =
2 + 
3
;

代碼塊

不同的語句，使用大括號{}括起來，就構(gòu)成了一個代碼塊。C 語言允許在代碼塊里定義一個變量，這個變量的作用域也僅限于這個代碼塊內(nèi)，因為編譯器就是根據(jù){}來做入棧出棧操作來管理變量的作用域的。如下面的程序：

复制int main(void)
{
    int i = 3;
    printf("i=%d
",i);
    {
        int i = 4;
        printf("i=%d
",i);
    }
    printf("i=%d
",i);
    return 0;
}
運行結(jié)果為：
i=3i=4i=3

語句表達(dá)式

語句表達(dá)式的定義

GNU C 對 C 標(biāo)準(zhǔn)作了擴(kuò)展，允許在一個表達(dá)式里內(nèi)嵌語句，允許在表達(dá)式內(nèi)部使用局部變量、for 循環(huán)和 goto 跳轉(zhuǎn)語句。這樣的表達(dá)式，我們稱之為語句表達(dá)式。語句表達(dá)式的格式如下：

复制({ 表達(dá)式1; 表達(dá)式2; 表達(dá)式3; })

語句表達(dá)式最外面使用小括號()括起來，里面一對大括號{}包起來的是代碼塊，代碼塊里允許內(nèi)嵌各種語句。語句的格式可以是 “表達(dá)式;”這種一般格式的語句，也可以是循環(huán)、跳轉(zhuǎn)等語句。

跟一般表達(dá)式一樣，語句表達(dá)式也有自己的值。語句表達(dá)式的值為內(nèi)嵌語句中最后一個表達(dá)式的值。我們舉個例子，使用語句表達(dá)式求值。

复制int main(void)
{
  int sum = 0;
  sum =
  ({
    int s = 0;
    for( int i = 0; i < 10; i++)
      s = s + i;
      s;
  });
  printf("sum = %d
",sum);
  return 0;
}

在上面的程序中，通過語句表達(dá)式實現(xiàn)了從1到10的累加求和，因為語句表達(dá)式的值等于最后一個表達(dá)式的值，所以在 for 循環(huán)的后面，我們要添加一個 s; 語句表示整個語句表達(dá)式的值。如果不加這一句，你會發(fā)現(xiàn) sum=0。或者你將這一行語句改為100; 你會發(fā)現(xiàn)最后 sum 的值就變成了100，這是因為語句表達(dá)式的值總等于最后一個表達(dá)式的值。

語句表達(dá)式內(nèi)使用 goto 跳轉(zhuǎn)

在上面的程序中，我們在語句表達(dá)式內(nèi)定義了局部變量，使用了 for 循環(huán)語句。在語句表達(dá)式內(nèi)，我們同樣也可以使用 goto 進(jìn)行跳轉(zhuǎn)。

复制int main(void)
{
  int sum = 0;
  sum = ({
    int s = 0;     
    for( int i = 0; i < 10; i++)
       s = s + i;        
       goto here;
       s;  
    });
  printf("sum = %d
",sum);
  here:
    printf("here:
");
    printf("sum = %d
",sum);
  return 0;
}

在宏定義中使用語句表達(dá)式

語句表達(dá)式的亮點在于定義復(fù)雜功能的宏。使用語句表達(dá)式來定義宏，不僅可以實現(xiàn)復(fù)雜的功能，而且還能避免宏定義帶來的歧義和漏洞。下面就以一個宏定義例子，讓我們來見識見識語句表達(dá)式在宏定義中的強(qiáng)悍殺傷力！

假如你此刻正在面試，面試職位是：Linux C 語言開發(fā)工程師。面試官給你出了一道題：

請定義一個宏，求兩個數(shù)的最大值。

別看這么簡單的一個考題，面試官就能根據(jù)你寫出的宏，來判斷你的 C 語言功底，來決定給不給你 Offer。

合格

對于學(xué)過 C 語言的同學(xué)，寫出這個宏基本上不是什么難事，使用條件運算符就能完成：

复制#define  MAX(x,y)  x > y ? x : y

這是最基本的 C 語言語法，如果連這個也寫不出來，估計場面會比較尷尬。面試官為了緩解尷尬，一般會對你說：小伙子，你很棒，回去等消息吧，有消息，我們會通知你！這時候，你應(yīng)該明白：不用再等了，趕緊把這篇文章看完，接著面下家。這個宏能寫出來，也不要覺得你很牛 X，因為這只能說明你有了 C 語言的基礎(chǔ)，但還有很大的進(jìn)步空間。比如，我們寫一個程序，驗證一下我們定義的宏是否正確：

复制#define MAX(x,y) x > y ? x : y
int main(void)
{
  printf("max=%d",MAX(1,2));
  printf("max=%d",MAX(2,1));
  printf("max=%d",MAX(2,2));
  printf("max=%d",MAX(1!=1,1!=2));
  return 0;
}

測試程序嗎，我們肯定要把各種可能出現(xiàn)的情況都測一遍。這不，測試第4行語句，當(dāng)宏的參數(shù)是一個表達(dá)式，發(fā)現(xiàn)實際運行結(jié)果為 max=0，跟我們預(yù)期結(jié)果 max=1 不一樣。這是因為，宏展開后，就變成了這個樣子：

复制printf("max=%d",1!=1>1!=2?1!=1:1!=2);

因為比較運算符 > 的優(yōu)先級為6，大于 !=（優(yōu)先級為7），所以展開的表達(dá)式，運算順序發(fā)生了改變，結(jié)果就跟我們的預(yù)期不一樣了。為了避免這種展開錯誤，我們可以給宏的參數(shù)加一個小括號()來防止展開后，表達(dá)式的運算順序發(fā)生變化。這樣的宏才能算一個合格的宏：

复制#define MAX(x,y) (x) > (y) ? (x) : (y)

中等

上面的宏，只能算合格，但還是存在漏洞。比如，我們使用下面的代碼測試：

复制#define MAX(x,y) (x) > (y) ? (x) : (y)
int main(void)
{
  printf("max=%d",3 + MAX(1,2));
  return 0;
}

在程序中，我們打印表達(dá)式 3 + MAX(1, 2) 的值，預(yù)期結(jié)果應(yīng)該是5，但實際運行結(jié)果卻是1。我們展開后，發(fā)現(xiàn)同樣有問題：

复制3 + (1) > (2) ? (1) : (2);

因為運算符 + 的優(yōu)先級大于比較運算符 >，所以這個表達(dá)式就變?yōu)?>2?1:2，最后結(jié)果為1也就見怪不怪了。此時我們應(yīng)該繼續(xù)修改這個宏：

复制#define MAX(x,y) ((x) > (y) ? (x) : (y))

使用小括號將宏定義包起來，這樣就避免了當(dāng)一個表達(dá)式同時含有宏定義和其它高優(yōu)先級運算符時，破壞整個表達(dá)式的運算順序。如果你能寫到這一步，說明你比前面那個面試合格的同學(xué)強(qiáng)，前面那個同學(xué)已經(jīng)回去等消息了，我們接著面試下一輪。

良好

上面的宏，雖然解決了運算符優(yōu)先級帶來的問題，但是仍存在一定的漏洞。比如，我們使用下面的測試程序來測試我們定義的宏：

复制#define MAX(x,y) ((x) > (y) ? (x) : (y))
int main(void)
{    
  int i = 2;
  int j = 6;
  printf("max=%d",  MAX(i++,j++));
  return 0;
}

在程序中，我們定義兩個變量 i 和 j，然后比較兩個變量的大小，并作自增運算。實際運行結(jié)果發(fā)現(xiàn) max = 7，而不是預(yù)期結(jié)果 max = 6。這是因為變量 i 和 j 在宏展開后，做了兩次自增運算，導(dǎo)致打印出 i 的值為7。

遇到這種情況，那該怎么辦呢？ 這時候，語句表達(dá)式就該上場了。我們可以使用語句表達(dá)式來定義這個宏，在語句表達(dá)式中定義兩個臨時變量，分別來暫儲 i 和 j 的值，然后進(jìn)行比較，這樣就避免了兩次自增、自減問題。

复制#define MAX(x,y)({  
    int _x = x;       int _y = y;       _x > _y ? _x : _y; })
int main(void)
{
    int i = 2;
    int j = 6;
    printf("max=%d",    MAX(i++,j++));  
    return 0;
}

在語句表達(dá)式中，我們定義了2個局部變量 复制_x、复制_y 來存儲宏參數(shù) x 和 y 的值，然后使用 _x 和 _y 來比較大小，這樣就避免了 i 和 j 帶來的2次自增運算問題。

你能堅持到了這一關(guān)，并寫出這樣自帶 BGM 的宏，面試官心里可能已經(jīng)有了給你 Offer 的意愿了。但此時此刻，千萬不要驕傲！為了徹底打消面試官的心理顧慮，我們需要對這個宏繼續(xù)優(yōu)化。

優(yōu)秀

在上面這個宏中，我們定義的兩個臨時變量數(shù)據(jù)類型是 int 型，只能比較兩個整型的數(shù)據(jù)。那對于其它類型的數(shù)據(jù)，就需要重新再定義一個宏了，這樣太麻煩了！我們可以基于上面的宏繼續(xù)修改，讓它可以支持任意類型的數(shù)據(jù)比較大小：

复制#define MAX(type,x,y)({  
    type _x = x;      type _y = y;      _x > _y ? _x : _y; })

int main(void)
{
    int i = 2;
    int j = 6;
    printf("max=%d
",    MAX(int,i++,j++));
    printf("max=%f
",    MAX(float,3.14,3.15));
    return 0;
}

在這個宏中，我們添加一個參數(shù)：type，用來指定臨時變量 _x 和 _y 的類型。這樣，我們在比較兩個數(shù)的大小時，只要將2個數(shù)據(jù)的類型作為參數(shù)傳給宏，就可以比較任意類型的數(shù)據(jù)了。如果你能在面試中，寫出這樣的宏，面試官肯定會非常高興，他一般會跟你說：稍等，待會 HR 會跟你談待遇問題。恭喜你，你拿到 Offer 了！

語句表達(dá)式在 Linux 內(nèi)核中的使用

語句表達(dá)式，作為 GNU C 對 C 標(biāo)準(zhǔn)的一個擴(kuò)展，在內(nèi)核中，尤其是在內(nèi)核的宏定義中，被大量的使用。使用語句表達(dá)式定義宏，不僅可以實現(xiàn)復(fù)雜的功能，還可以避免宏定義帶來的一些歧義和漏洞。比如在 Linux 內(nèi)核中，复制max_t 和 复制min_t 的宏定義，就使用了語句表達(dá)式：

复制#define min_t(type, x, y) ({
    type __min1 = (x); 
    type __min2 = (y); 
    __min1 < __min2 ? __min1 : __min2; })
#define max_t(type, x, y) ({ 
    type __max1 = (x); 
    type __max2 = (y); 
    __max1 > __max2 ? __max1 : __max2; })

除此之外，在 Linux 內(nèi)核、GNU 開源軟件中，你會發(fā)現(xiàn)，還有大量的宏定義使用了語句表達(dá)式。通過本節(jié)教程的學(xué)習(xí)，相信大家以后再碰到這種使用語句表達(dá)式定義的宏，肯定就知道是怎么回事了，心中有丘壑，再也不用慌。

備注

本教程是《C語言嵌入式Linux高級編程》第5期：Linux內(nèi)核中的GNU C語法擴(kuò)展，文本預(yù)覽版，如果想系統(tǒng)學(xué)習(xí)Linux內(nèi)核中的各種GNU C擴(kuò)展及使用技巧，可百度搜索：“王利濤”，到51CTO學(xué)院或CSDN學(xué)院點擊相關(guān)課程即可開始系統(tǒng)學(xué)習(xí)。

如果您手頭暫時沒有 Linux 學(xué)習(xí)環(huán)境，也可以在 Windows 環(huán)境下安裝 C-Free 學(xué)習(xí)。教程中的 C 語言示例程序在 C-Free 環(huán)境下面也能編譯通過。當(dāng)然在這里，還是建議您使用虛擬機(jī)安裝一個 Linux 學(xué)習(xí)環(huán)境，一個良好的環(huán)境更有利于我們的學(xué)習(xí)，在安裝過程有什么疑惑，可以通過郵件（3284757626@qq.com）聯(lián)系，也可以加入QQ群（475504428），參與技術(shù)討論。

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