for() 如何在 c 内部工作？

Question

我注意到如果你传递一个局部变量，它可以改变它的值，即使你没有通过地址传递它。

我有两个问题：for() 是 function 还是宏？ 我想看看它是怎么写的。

如果没有地址，它如何改变价值？

int main()
{
    int i = 0;
    for(; i < 5; i++);
    /* i is 5 now. How? */
    return 0;
}

Answer 1

你混淆了两件事，“如何for ”（这不是你的实际问题）和变量 scope （这是）。

考虑：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int i = 0;

    printf( "Address of i outside the loop: %p\n", &i );

    for ( int i = 0; i < 5; ++i ) // this "shadows" i
    {
        printf( "Address of i inside the loop: %p\n", &i );
    }
}

您会看到循环内的i位于不同的地址。 这里有两个名为i的变量，在for循环内部，程序开头声明的变量是不可见的。

这for作品的方式无关； 这里是一样的：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int i = 0;

    printf( "Address of i outside the block: %p\n", &i );

    {
        int i = 0; // this "shadows" i
        printf( "Address of i inside the block: %p\n", &i );
    }
}

您正在查看一个“阴影”变量：在for循环/代码块内部， i表示除外部之外的其他内容。

如果你这样写：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int i = 0;

    printf( "Address of i outside the loop: %p\n", &i );

    for ( i = 0; i < 5; ++i ) // does NOT "shadow" i
    {
        printf( "Address of i inside the loop: %p\n", &i );
    }
}

...您没有重新声明i -- for语句中没有int ，因此只有一个声明，并且程序中只有一个名为i的变量。

for不是 function 或宏，而是语言的关键字。 没有方便的代码可以向您展示它的内部工作原理，因为它所做的将分散在各个编译阶段（词法分析、解析、代码生成）。 但正如我上面所展示的，让您感到困惑的一开始与for无关，而是与变量 scope 有关。我希望示例片段可以帮助您更好地理解问题。

Answer 2

我注意到如果你传递一个局部变量，它可以改变它的值

那是因为如果我们不能改变局部变量的值，就不可能编写功能程序。

for() 是 function 还是宏？

两者都不是，它是一种迭代语句，是该语言的核心构建块之一。

我想看看它是怎么写的。

由于上述原因，这没有任何意义。 for循环可以生成各种机器代码，包括编译器执行完整的循环展开和/或完全删除循环。 例如，如果我在程序底部添加一个printf("%d\n", i) ，则在 x86 上编译时的整个循环将替换为mov esi, 5 = 将值 5 移动到寄存器中（然后打印它). 不需要循环。

根据 C 标准，循环不作为书面代码存在，而是作为编译器以某种方式处理的词法元素存在。

如果没有地址，它如何改变价值？

这与循环本身无关，而是与i++表达式无关，它保证“按照分配”更新变量，类似于i=i+1 。 不需要地址，直接写入变量。

Answer 3

您必须了解变量scope的概念。 Scope 将一个标识符与 object 相关联。用不那么花哨的话来说：一个带有一些 memory 的名称。

在这段代码中：

int main(void) {
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
      ...
    }
    return 0;
}

i的 scope 是for块的块（在第二个{之后）。 这有点不寻常，因为标识符的 scope 通常在其在块内的声明之后开始，并在封闭的}处结束。

在这段代码中：

int main(void) {
    int i = 0;
    for (;i < 5; ++i) {
    }
    return 0;
}

i有主块 function 的块 scope（第一个{ ）。

然后是在不同的嵌套块中使用相同标识符的情况（在 C 行话中，这称为shadowing ）：

int main(void) {
    int i = 0;                    /* This i is in main's block scope. */
    for (int i = 0;i < 5; ++i) {  /* This i shadows main's i. */
       frob(i);                   /* Uses i of the inner scope. */
    }
    /* Here i is from main's scope again. */
    return 0;
}

Answer 4

从您对问题的评论来看，真正的问题似乎是您不了解变量 scope 和阴影是什么。 所以这是一个简短的演示程序：

#include <stdio.h>

int main( void )
{
    int i = 1000;

    printf( "Test 1: i now has the value: %d\n", i );

    for ( int i = 0; i < 5; i++ )
    {
        printf( "Test 2: i now has the value: %d\n", i );
    }

    printf( "Test 3: i now has the value: %d\n", i );
}

该程序具有以下 output：

Test 1: i now has the value: 1000
Test 2: i now has the value: 0
Test 2: i now has the value: 1
Test 2: i now has the value: 2
Test 2: i now has the value: 3
Test 2: i now has the value: 4
Test 3: i now has the value: 1000

在这个程序中，我声明了两个不同的int变量，它们都具有相同的名称i 。 第二个变量仅存在于循环内，当我在循环内使用标识符i时，它指的是第二个变量。 这意味着第二个变量i隐藏第一个变量，只要它存在。 一旦退出循环，第二个变量就不复存在，因此它不再影响第一个变量。 这就是为什么“测试 3”再次打印第一个变量的值，即1000 。

for() 是 function 还是宏？

它既不是 function 也不是宏。 它是一个关键字，这意味着它对编译器有特殊的意义。 因此，它也没有自己的源代码。

Answer 5

您的循环等效于：

int main(void)
{
    int i = 0;

    loop:

    if(!(i < 5)) goto loop_exit;
    i++;
    goto loop;

    loop_exit:

    printf("%d\n", i);
}

Answer 6

for() 是 function 还是宏？

两者都不是——这是一个声明。 语法如下：

for ( expr1 opt ; expr2 opt ; expr3 opt ) statement

不要让括号误以为它是 function 或宏，它们只是用来将控制表达式与循环体分开。

它是这样工作的：

• expr1 ，如果存在，被评估一次——它通常初始化expr2正在测试的任何条件；

• expr2如果存在，则在每次循环迭代之前进行评估 - 如果为真，则执行语句（循环体），否则我们退出循环；

• expr3 （如果存在）在每次循环迭代后进行评估 - 它通常会更新expr2正在测试的任何条件。

让我们通过一个例子来看看它是如何工作的；

int i = 0;
for ( i = 0; i < 10; i++ )
  printf( "i = %d\n", i );

1. 将i设置为0
2. 评估i < 10 ； 如果为假，则转到 6
3. 执行printf语句
4. 增量i
5. 转到 2
6. 退出循环

现在，如果你把它写成

int i = 0;
for ( int i = 0; i < 10; i++ )
  printf( "i = %d\n", i );

这将创建一个名为i的新object ，它“隐藏” i在循环之前声明的变量。 这个新的 object i是循环体的局部变量，对它的任何更改都不会影响在循环外声明的变量i 。

每个控制表达式都是可选的 - 您可以将循环编写为

for ( ;; )
  do_something();

这将“永远”循环 - 在这种情况下expr2被假定为true 。

Answer 7

正如 John Bode 在他的回答中所说，这是一个声明，但您可以将其视为执行此操作的宏：

#define for(A;B;C){STUFF} A; while(B){STUFF C;}

因为这：

for(int i = 0; i < 10; i++){puts("howareyou");}

与此相同：

int i = 0;
while (i < 10){
    puts("howareyou");
}

这与此相同：

int i = 0;
loopstart:

puts("howareyou");

if(i < 10) goto loopstart;

TLDR：for 循环是 while 循环的快捷方式，while 循环是“goto 循环”的快捷方式。 Switch-case 语句和函数在某种程度上也只是 goto 语句的快捷方式。

Answer 8

考虑一下：

int main() {
    int i = 1;  // function scope
    int j = 5;
    printf( "i = %d j = %d\n", i, j );

    {   // Begin local scope
        int i = 3; // local scope within "{}"
        printf( "i = %d j = %d\n", i, j );
        // There is no legitimate way to access the 'other' i in this scope.
        // The 'function scope' i stands in the shadows...

    }   // end local scope

    printf( "i = %d j = %d\n", i, j ); // function scope

    return 0;
}

i = 1 j = 5
i = 3 j = 5 // j is not being "shadowed"
i = 1 j = 5