C qsort中此代碼的含義是什么？

Question

void qsort (void *a, size_t n, size_t es, int (*compare)(const void *, const void *)

其中a是數組地址的開始，n是sizeof數組，es是sizeof數組元素。

我閱讀了用C語言無法理解的qsort的源代碼。 代碼如下。

#define SWAPINT(a,es) swaptype = ((char*)a- (char*)0 % sizeof(long) || \
        es % sizeof(long) ? 2: es == sizeof(long)? 0 : 1

我通過解釋這個宏

if(((char*)a- (char*)0)% sizeof(long))==1 || es % sizeof(long)==1)
     swaptype = 2;
else if(es== sizeof(long))
     swaptype = 0;
else
     swaptype = 1;

但是我不明白為什么要執行類型轉換（char *）a。

這條線是什么意思？

(char*)a- (char*)0)% sizeof(long)==1

Answer 1

無論在哪里找到該代碼，都可能會錯誤地復制它。 我在Canu的libutil找到了一些非常相似的代碼：

c.swaptype = ((char *)a - (char *)0) % sizeof(long) || \
  es % sizeof(long) ? 2 : es == sizeof(long)? 0 : 1;

該代碼可能是從FreeBSD的libc中非法復制的（因為違反了版權許可的條款）：

//__FBSDID("$FreeBSD: src/lib/libc/stdlib/qsort.c,v 1.12 2002/09/10 02:04:49 wollman Exp $");

因此，我猜您是從* BSD libc實現中獲得的。 實際上，FreeBSD的quicksort實現包含SWAPINIT宏 （不是SWAPINT ）：

#define SWAPINIT(TYPE, a, es) swaptype_ ## TYPE =       \
        ((char *)a - (char *)0) % sizeof(TYPE) ||       \
        es % sizeof(TYPE) ? 2 : es == sizeof(TYPE) ? 0 : 1;

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解析后，您應該發現上面的代碼與

condition_one   = ((char *)a - (char *)0) % sizeof(long);
condition_two   = es %  sizeof(long);
condition_three = es == sizeof(long);
c.swaptype = (condition_one || condition_two) ? 2 : condition_three ? 0 : 1;

需要注意的是condition_two ，作為條件， 是不一樣的es % sizeof(long) == 1 ，而是es % sizeof(long) != 0 。 除此之外，您的翻譯是正確的。

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這些條件的意圖似乎如下：

• 當a不long對齊時， condition_one為true 。
• 當es不是long的倍數時， condition_two為true 。
• 當es完全long時， condition_three為true 。

結果是，

• swaptype == 2是當您沒有足夠的元素保證交換聰明時，
• swaptype == 1適用於具有沿long邊界對齊的元素的數組（注意：但不一定與 long 對齊 ！），以及
• swaptype == 0用於與前面的描述匹配的數組，這些數組也具有long尺寸的元素。

在這種情況下，存在顯式類型轉換，因為a類型為void* ， 其類型算術未定義 。 但是，還要注意， ((char *)a - (char *)0)也未定義：

當減去兩個指針時，兩個指針都將指向同一數組對象的元素，或者指向數組對象的最后一個元素之后的元素； 結果是兩個數組元素的下標不同。

（C11 N1570草案第6.5.6節第93和94頁的第9條）

它在C11中沒有明確說明，但是空指針與a指向的對象不在同一數組中，因此違反了指針算術的基本規則，因此行為未定義。

Answer 2

宏正嘗試使用C語言移植檢查對齊方式，而C語言實際上並不允許進行這種測試。 因此，我們從指針中減去空指針以獲得一個整數，然后取一個long型的模數。 如果結果為零，則數據是長對齊的，我們可以訪問long。 如果不是，我們可以嘗試其他方案。

Answer 3

正如評論所說，因為它涉及到計算你目前的宏定義不擴展到有效的C代碼(char*)0 % sizeof(long) ，其中的左手操作數%有鍵入char * 。 那不是整數類型，但是%兩個操作數都必須具有整數類型。

此外，宏的擴展具有不平衡的括號。 這並不是天生的錯誤，但是使用該宏非常棘手。 此外，即使在運算符優先級產生明智結果的情況下，使用括號和額外的空格也可以幫助人工解釋代碼，而不會影響執行速度，並且可以節省很少的額外編譯成本。

因此，我認為所需的宏將更像這樣：

#define SWAPINT(a,es) swaptype = (                                  \
    ((((char*)a - (char*)0) % sizeof(long)) || (es % sizeof(long))) \
        ? 2                                                         \
        : ((es == sizeof(long)) ? 0 : 1))                           \
)

我會考慮寫倒數第二行為

        : (es != sizeof(long))

降低表達的復雜性，但以其可理解性為代價。 無論如何，目的似乎是將swaptype設置為：

• 2 ，如果a 沒有一個對齊n字節邊界，其中n是字節的數量long ，或者如果es不是的大小的整數倍long ; 除此以外
• 1如果es不等於long的大小； 除此以外
• 0

這與您的解釋類似但不完全相同。 但是請注意，由於(char*)a - (char*)0 ，即使該代碼也具有未定義的行為。 僅當兩個指針都指向同一對象或剛好超過同一對象的末尾，並且(char *)0並不指向任何對象的末尾或剛剛超過該對象的末尾時，評估這種差異才定義了行為。

您具體問過：

但是我不明白為什么要執行類型轉換（char *）a。

之所以執行此操作，是因為指針算術是根據指向的類型定義的，因此（1），一致的程序無法使用void *進行算術，並且（2）代碼希望減法的結果相同單位是sizeof運算符的結果（字節）。

這條線是什么意思？

 (char*)a- (char*)0)% sizeof(long)==1 

該行不會出現在您顯示的宏中，並且由於括號不平衡，因此它不是完整的表達式。 似乎正在嘗試確定a點是否超出n字節邊界，其中n如上所定義，但同樣，評估指針差異具有不確定的行為。 還要注意，對於整數x ，在布爾上下文中評估的x % sizeof(long) == 1與在相同上下文中評估的x % sizeof(long)具有不同的含義。 在您描述的上下文中，后者更有意義。