for() 如何在 c 內部工作？

Question

我注意到如果你傳遞一個局部變量，它可以改變它的值，即使你沒有通過地址傳遞它。

我有兩個問題：for() 是 function 還是宏？ 我想看看它是怎么寫的。

如果沒有地址，它如何改變價值？

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

Answer 1

你混淆了兩件事，“如何for ”（這不是你的實際問題）和變量 scope （這是）。

考慮：

#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 );
    }
}

您會看到循環內的i位於不同的地址。 這里有兩個名為i的變量，在for循環內部，程序開頭聲明的變量是不可見的。

這for作品的方式無關； 這里是一樣的：

#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 );
    }
}

您正在查看一個“陰影”變量：在for循環/代碼塊內部， i表示除外部之外的其他內容。

如果你這樣寫：

#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 );
    }
}

...您沒有重新聲明i -- for語句中沒有int ，因此只有一個聲明，並且程序中只有一個名為i的變量。

for不是 function 或宏，而是語言的關鍵字。 沒有方便的代碼可以向您展示它的內部工作原理，因為它所做的將分散在各個編譯階段（詞法分析、解析、代碼生成）。 但正如我上面所展示的，讓您感到困惑的一開始與for無關，而是與變量 scope 有關。我希望示例片段可以幫助您更好地理解問題。

Answer 2

我注意到如果你傳遞一個局部變量，它可以改變它的值

那是因為如果我們不能改變局部變量的值，就不可能編寫功能程序。

for() 是 function 還是宏？

兩者都不是，它是一種迭代語句，是該語言的核心構建塊之一。

我想看看它是怎么寫的。

由於上述原因，這沒有任何意義。 for循環可以生成各種機器代碼，包括編譯器執行完整的循環展開和/或完全刪除循環。 例如，如果我在程序底部添加一個printf("%d\n", i) ，則在 x86 上編譯時的整個循環將替換為mov esi, 5 = 將值 5 移動到寄存器中（然后打印它). 不需要循環。

根據 C 標准，循環不作為書面代碼存在，而是作為編譯器以某種方式處理的詞法元素存在。

如果沒有地址，它如何改變價值？

這與循環本身無關，而是與i++表達式無關，它保證“按照分配”更新變量，類似於i=i+1 。 不需要地址，直接寫入變量。

Answer 3

您必須了解變量scope的概念。 Scope 將一個標識符與 object 相關聯。用不那么花哨的話來說：一個帶有一些 memory 的名稱。

在這段代碼中：

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

i的 scope 是for塊的塊（在第二個{之后）。 這有點不尋常，因為標識符的 scope 通常在其在塊內的聲明之后開始，並在封閉的}處結束。

在這段代碼中：

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

i有主塊 function 的塊 scope（第一個{ ）。

然后是在不同的嵌套塊中使用相同標識符的情況（在 C 行話中，這稱為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

從您對問題的評論來看，真正的問題似乎是您不了解變量 scope 和陰影是什么。 所以這是一個簡短的演示程序：

#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 );
}

該程序具有以下 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

在這個程序中，我聲明了兩個不同的int變量，它們都具有相同的名稱i 。 第二個變量僅存在於循環內，當我在循環內使用標識符i時，它指的是第二個變量。 這意味着第二個變量i隱藏第一個變量，只要它存在。 一旦退出循環，第二個變量就不復存在，因此它不再影響第一個變量。 這就是為什么“測試 3”再次打印第一個變量的值，即1000 。

for() 是 function 還是宏？

它既不是 function 也不是宏。 它是一個關鍵字，這意味着它對編譯器有特殊的意義。 因此，它也沒有自己的源代碼。

Answer 5

您的循環等效於：

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 還是宏？

兩者都不是——這是一個聲明。 語法如下：

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

不要讓括號誤以為它是 function 或宏，它們只是用來將控制表達式與循環體分開。

它是這樣工作的：

• expr1 ，如果存在，被評估一次——它通常初始化expr2正在測試的任何條件；

• expr2如果存在，則在每次循環迭代之前進行評估 - 如果為真，則執行語句（循環體），否則我們退出循環；

• expr3 （如果存在）在每次循環迭代后進行評估 - 它通常會更新expr2正在測試的任何條件。

讓我們通過一個例子來看看它是如何工作的；

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

1. 將i設置為0
2. 評估i < 10 ； 如果為假，則轉到 6
3. 執行printf語句
4. 增量i
5. 轉到 2
6. 退出循環

現在，如果你把它寫成

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

這將創建一個名為i的新object ，它“隱藏” i在循環之前聲明的變量。 這個新的 object i是循環體的局部變量，對它的任何更改都不會影響在循環外聲明的變量i 。

每個控制表達式都是可選的 - 您可以將循環編寫為

for ( ;; )
  do_something();

這將“永遠”循環 - 在這種情況下expr2被假定為true 。

Answer 7

正如 John Bode 在他的回答中所說，這是一個聲明，但您可以將其視為執行此操作的宏：

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

因為這：

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

與此相同：

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

這與此相同：

int i = 0;
loopstart:

puts("howareyou");

if(i < 10) goto loopstart;

TLDR：for 循環是 while 循環的快捷方式，while 循環是“goto 循環”的快捷方式。 Switch-case 語句和函數在某種程度上也只是 goto 語句的快捷方式。

Answer 8

考慮一下：

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