正常
阶段 1 课后练习（Homework）
引言
这里的题按章组织，每章两道（基础 + 进阶），最后是两道跨章综合和一道 L5 挑战。每题标注难度档位（L1~L5，见练习总览）和涉及章节。题目都是「变式」——换场景、换推理方向，照抄教材例题抄不出答案；每道题都要真编译真跑，把输出贴下来才算完。
答案在独立的参考答案文件里，按题号对应，每步解答带知识点链接。建议一章做完再看答案。所有代码用 -std=c11 -Wall -Wextra 起步（个别题目会要求别的标准或旗标，题面会写明）。
1.1 程序结构与编译四阶段
1.1-A
难度 L1 · 涉及第 1 章：程序结构与编译四阶段
写一个打印一句话但不写 return 的 main，分别用 -std=c89 -Wall 和 -std=c11 编译运行，记录退出码和编译警告。解释：同一份源码、退出码为什么不一样？这条「main 的特权」是从哪个标准版本开始的？进阶自测：把打印内容改长或改短（比如 "hello\n" 换成 "hi\n"），C89 下退出码会不会跟着变？先预测再验证。
1.1-B
难度 L2 · 涉及第 1 章：程序结构与编译四阶段
把 int global_counter = 5;（注意：是定义）放进头文件，让两个 .c 都 #include 它，链接时会发生什么？贴出真实报错，用 nm 说明两个 .o 里各自有什么。然后修复：头文件改成 extern int global_counter;、定义挪进其中一个 .c，重新链接，贴出修复后 nm 的关键符号（注意字母大小写和 U）。
1.2 整型家族与 sizeof
1.2-A
难度 L1 · 涉及第 2 章：整型家族与 sizeof
写程序打印 char/short/int/long/long long 各占多少字节、int 和 unsigned 的完整取值范围。再回答两问：①为什么 sizeof(char) 永远是 1，而 int 是 4 只是「本机实现」？②判断题：「64 位机器上 long 一定是 8 字节」——对还是错？举出反例模型并说明它会导致什么工程问题。
1.2-B
难度 L2 · 涉及第 2 章：整型家族与 sizeof
用 sizeof 验证 int32_t、int64_t、uint8_t、size_t 各是多少字节。再写一段注释：一个网络协议规定「长度字段是 32 位无符号整数」，你解析时该用 long、int 还是 uint32_t？为什么另外两个是错的（结合 LP64/LLP64 说）？
1.3 整型提升、溢出与回绕
1.3-A
难度 L2 · 涉及第 3 章：整型提升、溢出与回绕、第 4 章：浮点、字符、常量与隐式转换
先动笔预测，再真跑验证：sizeof(c + c)（c 是 char）、sizeof('A')（字符常量！）、sizeof('A' + 1) 各是多少？后两个的结果如果出乎意料，结合「字符常量的类型是 int」解释。
1.3-B
难度 L3 · 涉及第 3 章：整型提升、溢出与回绕
两道实验题。①先预测再真跑：-1 < 1u 和 -1 < sizeof(int) 的真假各是什么？用 -Wsign-compare 编译观察警告，解释「负数怎么在比较里变成了正数」，并给出安全的比较写法。②写一个 unsigned 倒计数循环（从 3 减到「小于等于 0」），但加一道保险：循环体最多执行 8 次就强制退出，观察它打印出的序列，解释这个序列为什么会这样、以及为什么没有保险这个循环就是死循环。
1.4 浮点、字符、常量与隐式转换
1.4-A
难度 L1 · 涉及第 4 章：浮点、字符、常量与隐式转换、第 5 章：运算符基础（向零取整）
两道预测题，都要真跑。①0.7 + 0.1 == 0.8 是真还是假？再用「差的绝对值小于容差」的写法验证正确的比较姿势（需要 <math.h> 的 fabs；数学库在 libm，必要时补 -lm——-l 的规则见阶段 0 第 6 章的库顺序；本机 gcc 16 对 fabs 有内建展开、不链也能过，但带上更稳）。②打印 7 % 2、-7 % 2 的值，解释 C 的整数除法和取余「向零取整」是什么意思。
1.4-B
难度 L2 · 涉及第 4 章：浮点、字符、常量与隐式转换
三道小题，都要真跑。①先预测 010 + 0x10 的值再验证——如果和你直觉不一样，说清那个 0 开头的常量是什么进制。②不查库函数，手写一个把字符串里小写字母转大写的函数（只处理 'a'..'z' 范围，用 "Hello, C-Journey 2026!" 的结果。③预测并验证 double avg = 5 / 2; 和 double avg2 = 5.0 / 2; 的值，解释小数是在哪一步丢掉的、
1.5 运算符基础
1.5-A
难度 L2 · 涉及第 5 章：运算符基础
两道题。①写一个带副作用的函数（比如打印一行并返回 1），验证 0 && 副作用() 和 1 || 副作用() 里副作用各被调用几次，解释短路求值；再说明 if (p != NULL && p->value > 0) 为什么靠短路才安全。②先预测再真跑：int x = 0; int r = (1 || x++); 之后 x 的值是多少？如果预测错了，说明你的误区在哪。
1.5-B
难度 L3 · 涉及第 5 章：运算符基础
写 int i = 1; int j = (i++) + (++i); 这样的「一行里多次修改同一个变量」的代码，用 -Wall 编译，观察警告内容；再把它分别在 -O0 和 -O2 下跑，两个结果一样吗？解释为什么这是 UB（结合序列点的概念），以及工程里该怎么规避。最后给出一个合法的例子：用逗号运算符或拆行写出「先加再赋值」的等价正确写法。
1.6 位运算与移位
1.6-A
难度 L2 · 涉及第 6 章：位运算与移位
自拟一个三标志场景（比如文件的读/写/执行权限，用第 0/1/2 位），完成：定义三个掩码、置位两个、测试全部三个（打印每个标志的开/关）、清掉一个再测试。再用 uint8_t b = 0x3C; 做一次「拆包」：用移位和掩码分别提取它的高 4 位和低 4 位，打印十六进制。把输出全部贴出来。
1.6-B
难度 L3 · 涉及第 6 章：位运算与移位、阶段 0 第 10 章：Sanitizer 门禁
写一个 int shift_left(int n) { return 1 << n; }，用 UBSan（-fsanitize=undefined）分别以 n = 31 和 n = 32 调用，贴出两份报告（一份是「有符号左移溢出」、一份是「移位位数越界」——两个 UB 不一样！）。再写一个「安全版」：调用前检查 n 的范围，范围外的返回一个约定值，让 sanitizer 全绿。
1.7 控制流
1.7-A
难度 L1 · 涉及第 7 章：控制流
写一个循环：i 从 1 到 20，遇到 3 的倍数就 continue，i > 15 就 break，其余累加。先动笔算最终 sum 是多少，再真跑对答案，并说清 break 和 continue 在这一题里各自起了什么作用。
1.7-B
难度 L2 · 涉及第 7 章：控制流
写一个「分数转等级」的 switch（比如 90+ = A、80+ = B……），先故意漏掉一个 break，运行观察贯穿现象并贴输出；然后修好它。再用 -Wimplicit-fallthrough 编译故意贯穿的版本，观察 gcc 怎么提醒你；最后补上 /* fall through */ 注释验证警告消失。
1.8 函数
1.8-A
难度 L1 · 涉及第 8 章：函数
两道题。①写 void swap(int a, int b)，在 main 里调用后打印两个变量——它们交换了吗？解释为什么没有（值传递的副本）。②写递归的 int power(int base, int exp)（幂运算），必须带基线条件，验证 power(2, 10) == 1024；再调用一次 power(2, -1) 看会发生什么（如果没保护），说明基线条件不完善会怎样。
1.8-B
难度 L2 · 涉及第 8 章：函数
写一个函数 next_id(void)：每次调用返回 1001、1002、1003……递增的编号，用 static 局部变量实现，连调三次验证。再加一个对比函数 reset_count(void)（普通局部变量版，每次进去都归零），连调三次——对比两个函数的输出，说清 static 局部变量「只初始化一次」到底是什么意思（它在内存里住在哪、和普通局部变量有什么不同）。
1.9 作用域、存储期与 static
1.9-A
难度 L2 · 涉及第 9 章：作用域、存储期与 static
写一个三层嵌套块的程序：外层 int x = 1;，中层块里 int x = 2;，内层块里 int x = 3;，每层打印自己看到的 x，出块后再打印。贴出输出，说清每个 x 在哪个作用域生效、为什么内层能「藏住」外层。最后补一句：这种同名嵌套为什么是坏习惯、该怎么避免。
1.9-B
难度 L3 · 涉及第 9 章：作用域、存储期与 static、第 1 章
两个翻译单元的实验。a.c 定义 static int hidden = 10; 和 int shared = 20;；b.c 里尝试「引用」hidden 和 shared。①先预测哪个会链接失败，真跑验证并贴报错；②nm a.o 看两个符号的字母，解释大小写的含义；③给出让 b.c 合法使用 shared 的写法（用 extern 声明），验证修改后两个文件看到同一个值。
1.10 数组
1.10-A
难度 L2 · 涉及第 10 章：数组
三道题。①写 void print_arr(int a[10])，在函数内外分别打印 sizeof(a)，解释差别的根源（退化）和 -Wsizeof-array-argument 警告；写出「函数要处理数组，长度必须另传」的正确签名。②真跑验证 1[a] 这种写法能取到值，并解释为什么它合法（下标即指针加法的皮）。③对 int m[3][5] 用 sizeof 套出行数和列数，打印整个矩阵。
1.10-B
难度 L3 · 涉及第 10 章：数组、阶段 0 第 10 章
两道题。①用指定初始化器 {[2] = 9, [4] = 7} 初始化一个 5 元素数组，打印全部元素；再解释「初值列表比数组短，剩下的自动补 0」这条规则为什么让 {0} 能清零整个数组。②写一个栈数组越界写（下标越 1 格），分别用普通构建和 ASan 构建跑，贴出两种「报法」的差别，说清为什么普通构建下它可能「看起来没事」——这正是 UB 最阴险的地方。
1.11 C 字符串与不安全 libc
1.11-A
难度 L2 · 涉及第 11 章：C 字符串与不安全 libc
三道题。①对 char s[] = "hello"; 先预测 strlen(s) 和 sizeof(s) 各是多少，真跑验证，解释差的那个字节是什么。②写两个版本的程序：char* p = "hello"; p[0] = 'H'; 和 char a[] = "hello"; a[0] = 'H';，分别运行，贴出结果（一个 139 退出码），解释同样「改首字符」为什么一个死一个活。③'\0' 和 '0' 各是什么？用 printf("%d") 打印它们的值。
1.11-B
难度 L3 · 涉及第 11 章：C 字符串与不安全 libc
三道题。①用 strncpy(dst, "ABCDEF", 4) 拷贝到 4 字节缓冲，打印四个字节的值——有没有 \0？用 ASan 观察 printf("%s", dst) 会发生什么；写出「拷完手动补 \0」的正确姿势。②snprintf(buf, 6, "Hello, world!") 的返回值是多少？用返回值写出「判断是否被截断」的代码。③fgets 读一行时换行符会不会被存进缓冲？真实验证，并写出「读到就把它替换成 \0」的处理代码。
1.12 基础 IO
1.12-A
难度 L2 · 涉及第 12 章：基础 IO
两道题。①写一段「健壮读整数」的代码：scanf("%d", &n) 的返回值不等于 1 就打印错误并退出码 1，分别用合法输入和 abc 输入测试，贴出两次运行结果。②先预测再真跑：scanf("%d", &n) 之后立刻 scanf("%c", &c)，输入 42 换行再 X——那个 %c 读到的是什么？用「格式串里加一个空格」修好它，再测一次。
1.12-B
难度 L2 · 涉及第 12 章：基础 IO、阶段 0 第 8 章
三道题。①用 %5d、%-5d、%05d、%.2f 打印一张对齐的小表格（三行数据），贴输出并逐条解释宽度/对齐/补零/精度的作用。②写 printf("%d\n", 3.14); 这类类型不匹配的代码，用 -Wall 编译观察 -Wformat= 警告，运行观察垃圾输出——解释为什么编译器在调用点发现不了这种错（变参函数的 ...）。③问答：为什么 printf(user_input) 危险、printf("%s", user_input) 安全？说出攻击者可以在输入里塞什么。
1.13 结构体、联合、枚举与内存对齐
1.13-A
难度 L2 · 涉及第 13 章：结构体、联合、枚举与内存对齐
两道题。①先预测 struct { char c; double z; char d; } 的 sizeof 是多少，真跑并用 offsetof 解剖每个字段的偏移，画出 padding 的位置；再重排字段（double 放最前），验证新的大小，总结「字段排序省内存」的规律。②写一个 int/float 的 union，往里写 0x3F800000，当 float 读出来是多少？（IEEE 754 里这就是 1.0f 的位模式）再验证 &u.i == &u.f。
1.13-B
难度 L3 · 涉及第 13 章：结构体、联合、枚举与内存对齐
三道题。①写一个 tagged union：enum 标签（记「当前存的是 int 还是 double」）+ union + switch 打印函数——这是 C 做「一个变量多种类型」的经典手法。②写一个位域结构（unsigned char 基类型的 a:3, b:5），验证 sizeof == 1；再给它赋一个 3 位装不下的值，贴出 -Woverflow 警告和被截断的结果。③写一个带柔性数组成员（int len; char data[];）的结构，一次 malloc 分配「结构体 + 5 字节尾巴」，填数据、打印、一次 free，贴出 sizeof（注意它不含尾巴）。
1.C 跨章综合与挑战
1.C-1
难度 L3 · 涉及第 13 章、第 12 章、第 10 章、第 4 章
综合题：写一个「学生成绩统计」程序。struct Student { char name[32]; int id; double score; };，用指定初始化器初始化 4 个学生（分数故意带小数），计算并打印：平均分（小心整数除法坑——总分怎么声明才能算出 89.5 而不是 89？）、最高分的那个学生、以及一张用 %5d/%-12s/%6.2f 对齐的表格。要求：-Wall -Wextra -Wconversion 编译零警告，贴出编译命令、运行输出和你的关键设计决策（总分类型、对齐格式）。
1.C-2
难度 L4 · 涉及第 6 章、第 2 章、第 3 章、第 13 章
二进制协议解析（计组/网络综合，408 真题风格的加强版）。给定 8 字节报文 uint8_t pkt[8] = {0x05, 0x02, 0x01, 0x2C, 0x00, 0x00, 0x27, 0x10};，格式：字节 0 = 标志位（第 0 位「紧急」、第 2 位「重传」）、字节 1 = 类型、字节 2~3 = 长度（大端 16 位）、字节 4~7 = 值（大端 32 位）。用位运算和定宽类型解析出全部字段：打印标志位各位、类型、长度（应是多少？）、值（应是多少？）。要求全部用 uint8_t/uint16_t/uint32_t 和位运算完成，全程无符号运算，-Wall -Wextra 零警告，UBSan 零报告。
1.C-3
挑战题（受 CSAPP「浮点位级操作」练习启发、按竞赛挑战强化。早期阶段 L5＝「用该阶段知识可解的最难问题」，档位口径见练习总览）。写一个 void print_float_bits(float f)：用 union 类型双关把 float 的 32 个比特原样拿到（uint32_t），然后纯位运算分解打印三部分——符号位（1 位）、指数（8 位，打印真值即减去偏置 127）、尾数（23 位，打印十六进制）。用 1.0f、3.14f、-0.5f、0.0f 四个输入验证，贴出每个的分解结果并对照你手算的 IEEE 754 编码。加分探索：正浮点数之间，直接用它们的位模式（当 uint32_t）比较大小，结果和按 float 比较一致吗？先推理、再验证，解释为什么（或为什么不）。