这个程序如何自我复制？

Question

此代码来自 Hacker's Delight。说这是C语言中最短的此类程序，长度为64个字符，但我不明白：

    main(a){printf(a,34,a="main(a){printf(a,34,a=%c%s%c,34);}",34);}

我试着编译了一下。它编译时有 3 个警告，没有错误。

Answer 1

它依赖于 C 语言的几个怪癖和（我认为是）未定义的行为。

首先，它定义了main函数。声明一个没有 return 类型或参数类型的函数是合法的，它们将被假定为 int。这就是 main(a){ 部分起作用的原因。

然后，它用 4 个参数调用 printf。由于它没有原型，它被假定为 return int 并接受 int 参数（除非你的编译器隐式地声明它，就像 Clang 那样）。

第一个参数假定为int，在程序开头为argc。第二个参数是 34（这是双引号字符的 ASCII）。第三个参数是一个赋值表达式，它将格式字符串赋值给 a 和 return 。它依赖于指针到整数的转换，这在 C 中是合法的。最后一个参数是数字形式的另一个引号字符。

在运行时，%c 格式说明符替换为引号，%s 替换为格式字符串，您再次获得原始来源。

据我所知，参数评估的顺序未定义。这个 quine 之所以有效，是因为赋值 a="main(a){printf(a,34,a=%c%s%c,34);}" 在 a 作为第一个参数传递给 printf 之前被评估，但据我所知，没有强制执行它的规则。此外，这在 64 位平台上不起作用，因为指针到 int 的转换会将指针截断为 32 位值。事实上，尽管我可以看到它在某些平台上是如何工作的，但它在我的计算机上使用我的编译器却无法工作。

Answer 2

该程序应该打印它自己的代码。请注意字符串文字与整个程序代码的相似性。这个想法是文字将用作 printf() 格式字符串，因为它的值被分配给变量 a （尽管在参数列表中）并且它也将作为要打印的字符串传递（因为赋值表达式的计算结果为分配的值）。 34是双引号字符（"）的ASCII码；使用它可以避免包含转义文字引号字符的格式字符串。

该代码依赖于函数参数求值顺序形式的未指定行为。如果它们按参数列表顺序求值，那么程序可能会失败，因为 a 的值将在实际分配给它正确的值之前用作指向格式字符串的指针。

此外，a的类型默认为int，并且无法保证int的宽度足以容纳对象指针而不截断它。

另外，C标准只为main()指定了两个允许的签名，而使用的签名不在其中。

此外，编译器在没有原型的情况下推断出的 printf() 类型是不正确的。绝不保证编译器会生成适用于它的调用序列。

Answer 3

这基于 C 允许您执行的许多怪癖，以及一些恰好对您有利的未定义行为。依次为：

main(a) { ...

如果未指定类型，则假定为 int，因此这等同于：

int main(int a) { ...

尽管 main 应该接受 0 个或 2 个参数，这是未定义的行为，但可以允许这只是忽略缺少的第二个参数。

接下来是正文，我会 space 出来。请注意 a 是 int 根据 main:

printf(a,
       34,
       a = "main(a){printf(a,34,a=%c%s%c,34);}",
       34);

参数的求值顺序未定义，但我们依赖于第 3 个参数 - 赋值 - 首先被求值。我们还依赖于能够将 char * 分配给 int 的未定义行为。另请注意，34 是 " 的 ASCII 值。因此，该计划的预期影响是：

int main(int a, char** ) {
    printf("main(a){printf(a,34,a=%c%s%c,34);}",
           '"',
           "main(a){printf(a,34,a=%c%s%c,34);}",
           '"');
    return 0; // also left off
}

其中，在评估时，产生：

main(a){printf(a,34,a="main(a){printf(a,34,a=%c%s%c,34);}",34);}

这是原始程序。多田！

Answer 4

该程序基于以下假设

return main 的类型是 int
函数的参数类型默认为int和
将首先评估参数 a="main(a){printf(a,34,a=%c%s%c,34);}"。

它将调用未定义的行为。 在 C 中不保证函数参数的计算顺序。
尽管如此，这个程序的工作原理如下：

赋值表达式a="main(a){printf(a,34,a=%c%s%c,34);}"会将字符串"main(a){printf(a,34,a=%c%s%c,34);}"赋值给a和赋值表达式的值根据 C 标准， 也将是 "main(a){printf(a,34,a=%c%s%c,34);}" --C11: 6.5.16

An assignment operator stores a value in the object designated by the left operand. An assignment expression has the value of the left operand after the assignment [...]

考虑到上述赋值运算符的语义，程序将扩展为

 main(a){
      printf("main(a){printf(a,34,a=%c%s%c,34);}",34,a="main(a){printf(a,34,a=%c%s%c,34);}",34);
}

ASCII 34 是 "。说明符及其相应的参数：

%c ---> 34 
%s ---> "main(a){printf(a,34,a=%c%s%c,34);}" 
%c ---> 34

更好的版本是

main(a){a="main(a){a=%c%s%c;printf(a,34,a,34);}";printf(a,34,a,34);}

它长 4 个字符，但至少遵循 K&R C。

这个程序如何自我复制？

How does this program duplicate itself?

c

quine