MTU原理及相關問題分析

一、MTU的定義及相關概念：

Mtu即最大傳輸單元，全稱為Maximum Transmission Unit，是指通信協議的某一層上麵所能通過的最大數據包大小（以字節為單位）。由於定義的模糊性，在此也介紹幾個相關的名詞，MRU、PMTU、MSS和JUMBO FRAME，供大家甄別。

MRU即最大接收單元，全稱為Maximum Receive Unit,與MTU相對，稱為最大接收單元，目前也沒有權威的標準定義，但許多文章中有這個名詞。一台主機或路由器的MTU與MRU可以不一致。

PMTU，全稱為 path maximum transmission unit,即路徑MTU，把一條IP路徑上MTU的最小值稱為PMTU，PMTU是個理想化的概念，但目前業界沒有有效的手段來實現PMTU的發現和更新。`

MSS是OSI參考模型中四層的一個概念，即最大分段長度，全稱為TCP Maximum Segment Size，指TCP每次能夠傳輸的最大數據分段長度（以字節為單位），MSS一般比MTU小40字節。

Jumbo Frame(有些稱Giant Frame)，網絡上會遇到jumbo frame的概念，cisco路由器的接口中也有這個參數，超過以太網標準長度1518字節的幀稱為jumbo frame。

二、MTU涉及主要原理：

1、常見網絡的MTU值：

IP網絡以包為單位進行信息傳遞，那麼，一次傳送多大的包合適、多大的包最高效就成為一個核心問題之一。MTU就是決定在什麼樣的物理網絡傳送多大數據包大的事實標準，不同類型網絡由於物理特性、發展階段不同，其MTU的默認值也不盡相同，以下是摘錄的各類網絡及其默認MTU值：

對於windows操作係統來講，其以太網網卡MTU默認為1500，但可以通過修改工具或修改注冊表進行修改，但隻能改小，不能改大，即隻能修改為小於或等於1500字節。

2、PMTU 發現過程：

對於一個基於網絡的應用來講，如果應用穿過網絡的MTU與PMTU相等，那麼應用穿過網絡的效率最高，或者說，應用通過主機網卡發出的最大數據包與PMTU越接近(指小於等於PMTU)，應用穿過網絡的效率越高，原因是有效的避免了分片和重組。

為了達到這個目的，一些操作係統支持自動發現路徑MTU的功能，具體過程為：

路由器接口上收到一個報文長度大於本接口MTU值的報文，如果該報文被打上不分片的標記，將丟棄本報文，並且返回一個ICMP差錯報文，通知報文發起者丟棄原因。報文發起者將發送比較小的報文。通過多次上述報文協商，將得到對於某一個固定路徑上的最小Mtu值，這個過程叫做“Mtu Discovery”[詳見RFC1191]。

了解了MTU發現的原理，舉一個實例驗證PMTU變化過程：

在上圖所示實驗網絡中，由三層設備模擬PPPOE撥號，實現接入寬帶IP網。三層設備上行以太網口默認MTU為1482字節。抓包結果顯示如下：

將三層設備上行以太網口默認MTU改為1000字節。抓包結果顯示如下：

3、“PMTU”發現存在的問題：

由於互聯網上路由器或其它網絡設備的配置的無法統一規範，某些運營商或網站考慮到網絡安全和其它需要，有時會把ICMP報文過濾掉，此外，PMTU牽涉到主機、各類交換機、路由器、防火牆等網絡設備，這些主機和網絡設備沒有有效的手段實現PMTU的協商和交互,這樣Mtu Discovery不能正常運行，影響應用正常運行，即實質上目前沒有有效的手段來發現PMTU。

互聯網上的網絡設備,遇到MTU發現報文或必須將IP包分片但DF設置為1時，路由器可采用以下任一種方式(從網上摘錄)：

發送符合 RFC 792 中最初定義的“ICMP Destination Unreachable-Fragmentation Needed and DF Set”消息，然後丟棄該包。原始消息格式中不包含有關轉發失敗的鏈路的 IP MTU 的信息。（導致PMTU無法正常發現）

? 發送符合 RFC 1191 中重新定義的“ICMP Destination Unreachable-Fragmentation Needed and DF Set”消息，然後丟棄該包。此新消息格式包含一個 MTU 字段，可指出轉發失敗的鏈路的 IP MTU。（PMTU可能會正常發現）

RFC 1191 定義了路徑 MTU (PMTU) 發現，它使得源和目的 TCP 對等方能夠動態地發現二者之間路徑的IP MTU，從而發現該路徑的 TCP MSS。一旦收到符合 RFC 1191 定義的“Destination Unreachable-Fragmentation Needed and DF Set”消息，TCP 就會將該連接的 MSS 調整為指定 IP MTU 減去 TCP 和 IP 報頭的大小。這樣，在該 TCP 連接上發送的後續包就不會超過最大大小，無需分段即可在該路徑上傳輸。

直接丟棄包。直接丟棄需分段但 DF 標記設置為 1 的包的路由器稱為 PMTU 黑洞路由器。

總之，PMTU的不可發現性，導致因MTU問題引起的應用係統無法正常運行情況時有發生。

4、超過MTU值的數據包分片、重組過程，：

IP包的格式如下：

IP包的分片重組牽涉到IP包頭的幾個重要字段，主要是標識符、標識位、偏移量，分別詳述如下：

標識符（Identification）：在發送數據包前，發送主機給每個數據包一個ID值，放在16位的標識符字段中。此ID用於標識唯一的數據報或數據流。接收主機利用此ID對收到的數據報進行重組。當分片的IP數據報從源地址發送到目的地址的時候，由於網絡延遲或者不同的傳輸路徑的關係，在到達目的主機時，這些分片數據報並不總是有序的到達，而是處於一種無序狀態，因此，接收主機便用此ID判斷接收的這些分片數據報是否屬於同一個數據流，然後再進行重組。

標誌（Flags）：第一個bit稱為R位，目前保留未用。第二個bit稱為DF位，Don't Fragment，“不分片”位，即如果將這一比特置1 ，表示上層應用不允許分片，IP層將不對數據報進行分片。第三個bit稱為MF位，More Fragment，“更多的片”。除了最後一個數據分片外，其他每個組成數據報的數據分片都要把該比特置1，表示有更多的分片。

偏移量(Framentation offset)：13位的偏移量字段用來表示分段的數據報在整個數據流中的位置，即相當於分片數據報的順序號。發送主機對第一個數據報的偏移量置為0，而後續的分片數據報的偏移量則以網絡的MTU大小賦值。偏移量對於接收方進行數據重組的時候，這是一個唯一依據。對於分片的數據段(單位：字節)必須為8的整數倍，否則IP無法表達其偏移量。

了解了數據分片的幾個關鍵字段後，我們找一個實例說明分片過程（從網上摘錄）：

在MTU為1500的以太網中，源主機如果需要通過UDP傳送3000字節的數據到目的主機，這時的分段情況如下所示(假定在同一網段)：

此處需要注意的是對於分片1的報頭，相對於其他兩個分片的報頭要多8個字節UDP協議報頭的開銷。因此，在計算實際傳輸的數據淨載荷時，分片1要多減去8字節UDP報頭。最後，接收主機通過包ID、標識位、偏移量值將數據重組成完整的數據。

需要注意是，有些數據包在一次分片後，由於遇到更小MTU的網絡，還可能被繼續分片。為數據包分片和為數據包再次分片的區別在於網關處理MF位的不同。在一個網關為原來未分片的數據包分片時，除了末尾的數據包片，它將其餘所有分片上的MF位置為1，最後一片為0。然而，當網關為一個非末尾的數據包片再次分片時，它會把生成的所有子分片中的MF位全部調為1，因為所有這些子分片都不可能是整個數據包末尾的數據包。分片中標誌字段的M值取決於該分片是否是原始分組的最後一片，而片偏移量也是相對於原始分組的偏移量。

三、MTU對上層應用的影響：

1、TCP、UDP等上層應用傳輸效率的高低與PMTU有密切聯係。

對TCP來講，其傳輸效率與MSS的合適大小密切相關，而MTU是決定MSS大小的唯一因素。MSS的大小會在TCP連接建立階段進行協商，具體協商過程如下：

TCP client發出SYN報文，其中option選項填充的MSS字段一般為(MTU-IP頭大小-TCP頭大小)，同樣TCP server收到SYN報文後，會發送SYN＋ACK報文應答，option選項填充的mss字段也為(MTU-IP頭大小-TCP頭大小)；協商雙方會比較SYN和SYN+ACK報文中MSS字段大小，選擇較小的MSS作為發送TCP分片的大小。

理論上，如果MSS與合適的MTU即PMTU（我認為合適的PMTU為路徑上可不分片通過的最大MTU）匹配，TCP傳輸效率最高，因為免去了分片、重組等工作。但由於PMTU發現過程無法保證，導致最終發現的MTU可能並不合適路徑傳輸，造成部分應用的分片和重組，降低了傳輸效率。

2、部分網絡設備對特定應用的分片報文處理能力弱，造成部分應用故障。

目前，國內寬帶IP網絡多數用戶采用PPPOE撥號方式實現業務接入。位於電信運營商內側的BAS設備用於終結PPP連接，實現用戶接入彙聚。實際應用中，部分BAS設備對VPDN等特定應用的分片、重組機製不健全，造成部分基於VPDN方式的業務速度緩慢。如：筆者曾發現過某廠商BAS設備ME60當TSU板未啟用時，其於L2TP隧道的VPDN撥號應用，經常出現業務訪問緩慢，甚至不通的情況，當啟用TSU板後，業務恢複正常（經了解，TSU板是專門用於基於隧道或其它協議數據包分片處理功能）。某廠商設備SE800，承載了基於L2TP隧道的VPDN撥號應用後，部分應用可以使用，部分應用無法正常運行。

3、部分網絡安全設備對分片的重組過程進一步影響業務應用。

原則上，當某個網絡應用業務在傳輸過程中發生分片後，隻有發送端和接收端會進行分片的重組，這已經影響到業務運行速度。當分過片的IP包經過網絡監測設備、安全係統等設備時，基於安全和其它特定目的，有些設備要求完成數據包的分片和重組，會進一步延緩應用的運行速度，甚至導致部分應用無法使用。

四、MTU常見問題小結(摘錄自網絡)：

1、為何有些共享上網的路由器的網絡設備以太網口MTU值不是1500？

有些通過共享路由器PPPOE撥號上網的路由器上連口（與ADSL調製器互聯的以太網口）MTU為1492，因為PPP報文占據了8個字節，導致承載數據信息的IP報文大小變成了1492。

2、為什麼在思科路由器上GRE接口的默認MTU為1476？

因為GRE會重新封裝一個IP包頭，以及加上GRE的4字節頭部，一共是24個字節。這樣總的用於應用的IP包的長度為1476。

3、為什麼支持VLAN標記的接口MTU要大於1514字節？

由於VLAN的原理是在以太網的幀頭部加入了4個字節的VLAN TAG信息，因此在支持802.1q標記的鏈路的接口上要求MTU不小於1518字節，才能保證淨荷為1500的數據包順利通過該接口。

4、MTU和各種VPN的關係有無規律性？

因VPN的實現需要對原有的IP或者是TCP/UDP數據進行封裝，因此也就增加了數據包或數據幀的總長度，這樣也就導致了VPN 承載的數據淨荷值的減小，具體減少的數值與不同的VPN類型相關。

即：MTU=經VPN封裝後數據包長度-VPN封裝包頭長度

5、對於因MTU問題引起的應用係統故障現象有哪些？處理思路是什麼？

因MTU引的網絡問題表現各種各樣，如：有些遊戲，經常卡機。有的網站，部分網頁可以打開，部分網頁打不開。總的來講，如果網絡不丟包，而網絡應用時快時慢，或部分應用無法使用，很大程度上可以定位為MTU問題。

對於MTU引起的問題，處理思路為：要麼增加網絡中最細管道的MTU值，要麼減少終端應用發現的數據包大小。對於終端的MTU，會有各種各樣的工具或方法進行修改。

http://www.autooo.net/papers/paper/2011-10-25/81611.html

Token-pasting operator(##) in C

我們都知道C語言define前端處理假指令用來定義變數、字串或幾行的原始碼(統稱為巨集, Macro)。

當某一巨集被定義為參數帶入之巨集, 我們最常用的就是把該參數當作變數或指標來使用，如下所示:

#define INC_IDX(val, size) (++val % size) -> 以參數為變數之值帶入此巨集
#define GET_DATA(ptr) (ptr->data) -> 以參數為指標帶入此巨集

然而，我們可以把巨集所帶入的參數當作為識別子(Token)的一部分，如下所示:

#include 

int class_num = 9;
int class_stds = 10;

#define GET_MEMBER(postfix) class_ ## postfix

int main(void)
{
     printf("class_num: %d\n", GET_MEMBER(num));
     printf("class_stds: %d\n", GET_MEMBER(stds));
     return 0;
}

如上列所示，class_num可以經由GET_MEMBER巨集(帶入部份識別子, 也就是num)取得，此參數傳遞方法稱為Token-pasting operator，這是一個非常好用的方法, 提供給大家參考。

The Stringify Operator (#) in C

繼上次提到Token-pasting operator (##) in C文章後, 這次講一下在C語言define巨集參數使用的另一種方法, 在參數名稱前加一個#運算子, 此運算子代表所帶入的參數會被編譯器視為"字串", 所以#運算子又被稱為字串化運算子, 底下為一簡單的例子:

#define GET_RESULT(exp) printf(#exp "=%d\n", exp)

int main(void)
{
    GET_RESULT(3+2);
    return ;
}

ref:http://adrianhuang.blogspot.com/2009/05/gnu-c.html

mmap -- mapped memory

mapped memory 的行程間通訊機制，是透過「shared file」來做訊息的傳遞；將 shared file mapping 到 process address space 的 system call 為 'mmap()'。以下是其中一個簡單的程式範例

#include
#include
#include
#include
#include
#define FILE_LENGTH 0x400

int main(int argc, char *argv[])
{
   int fd;
   void *map_memory;

   /* Open a file to be mapped. */
   fd = open("/tmp/shared_file", O_RDWR | O_CREAT, S_IRUSR | S_IWUSR);
   lseek(fd, FILE_LENGTH+1, SEEK_SET);
   write(fd, "", 1);
   lseek(fd, 0, SEEK_SET);

   /* Create map memory. */
   map_memory = mmap(0, FILE_LENGTH, PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
   close(fd);

   /* Write to mapped memory. */
   if (strlen(argv[1]) < FILE_LENGTH)
      sprintf((char *)map_memory, "%s", argv[1]);

   sleep(10000);

   exit(0);
}

Linux允許將檔案對映到記憶體中。如此可以產生一個在檔案資料及記憶體資料一對一的對映。

當程式將檔案 mapping 到自己的記憶體空間（process address space）時，mmap system call 便會建立相對應的 VMA 區段；觀念上來說，只要透過 mmap system call 將檔案 mapping 到記憶體，便會產生對應的 VMA。

修改一下範例程式，讓程式在結束前暫停 10000 秒鍾，並做觀察

$ ./my_mmp hello&
[1]   xxxx
$ cat /proc/xxxx/maps

就可以看到結果

引用

http://blog.jollen.org/mt-tb.cgi/363

printk printf color for console debug

color

30（黑色）、31（红色）、32（绿色）、 33（黄色）、34（蓝色）、35（洋红）、36（青色）、37（白色）

#ifdef STH_DEBUG
#define sth_dbg_printstring(key, value) printf("\033[1;31m%s = %s\033[0m\n", key, value)
#define sth_dbg_printint(key, value) printf("\033[1;31m%s = %d\033[0m\n", key, value)
#else
#define sth_dbg_printstring(key, value)
#define sth_dbg_printint(key, value)
#endif

Linux下以pptp方式撥入VPN網路中

　　１、下載pptp用戶端

　　wget http://nchc.dl.sourceforge.net/sourceforge/pptpclient/pptp-1.7.1.tar.gz

　　2、解壓

　　tar zxvf pptp-1.7.1.tar.gz

　　3、編譯和安裝

　　make; make install

　　4、編輯設定檔，設定撥號名為mypptp

　　vim /etc/ppp/peers/mypptp

　　內容如下：

remotename mypptp

linkname mypptp

ipparam mypptp

pty "pptp vpnserverip --nolaunchpppd "

name myaccount

usepeerdns

require-mppe

refuse-eap

noauth

file /etc/ppp/options.pptp

其中，myaccount為用戶名

　　5、編輯/etc/ppp/chap-secrets，加入用戶名和帳號，這裡假設myaccount的密碼為mypassword

myaccount * mypassword *

　　6、撥號，運行以下命令

/usr/sbin/pppd call mypptp logfd 1 updetach

　　如果以上設定檔正確無誤，則可正常撥入虛擬網管的pptp VPN網路中了，此時如果用ifconfig查看連接情況，可以看到多了一條ppp連接，並能正確分到IP位址了。

　　７、添加路由

　　雖然已經撥號上來了，但此時，如果你要訪問你的虛擬區域網路資源，你必需添加一條路由才行，這裡假設你撥號上來的連接名為ppp0，並此你的虛擬區域網路的IP段為192.168.163.0，那麼，你需要加入以下命令：

route add -net 192.168.163.0 netmask 255.255.255.0 dev ppp0

　　至此，在Linux系統下以pptp方式撥入虛擬網管的VPN網路中了。

　　以上操作過程在Ubutun 8.1、Fedora 7、8、9、10下操作通過。

 PS：如果在撥號時報以下錯誤：

/usr/sbin/pppd:pty option precludes specifying device name

請檢查pppd的版本，不可低於2.3.7。

檢查etc/ppp/optoins檔，該檔不能為空。


------------------------------------------------------------------------------------------------------------
若出現Couldn't set tty to PPP discipline: Invalid argument 錯誤訊息
則須在kernel 加入 ppp_mppe , ppp_async 這兩個module後即可

    Device Drivers --->

        Network device support --->

            <*>   PPP (point-to-point protocol) support

            <*>     PPP support for async serial ports

            <*>     PPP MPPE compression (encryption) (EXPERIMENTAL)

Linux下以l2tp方式撥入VPN網路

　　１、下載l2tp用戶端

　　wget ftp://ftp.xelerance.com/xl2tpd/xl2tpd-1.1.12.tar.gz

　　2、解壓

　　tar zxvf xl2tpd-1.1.12.tar.gz

　　3、進入解壓目錄，並編譯和安裝

　　cd xl2tpd-1.1.12

　　make; make install

　　4、在/etc目錄下建立xl2tpd目錄，並在該目錄下建立l2tp的設定檔xl2tpd.conf

　　mkdir /etc/xl2tpd

　　vim /etc/xl2tpd.conf

　　xl2tpd.conf檔的內容如下：

[global]

port = 1701

[lac myvpn]

lns = vpnserver ip or domain name

refuse pap = yes

require authentication = no

name = myaccount

ppp debug = yes

pppoptfile = /etc/ppp/options.myvpn_l2tp

這裡假設你的vpn的帳號為myaccount。

　　5、在/etc/ppp目錄下建立options.myvpn_l2tp文件。

　　vi /etc/ppp/options.myvpn_l2tp

該檔的內容如下：

asyncmap 0

noauth

crtscts

lock

hide-password

modem

netmask 255.255.255.0

proxyarp

lcp-echo-interval 30

lcp-echo-failure 4

ipcp-accept-local

ipcp-accept-remote

　　6、在/etc/ppp/chap-secrets檔中加入myaccount的密碼：

myaccount * mypassword *

　　7、運行xl2tpd程式。

　　xl2tpd

　　如果你需要看到程式的輸出資訊，可以在後面加上參數D，如：

　　xl2tpd -D

此時輸出上可能會出現This binary does not support kernel L2TP. 不用理會它，沒什麼影響，但是如果報告：Open_controlfd: Unable to open /var/run/xl2tpd/l2tp-control for reading.的錯誤，則需要手動的在/var/run目錄下建立一個名為xl2tpd的目錄：

mkdir /var/run/xl2tpd

　　8、新開一終端，使用以下方法開始撥號：

echo "c vpnlife" > /var/run/xl2tpd/l2tp-control

如果配置正確無誤，則可正常撥入虛擬網管的l2tp VPN網路中了，此時如果用ifconfig查看連接情況，可以看到多了一條ppp連接，並能正確分到IP位址了。

　　9、添加路由

　　雖然已經撥號上來了，但此時，如果你要訪問你的虛擬區域網路資源，你必需添加一條路由才行，這裡假設你撥號上來的連接名為ppp0，並此你的虛擬區域網路的IP段為192.168.163.0，那麼，你需要加入以下命令：

route add -net 192.168.163.0 netmask 255.255.255.0 dev ppp0

　　至此，在Linux系統下以l2tp方式撥入虛擬網管的VPN網路中了。

　　以上操作過程在Ubutun 8.1、Fedora 7、8、9、10下操作通過。

C/C++之指標 (pointer)，參考 (reference) 觀念整理與常見問題

from  http://sandwichc-life.blogspot.com/2007/10/cc-pointer-reference.html 

目錄

1. 何謂指標 (pointer)? 何謂參考 (reference)?
2. call by value? call by address (或call by pointer)? call by reference? -- swap(int* a, int* b) v.s. swap (int &a, int &b)
3. pointer to pointer, reference to pointer (int** v.s. int*&)
4. function pointer
5. void ** (*d) (int &, char **(*)(char *, char **))....如何看懂複雜的宣告…

1. 何謂指標 (pointer)? 何謂參考 (reference)?
我們先談指標 (pointer)。指標，其實也只是一個變數，只是這個變數的意義是：指向某個儲存位址。很玄嗎? 一點也不。下面這張圖就可以輕易的看出指標為何物。

圖中，a, b, c, d, p1, p2都是一般的變數，儲存在記憶體 (memory) 中。其中，p1變數所記載的值是變數a的記憶體 (memory) 位址，而p2則記載著b的記憶體位址，像這樣的狀況，我們就稱p1是一個指向a的指標，相同的，p2是一個指向b的指標。
在C/C++中，我們用下面的式子來表示這個關係：

int *p1 = &a;
int *p2 = &b;

其中的&，稱為address of (取址)。即，p1 = address of a，p2 = address of b。
另一個符號*，代表的意義是指標。

int *p1

要由後往前閱讀來瞭解它的意義：p1 is a pointer points to an integer。因此，

int *p1 = &a;

這整行，我們可以看成：p1 is a pointer points to integer variable a，即：p1是一個指標，指向整數變數a。

且讓我們暫時打住指標的討論，轉頭看看參考 (reference)。
參考，可以想像成是一個變數或物件的別名 (alias)。通常，當函式 (function) 的參數 (parameter) 在函式中會被修改，而且要把這個修改結果讓呼叫函式的部份繼續使用，我們會用參考來當參數傳入函式中。
讓我們看看下面的例子：

void swap(int &a, int &b){
int tmp = a;
a = b;
b = tmp;
}

當其他程式呼叫此交換程式時，只要直接寫swap(x, y)就能交換x與y的值。在這裡，a和b為x與y的別名，即：a就是x，b就是y，如同美國國父就是華盛頓一樣。a和b不是x和y的複製品，任何做用在a與b上的動作都會反應在x與y上面，反之亦然。

指標和參考之所以難懂，有很大一部份的原因是符號上的陌生所致。加上&既能用於取址又能用於參考，容易造成初學者的混淆。下面我們提供幾個建議來幫助各位看懂這些符號。

• 把int *p視為 int* p。
  把int和*連在一起看，當作是一種型態叫做 "指向整數之指標"，要比int *p自然得多。同樣的方式也可以套在char* p或void* p等。但要注意的是下面的狀況：
  

  int* p, q;

  
  不要把這行誤解成p, q都是指向int之指標，事實上，q只是一個int變數。上面這行相當於
  

  int *p, q;

  或
  

  int *p; int q;

  
  如果p, q都要宣告成指向int之指標，應寫成：
  

  int *p, *q

  
  或者干脆分兩行寫：
  

  int* p;
  int* q;

• 若&前面有資料型態 (ex: int &)，則為參考，&前面有等號 (ex: int* p = &a)，則為取址。
  由於&同時具有多種意義，因此容易造成混淆。這裡列出的這個方法，可以幫助弄清楚每個&的意義。

2. call by value? call by address (或call by pointer)? call by reference? -- swap(int* a, int* b) v.s. swap (int &a, int &b)
JAVA中的reference與C++的reference意義上並不相同，卻使用同一個字，這也是reference容易造成混淆的原因。在此，我們暫不考慮JAVA中reference的觀念 (關於java中reference的觀念，請參考Reference in JAVA -- 淺談java的指標)，純粹把主題放在C/C++上。
呼叫副函式時，call by value, address, 或reference是三種不同的參數傳遞方式。其意義如下：

• call by value
  假設函式A呼叫函式B(p, q)，則B中的p和q是「複製」自函式A所傳入的參數，B中對p, q所做的任何運算都不會影響到A中的p和q，因為B執行完後，並不會把複製的p, q存回到A中。這種參數傳遞方式，我們稱之為call by value。
  以swap這個常見的函式為例，若swap寫成下面的樣子：

  void swap(int a, int b){
  int tmp = a;
  a = b;
  b = tmp;
  }

  
  則呼叫

  swap(x, y)

  後，x和y的值並不會有變化。
• call by address (或call by pointer)
  利用指標來做參數傳遞，這種方法骨子裡仍是call by value，只不過call by value的value，其資料型態為指標罷了。我們同樣看看用call by address來寫swap交換兩個integer的例子。
  

  void swap(int* a, int* b){
  int tmp = *a;
  *a = *b;
  *b = tmp;
  }

  
  呼叫swap時，要寫成swap(&x, &y)。呼叫swap時，x的指標 (x的儲存位置) 與y的指標 (y的儲存位置) 會被複製一份到swap中，然後把該位置內所記載的值做更換。swap結束後，&x (address of x) 和&y (address of y) 依然沒變，只是address of x所記錄之變數值與address of y所記錄之變數值交換了。因為&x 和&y 其實是利用call by value在傳，因此，call by address其實骨子裡就是call by value。
• call by reference
  這是C++才加進來的東西，C本身並沒有call by reference。call by reference基本上是把參數做個別名 (alias)，以下面的swap為例：
  

  swap(int &a, int &b){
  int tmp = a;
  a = b;
  b = tmp;
  }

  
  未來使用時，只要呼叫swap(x, y)，就可以讓x和y的值交換。在這個例子中，a 就是 x, b就是 y。這個觀念在上一節已經提過，在此不再贅述。

3. pointer to pointer, reference to pointer (int** v.s. int*&)
當我們用call by pointer (或address) 來傳遞參數時，被呼叫的函式複製一份pointer的值過去。但是，當我們想在函式內改變pointer的值 (而非pointer所指向之變數的值)，而且改變的效果要能在函式外看得到時，call by pointer就不足夠用了。此時應該用的是"call by pointer to pointer"或"call by reference to pointer"。我們先看下面的例子：

int g_int = 0;
void changePtr(int* pInt){
pInt = &g_int;
}
void main(){
int localInt = 1;
int* localPInt = &localInt;
changePtr(localPInt);
printf("%d\n", *localPInt);
}

在這個例子中，印出來的數字仍然會是localInt的1，因為changPtr中的pInt是由localPInt「複製」過去的，對pInt做改變並不會反應到localPInt身上。
我們先用pointer to pointer對localPInt做改變，請看下例。

int g_int = 0;
void changePtr(int** pInt){
*pInt = &g_int;
}
void main(){
int localInt = 1;
int* localPInt = &localInt;
changePtr(&localPInt);
printf("%d\n", *localPInt);
}

本例中，印出來的數字會是g_int的0。changePtr函式中的pInt是由&localPInt複製所得，因此對pInt做改變並不會影響main中的&localPInt (資料型態：pointer to pointer to integer)。但在changePtr函式中我們改變的對象是pInt所指向的內容，因此這項改變在main中會顯示出來。

同樣的功能，我們也可改用reference to pointer來完成。但同樣切記，reference是C++才有的功能，因此reference to pointer也只能在支援C++的環境中使用。

int g_int = 0;
void changePtr(int* &refPInt){
refPInt = &g_int;
}
void main(){
int localInt = 1;
int* localPInt = &localInt;
changePtr(localPInt);
printf("%d\n", *localPInt);
}

這段程式印出來的數字會是0。因為在changePtr中，我們宣告的參數型態為int* &，即：reference to pointer to integer。因此，main中的localPInt與changePtr函式中的refPInt其實是「同一件東西」。

另一種常見的混淆是pointer array (指標陣列) 與pointer to pointers，因為兩種都可以寫成**的型式。如，int**可能是pointer to pointer to integer，也可能是integer pointer array。但pointer array的觀念相對來講要簡單且直觀許多，這裡我們就暫不花篇幅敘述。常見的例子：main(int argc, char** argv)其實應該是main(int argc, char* argv[])。

4. function pointer
變數的指標指向變數的位址，同樣的，function pointer (函式指標) 也是指向函式的位址的指標。
函式指標的加入，讓C/C++的符號更複雜，也使更多人望之而卻步。在說明函式指標的用途前，我們先直接由語法來看看函式指標該怎麼宣告、怎麼理解。
假設有個函式長成下面的樣子：

void func1(int int1, char char1);

我們想宣告一個能指向func1的指標，則寫成下面這樣：

void (*funcPtr1)(int, char);

這樣的寫法應理解成：funcPtr1是一個函數指標，它指向的函數接受int與char兩個參數並回傳void。如果今天有另一個函式長成

void func2(int int2, char char2);

則funcPtr1也能指向func2。
指標指向的方法，寫成下面這樣：

funcPtr1 = &func1;

取址符號省略亦可，效果相同：

funcPtr1 = func1;

若欲在宣告時就直接給予初值，則寫成下面這樣：

void (*funcPtr1)(int, char) = &func1;    //&亦可省略

stdlib.h中提供的qsort函式是函式指標最常見的應用之一。此函式之prototype長得如下：

void qsort(void* base, size_t n, size_t size, int (*cmp)(const void*, const void*));

其中的int (*cmp)(const void*, const void*) 就使用到函式指標。

函式指標常見的使用時機是multithread時。函數指標負責把函數傳進建立執行緒的API中。
另外，callback function也是常使用函式指標的地方。所謂callback function即：發生某事件時，自動執行某些動作。在event driven的環境中，便時常使用callback function來實現此機制。
事實上，函式指標還能讓C語言實作polymorphism。但礙於篇幅，在此不再詳述。

5. void ** (*d) (int &, char **(*)(char *, char **))....如何看懂複雜的宣告…
在這裡，我們介紹兩種方式來看懂複雜的宣告。第一種要判斷的是：常數與指標混合使用時，到底const修飾的是指標還是指標所指的變數? 第二種是面對如標題所示這種複雜的宣告時，我們要怎麼讀懂它。

5.1 常數與指標的讀法

const double *ptr;
double *const ptr;
double const* ptr;
const double *const ptr;

以上幾個宣告，到底const修飾的對象是指標，還是指標所指向的變數呢?
其實，關鍵在於：*與const的前後關係!
當*在const之前，則是常數指標，反之則為常數變數。因此，

const double *ptr;    // ptr指向常數變數
double *const ptr;    // ptr是常數指標
double const* ptr;    // ptr指向常數變數
const double *const ptr;    // 指向常數變數的常數指標

事實上，在The C++ Programming Language中有提到一個簡單的要訣：由右向左讀!!讓我們用這個要訣再來試一次。

const double *ptr;    // ptr is a pointer points to double, which is a constant
double *const ptr;    // ptr is a constant pointer points to double
double const* ptr;    // ptr is a pointer points to constant double
const double *const ptr;    // ptr is a constant pointer points to double, which is a constant

結果完全相同 :-)

5.2 複雜宣告的讀法 void ** (*d) (int &, char **(*)(char *, char **)).......
其實閱讀C/C++中複雜的宣告有點像是讀英文的長句子，看多了，自然知道句子是怎麼構造出來的。
但對於句子還不熟的人，難免得藉助文法來拆解一個句子。關於C語言複雜宣告的解析文法，最令我印象深刻的，莫過於印度工程師Vikram的"The right-left rule"。他是這麼說的：
「從最內層的括號讀起，變數名稱，然後往右，遇到括號就往左。當括號內的東西都解讀完畢了，就跳出括號繼續未完成的部份，重覆上面的步驟直到解讀完畢。」
舉個例子：void ** (*d) (int &, char*)依下面方式解讀：
1. 最內層括號的讀起，變數名稱: d
2. 往右直到碰到) : (空白)
3. 往左直到碰到( :是一個函數指標
4. 跳出括號，往右，碰到(int &, char*): 此函式接受兩個參數：第一個參數是reference to integer，第二個參數是character pointer。
5. 往左遇上void **: 此函式回傳的型態為pointer to pointer to void。
==> d是一個函式指標，指向的函式接受int&和char*兩個參數並回傳void**的型態。
如何，是不是好懂很多了呢?

標題中的void ** (*d) (int &, char **(*)(char *, char **))其實和上面的例子幾乎一樣，只是函式的第二個參數又是一個函式指標，接受char*和char**兩個參數並回傳char**的型態。

行文至此，把指標和參考的常見問題與混淆大致地提了一些。希望能讓使用C/C++的人在面對或使用指標、參考、或取址時，不再有疙瘩在心中。文中若有不足或錯誤之處，也請高手不吝指教囉。:-)