如何理解c和c++的复杂类型声明

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曾经碰到过让你迷惑不解、类似于int * (* (*fp1) (int) ) [10];这样的变量声明吗?本文将由易到难,一步一步教会你如何理解这种复杂的C/C++声明。

我们将从每天都能碰到的较简单的声明入手,然后逐步加入const修饰符和typedef,还有函数指针,最后介绍一个能够让你准确地理解任何C/C++声明的“右左法则”。

需要强调一下的是,复杂的C/C++声明并不是好的编程风格;我这里仅仅是教你如何去理解这些声明。注意:为了保证能够在同一行上显示代码和相关注释,本文最好在至少1024×768分辨率的显示器上阅读。

让我们从一个非常简单的例子开始,如下:



int


n;

这个应该被理解为“declare n as an int”(n是一个int型的变量)。接下去来看一下指针变量,如下:



int




*


p;

这个应该被理解为“declare p as an int *”(p是一个int *型的变量),或者说p是一个指向一个int型变量的指针。我想在这里展开讨论一下:我觉得在声明一个指针(或引用)类型的变量时,最好将*(或&)写在紧靠变量之前,而不是紧跟基本类型之后。这样可以避免一些理解上的误区,比如:

再来看一个指针的指针的例子:



char




**


argv;

理论上,对于指针的级数没有限制,你可以定义一个浮点类型变量的指针的指针的指针的指针,再来看如下的声明:



int


RollNum[


30


][


4


];




int


(


*


p)[


4


]


=


RollNum;




int




*


q[


5


];

这里,p被声明为一个指向一个4元素(int类型)数组的指针,而q被声明为一个包含5个元素(int类型的指针)的数组。另外,我们还可以在同一个声明中混合实用*和&,如下:



int




**


p1;




//


p1 is a pointer  to a pointer  to an int.






int




*&


p2;




//


p2 is a reference to a pointer  to an int.






int




&*


p3;




//


ERROR: Pointer  to a reference is illegal.






int




&&


p4;




//


ERROR: Reference to a reference is illegal.


注:p1是一个int类型的指针的指针;p2是一个int类型的指针的引用;p3是一个int类型引用的指针(不合法!);p4是一个int类型引用的引用(不合法!)。

当你想阻止一个变量被改变,可能会用到const关键字。在你给一个变量加上const修饰符的同时,通常需要对它进行初始化,因为以后的任何时候你将没有机会再去改变它。例如:



const




int


n


=


5


;




int




const


m


=


10


;

上述两个变量n和m其实是同一种类型的——都是const int(整形恒量)。因为C++标准规定,const关键字放在类型或变量名之前等价的。我个人更喜欢第一种声明方式,因为它更突出了const修饰符的作用。当const与指针一起使用时,容易让人感到迷惑。例如,我们来看一下下面的p和q的声明:



const




int




*


p;




int




const




*


q;

他们当中哪一个代表const int类型的指针(const直接修饰int),哪一个代表int类型的const指针(const直接修饰指针)?实际上,p和q都被声明为const int类型的指针。而int类型的const指针应该这样声明:



int




*




const


r


=




&


n;




//


n has been declared as an int

这里,p和q都是指向const int类型的指针,也就是说,你在以后的程序里不能改变*p的值。而r是一个const指针,它在声明的时候被初始化指向变量n(即r=&n;)之后,r的值将不再允许被改变(但*r的值可以改变)。

组合上述两种const修饰的情况,我们来声明一个指向const int类型的const指针,如下:



const




int




*




const


p


=&


n;




//


n has been declared as const int

下面给出的一些关于const的声明,将帮助你彻底理清const的用法。不过请注意,下面的一些声明是不能被编译通过的,因为他们需要在声明的同时进行初始化。为了简洁起见,我忽略了初始化部分;因为加入初始化代码的话,下面每个声明都将增加两行代码。



char




**


p1;




//


pointer to    pointer to    char






const




char




**


p2;




//


pointer to    pointer to const char






char




*




const




*


p3;




//


pointer to const pointer to    char






const




char




*




const




*


p4;




//


pointer to const pointer to const char






char




**




const


p5;




//


const pointer to    pointer to    char






const




char




**




const


p6;




//


const pointer to    pointer to const char






char




*




const




*




const


p7;




//


const pointer to const pointer to    char






const




char




*




const




*




const


p8;




//


const pointer to const pointer to const char

注:p1是指向char类型的指针的指针;p2是指向const char类型的指针的指针;p3是指向char类型的const指针;p4是指向const char类型的const指针;p5是指向char类型的指针的const指针;p6是指向const char类型的指针的const指针;p7是指向char类型const指针的const指针;p8是指向const char类型的const指针的const指针。

typedef给你一种方式来克服“*只适合于变量而不适合于类型”的弊端。你可以如下使用typedef:



typedef


char




*


PCHAR;


PCHAR p,q;

这里的p和q都被声明为指针。(如果不使用typedef,q将被声明为一个char变量,这跟我们的第一眼感觉不太一致!)下面有一些使用typedef的声明,并且给出了解释:



typedef


char




*


a;




//


a is a pointer to a char






typedef a b();




//


b is a function that returns




//


a pointer to a char






typedef b


*


c;




//


c is a pointer to a function




//


that returns a pointer to a char






typedef c d();




//


d is a function returning




//


a pointer to a function




//


that returns a pointer to a char






typedef d


*


e;


//


e is a pointer to a function




//


returning a pointer to a




//


function that returns a




//


pointer to a char






e var[


10


];




//


var is an array of 10 pointers to




//


functions returning pointers to




//


functions returning pointers to chars.

typedef经常用在一个结构声明之前,如下。这样,当创建结构变量的时候,允许你不使用关键字struct(在C中,创建结构变量时要求使用struct关键字,如struct tagPOINT a;而在C++中,struct可以忽略,如tagPOINT b)。



typedef


struct


tagPOINT







{





int


x;




int


y;


}



POINT;





POINT p;




/*


Valid C code


*/





函数指针可能是最容易引起理解上的困惑的声明。函数指针在DOS时代写TSR程序时用得最多;在Win32和X-Windows时代,他们被用在需要回调函数的场合。当然,还有其它很多地方需要用到函数指针:虚函数表,STL中的一些模板,Win NT/2K/XP系统服务等。让我们来看一个函数指针的简单例子:



int


(


*


p)(


char


);

这里p被声明为一个函数指针,这个函数带一个char类型的参数,并且有一个int类型的返回值。另外,带有两个float类型参数、返回值是char类型的指针的指针的函数指针可以声明如下:



char




**


(


*


p)(


float


,


float


);

那么,带两个char类型的const指针参数、无返回值的函数指针又该如何声明呢?参考如下:



void




*


(


*


a[


5


])(


char




*




const


,


char




*




const


);

“右左法则”是一个简单的法则,但能让你准确理解所有的声明。这个法则运用如下:从最内部的括号开始阅读声明,向右看,然后向左看。当你碰到一个括号时就调转阅读的方向。括号内的所有内容都分析完毕就跳出括号的范围。这样继续,直到整个声明都被分析完毕。

对上述“右左法则”做一个小小的修正:当你第一次开始阅读声明的时候,你必须从变量名开始,而不是从最内部的括号。

下面结合例子来演示一下“右左法则”的使用。



int




*


(


*


(


*


fp1) (


int


) ) [


10


];

阅读步骤:

1. 从变量名开始——fp1

2. 往右看,什么也没有,碰到了),因此往左看,碰到一个*——一个指针

3. 跳出括号,碰到了(int)——一个带一个int参数的函数

4. 向左看,发现一个*——(函数)返回一个指针

5. 跳出括号,向右看,碰到[10]——一个10元素的数组

6. 向左看,发现一个*——指针

7. 向左看,发现int——int类型

总结:fp1被声明成为一个函数的指针,该函数返回指向指针数组的指针.

再来看一个例子:



int




*


(


*


(


*


arr[


5


])())();

阅读步骤:

1. 从变量名开始——arr

2. 往右看,发现是一个数组——一个5元素的数组

3. 向左看,发现一个*——指针

4. 跳出括号,向右看,发现()——不带参数的函数

5. 向左看,碰到*——(函数)返回一个指针

6. 跳出括号,向右发现()——不带参数的函数

7. 向左,发现*——(函数)返回一个指针

8. 继续向左,发现int——int类型

还有更多的例子:



float


(


*


(


*


b()) [] )();




//


b is a function that returns a




//


pointer to an array of pointers




//


to functions returning floats.






void




*


(


*


c) (


char


,


int


(


*


)());




//


c is a pointer to a function that takes




//


two parameters:




//


a char and a pointer to a




//


function that takes no




//


parameters and returns




//


an int




//


and returns a pointer to void.






void




**


(


*


d) (


int




&


,


char




**


(


*


)(


char




*


,


char




**


));




//


d is a pointer to a function that takes




//


two parameters:




//


a reference to an int and a pointer




//


to a function that takes two parameters:




//


a pointer to a char and a pointer




//


to a pointer to a char




//


and returns a pointer to a pointer




//


to a char




//


and returns a pointer to a pointer to void






float


(


*


(


*


e[


10


])   (


int




&


) ) [


5


];




//


e is an array of 10 pointers to




//


functions that take a single




//


reference to an int as an argument




//


and return pointers to




//


an array of 5 floats.


吃过晚饭,听完歌,稍作休息,下面开始总结《如何理解c和c++的复杂类型声明》,以实现我在《关于指针的学习》中的承诺。

首先,让我们看看指针与const结合的声明:

const int *p;      //p是指向常整形的指针

int const *p;     //错误

int * const p;   //p是指向整形的常指针

const int * const p;    //p是指向常整形的常指针

怎么样?希望大家不会搞混吧,下面我会告诉大家如何去理解,但是写到这里,我突然想起const的一些东西,这里先插个小插曲,-_-

相信大家在学习C++时也见到过用const修饰函数的,如:

const int Fun();

int Fun() const;

最后那个表示Fun函数是常成员函数(c++类中),既Fun函数不能修改类中的成员变量和成员函数,这个在大家学习MFC中会经常看到的,举个例子:如HWND GetDlgItem(ID) const;这里就不详细说下去了,大家知道这么个事就行了。

回到主题,要想很清楚的理解声明,

一、我们先从编译器中的声明器(declarator)说起,什么是声明器?简单来说,声明器就是标识符和与它组合一起的任何指针、函数括号、数组下标等(定义请参考《c专家编程》),合法的声明存在以下的限制:

1、函数的返回值不能是个函数或数组,所以fun()()和fun()[]是非法的

2、数组里不能有函数,所以fun[]()是非法的

二、优先级规则

A、声明从它的名字开始读取,然后安装优先级从高到低读取

B、优先级高低顺序:

B1、声明中被括号括起来部分

B2、后缀操作符:()表示函数  []表示数组

B3、前缀操作符:*表示指向…的指针

C、如果const和(或)volatile后面紧跟类型(如int等),则const和(或)volatile修饰类型,否则const和(或)volatile修饰紧跟在他们左边的*指针。

根据上面的优先级规则,我们来进行下面的练习:

char * const * (*p)();

1、根据A规则,从p入手,得到p是…;

2、根据B1规则,(*p),得到p是指针,指向…;

3、根据B2规则,()函数下标优先于*,所以(*p)(),得到p是指针,指向一个函数,该函数返回…

4、根据C规则知道const是修饰它左边的*不是右边,所以右边的*应该是函数的返回值,故得到p是指针,指向一个函数,该函数返回另外一个指针,该指针指向…

5、根据C规则知道指针指向一个类型为char的常指针。

6、综上述,得到p是指针,指向一个函数,该函数返回另外一个指针,而该指针指向一个类型为char的常指针。

大功告成!!!!!

以下给出些练习,巩固下,答案以后给:

1、char * (*array[10]) (int **p)

2、void (*signal(int sig, void(*fun)(int)))(int)

呵呵,相信大家对上面那些声明也非常厌恶,那么我们来找解决办法吧,那就是使用typedef,比如对上面的练习中void (*signal(int sig, void(*fun)(int)))(int),用typedef来使用就是:typedef void (*ptr_to_fun)(int)

ptr_to_fun signal(int, ptr_to_fun)

这样估计就清楚了吧!

说到这,有些朋友会说:能不能用#define来解决呢??很好,是可以的啦,但是不好,为什么?很多朋友可能都知道了,因为#define只是简单的符号替换,不进行类型检查,另外一些如#define max ((x)>(y)?(x):(y))这些会带来种种不好,这里就不多说了,反正我除了为常量使用#define外,我都不用#define。

好了,大家看完后,可以休息,也可以看下上面练习的答案,检查下,有疑问的请跟帖提出:

1、array是个数组,该数组的元素是指针,该指针指向一个函数,这个函数的参数是指向指针的指针p,函数返回另外一个指针,而这个指针又指向char类型。

2、fun是个函数指针,函数的参数是int,返回值是void,signal是个函数,其中一个参数是int,另外一个参数是fun,返回另一个指向函数的指针,该函数参数为int,返回void(其实就是fun)