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  • 如何理解c和c++的复杂类型声明

    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1024x768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)(floatfloat);

    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 * constchar * 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) ( charint (*)());
    // 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)
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