如何理解c和c ++的复杂类型声明

墨蓝 2022-06-17 04:38 124阅读 0赞

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：

![None.gif][]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：

![None.gif][]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：

![None.gif][]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：

![None.gif][]int RollNum\[30\]\[4\];   
![None.gif][]int (\*p)\[4\]=RollNum;   
![None.gif][]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：

![None.gif][]int \*\*p1;   
![None.gif][]// p1 is a pointer  to a pointer  to an int.   
![None.gif][]int \*&p2;    
![None.gif][]// p2 is a reference to a pointer  to an int.    
![None.gif][]int &\*p3;    
![None.gif][]// ERROR: Pointer  to a reference is illegal.    
![None.gif][]int &&p4;   
![None.gif][]// ERROR: Reference to a reference is illegal.   
![None.gif][]

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：

![None.gif][]const int n=5;   
![None.gif][]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：

![None.gif][]const int \*p;    
![None.gif][]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：

![None.gif][]int \* const r= &n;   
![None.gif][]// 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：

![None.gif][]const int \* const p=&n;   
![None.gif][]// 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。

![None.gif][]char \*\* p1;   
![None.gif][]//    pointer to    pointer to    char   
![None.gif][]const char \*\*p2;   
![None.gif][]//    pointer to    pointer to const char   
![None.gif][]char \* const \* p3;   
![None.gif][]//    pointer to const pointer to    char   
![None.gif][]const char \* const \* p4;   
![None.gif][]//    pointer to const pointer to const char   
![None.gif][]char \*\* const p5;   
![None.gif][]// const pointer to    pointer to    char   
![None.gif][]const char \*\* const p6;   
![None.gif][]// const pointer to    pointer to const char   
![None.gif][]char \* const \* const p7;   
![None.gif][]// const pointer to const pointer to    char   
![None.gif][]const char \* const \* const p8;   
![None.gif][]// 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：

![None.gif][]typedef char \* PCHAR;   
![None.gif][]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：

![None.gif][]typedef char \* a;   
![None.gif][]// a is a pointer to a char    
![None.gif][]typedef a b();   
![None.gif][]// b is a function that returns    
![None.gif][]// a pointer to a char   
![None.gif][]typedef b \*c;   
![None.gif][]// c is a pointer to a function    
![None.gif][]// that returns a pointer to a char    
![None.gif][]typedef c d();   
![None.gif][]// d is a function returning    
![None.gif][]// a pointer to a function    
![None.gif][]// that returns a pointer to a char   
![None.gif][]typedef d \*e;// e is a pointer to a function    
![None.gif][]// returning a pointer to a    
![None.gif][]// function that returns a    
![None.gif][]// pointer to a char    
![None.gif][]e var\[10\];   
![None.gif][]// var is an array of 10 pointers to    
![None.gif][]// functions returning pointers to    
![None.gif][]// 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）。

![None.gif][]typedef struct tagPOINT   
![ExpandedBlockStart.gif][]![ContractedBlock.gif][]...\{   
![InBlock.gif][] int x;   
![InBlock.gif][] int y;   
![ExpandedBlockEnd.gif][]\}POINT;   
![None.gif][]   
![ExpandedBlockStart.gif][]![ContractedBlock.gif][]POINT p; /\*\*//\* Valid C code \*/   
![None.gif][]

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：

![None.gif][]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：

![None.gif][]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：

![None.gif][]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。

![None.gif][]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：

![None.gif][]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：

![None.gif][]float ( \* ( \*b()) \[\] )();   
![None.gif][]// b is a function that returns a   
![None.gif][]// pointer to an array of pointers    
![None.gif][]// to functions returning floats.    
![None.gif][]void \* ( \*c) ( char, int (\*)());   
![None.gif][]// c is a pointer to a function that takes    
![None.gif][]// two parameters:    
![None.gif][]// a char and a pointer to a   
![None.gif][]// function that takes no    
![None.gif][]// parameters and returns    
![None.gif][]// an int    
![None.gif][]// and returns a pointer to void.    
![None.gif][]void \*\* (\*d) (int &, char \*\*(\*)(char \*, char \*\*));   
![None.gif][]// d is a pointer to a function that takes    
![None.gif][]// two parameters:    
![None.gif][]// a reference to an int and a pointer    
![None.gif][]// to a function that takes two parameters:    
![None.gif][]// a pointer to a char and a pointer    
![None.gif][]// to a pointer to a char    
![None.gif][]// and returns a pointer to a pointer    
![None.gif][]// to a char    
![None.gif][]// and returns a pointer to a pointer to void    
![None.gif][]float ( \* ( \* e\[10\])   (int &) ) \[5\];   
![None.gif][]// e is an array of 10 pointers to    
![None.gif][]// functions that take a single    
![None.gif][]// reference to an int as an argument    
![None.gif][]// and return pointers to    
![None.gif][]// an array of 5 floats.   
![None.gif][]

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）

[None.gif]: /images/20220617/069416b2922f4878b135fd12d5cf5027.png
[ExpandedBlockStart.gif]: http://images.csdn.net/syntaxhighlighting/OutliningIndicators/ExpandedBlockStart.gif
[ContractedBlock.gif]: /images/20220617/d53a93aa61d64fb98b447c7c28ee24d9.png
[InBlock.gif]: /images/20220617/af6421b8c7f94fb8aa165645425c76ba.png
[ExpandedBlockEnd.gif]: /images/20220617/babb205d0ce84661a35d0f7fb7204268.png