如何理解c和c ++的复杂类型声明

绝地灬酷狼 2022-09-29 04:14 138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：  
  
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！）。  
  
const修饰符  
  
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的妙用  
  
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  
  
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.