如何理解C和C++的複雜類型聲明

    曾經碰到過讓你迷惑不解、類似於int * (* (*fp1) (int) ) [10];這樣的變量聲明嗎?本文將由易到難,一步一步教會你如何理解這種複雜的C/C++聲明。

    我們將從每天都能碰到的較簡單的聲明入手,然後逐步加入const修飾符和typedef,還有函數指針,最後介紹一個能夠讓你準確地理解任何C/C++聲明的“右左法則”。

    需要強調一下的是,複雜的C/C++聲明並不是好的編程風格;我這裏僅僅是教你如何去理解這些聲明。注意:爲了保證能夠在同一行上顯示代碼和相關注釋,本文最好在至少1024x768分辨率的顯示器上閱讀。

    讓我們從一個非常簡單的例子開始,如下:

    int n;

    這個應該被理解爲“declare n as an int”(n是一個int型的變量)。接下去來看一下指針變量,如下:

    int *p;

    這個應該被理解爲“declare p as an int *”(p是一個int *型的變量),或者說p是一個指向一個int型變量的指針。我想在這裏展開討論一下:我覺得在聲明一個指針(或引用)類型的變量時,最好將*(或&)寫在緊靠變量之前,而不是緊跟基本類型之後。這樣可以避免一些理解上的誤區,比如:

    再來看一個指針的指針的例子:

    char **argv;

    理論上,對於指針的級數沒有限制,你可以定義一個浮點類型變量的指針的指針的指針的指針,再來看如下的聲明:

    int RollNum[30][4]; int (*p)[4]=RollNum; int *q[5];

    這裏,p被聲明爲一個指向一個4元素(int類型)數組的指針,而q被聲明爲一個包含5個元素(int類型的指針)的數組。另外,我們還可以在同一個聲明中混合實用*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是一個int類型的指針的指針;p2是一個int類型的指針的引用;p3是一個int類型引用的指針(不合法!);p4是一個int類型引用的引用(不合法!)。

    const修飾符

    當你想阻止一個變量被改變,可能會用到const關鍵字。在你給一個變量加上const修飾符的同時,通常需要對它進行初始化,因爲以後的任何時候你將沒有機會再去改變它。例如:

    const int n=5; int const m=10;

    上述兩個變量n和m其實是同一種類型的——都是const int(整形恆量)。因爲C++標準規定,const關鍵字放在類型或變量名之前等價的。我個人更喜歡第一種聲明方式,因爲它更突出了const修飾符的作用。當const與指針一起使用時,容易讓人感到迷惑。例如,我們來看一下下面的p和q的聲明:

    const int *p; int const *q;

    他們當中哪一個代表const int類型的指針(const直接修飾int),哪一個代表int類型的const指針(const直接修飾指針)?實際上,p和q都被聲明爲const int類型的指針。而int類型的const指針應該這樣聲明:

    int * const r= &n;// n has been declared as an int

    這裏,p和q都是指向const int類型的指針,也就是說,你在以後的程序裏不能改變*p的值。而r是一個const指針,它在聲明的時候被初始化指向變量n(即r=&n;)之後,r的值將不再允許被改變(但*r的值可以改變)。

    組合上述兩種const修飾的情況,我們來聲明一個指向const int類型的const指針,如下:

    const int * const p=&n // n has been declared as const int

    下面給出的一些關於const的聲明,將幫助你徹底理清const的用法。不過請注意,下面的一些聲明是不能被編譯通過的,因爲他們需要在聲明的同時進行初始化。爲了簡潔起見,我忽略了初始化部分;因爲加入初始化代碼的話,下面每個聲明都將增加兩行代碼。

    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類型的指針的指針;p2是指向const char類型的指針的指針;p3是指向char類型的const指針;p4是指向const char類型的const指針;p5是指向char類型的指針的const指針;p6是指向const char類型的指針的const指針;p7是指向char類型const指針的const指針;p8是指向const char類型的const指針的const指針。

    typedef的妙用

    typedef給你一種方式來克服“*只適合於變量而不適合於類型”的弊端。你可以如下使用typedef:

    typedef char * PCHAR; PCHAR p,q;

    這裏的p和q都被聲明爲指針。(如果不使用typedef,q將被聲明爲一個char變量,這跟我們的第一眼感覺不太一致!)下面有一些使用typedef的聲明,並且給出瞭解釋:

    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經常用在一個結構聲明之前,如下。這樣,當創建結構變量的時候,允許你不使用關鍵字struct(在C中,創建結構變量時要求使用struct關鍵字,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 */

    函數指針

    函數指針可能是最容易引起理解上的困惑的聲明。函數指針在DOS時代寫TSR程序時用得最多;在Win32和X-Windows時代,他們被用在需要回調函數的場合。當然,還有其它很多地方需要用到函數指針:虛函數表,STL中的一些模板,Win NT/2K/XP系統服務等。讓我們來看一個函數指針的簡單例子:

    int (*p)(char);

    這裏p被聲明爲一個函數指針,這個函數帶一個char類型的參數,並且有一個int類型的返回值。另外,帶有兩個float類型參數、返回值是char類型的指針的指針的函數指針可以聲明如下:

    char ** (*p)(float, float);

    那麼,帶兩個char類型的const指針參數、無返回值的函數指針又該如何聲明呢?參考如下:

    void * (*a[5])(char * const, char * const);

    “右左法則”是一個簡單的法則,但能讓你準確理解所有的聲明。這個法則運用如下:從最內部的括號開始閱讀聲明,向右看,然後向左看。當你碰到一個括號時就調轉閱讀的方向。括號內的所有內容都分析完畢就跳出括號的範圍。這樣繼續,直到整個聲明都被分析完畢。

    對上述“右左法則”做一個小小的修正:當你第一次開始閱讀聲明的時候,你必須從變量名開始,而不是從最內部的括號。

    下面結合例子來演示一下“右左法則”的使用。

    int * (* (*fp1) (int) ) [10];

    閱讀步驟:

    1. 從變量名開始——fp1

    2. 往右看,什麼也沒有,碰到了),因此往左看,碰到一個*——一個指針

    3. 跳出括號,碰到了(int)——一個帶一個int參數的函數

    4. 向左看,發現一個*——(函數)返回一個指針

    5. 跳出括號,向右看,碰到[10]——一個10元素的數組

    6. 向左看,發現一個*——指針

    7. 向左看,發現int——int類型

    總結:fp1被聲明成爲一個函數的指針,該函數返回指向指針數組的指針.

    再來看一個例子:

    int *( *( *arr[5])())();

    閱讀步驟:

    1. 從變量名開始——arr

    2. 往右看,發現是一個數組——一個5元素的數組

    3. 向左看,發現一個*——指針

    4. 跳出括號,向右看,發現()——不帶參數的函數

    5. 向左看,碰到*——(函數)返回一個指針

    6. 跳出括號,向右發現()——不帶參數的函數

    7. 向左,發現*——(函數)返回一個指針

    8. 繼續向左,發現int——int類型


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