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如何理解C和C++的复杂类型声明

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  • C++
 
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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



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