教你理解复杂的C/C++声明

• 教你理解复杂的C/C++声明

介绍
      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。
基础 
      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：
int* p,q; 
      第一眼看去，好像是p和q都是int*类型的，但事实上，只有p是一个指针，而q是一个最简单的int型变量。 
      我们还是继续我们前面的话题，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”[重要！！！] 
      The right-left rule: Start reading the declaration from the innermost parentheses, go right, and then go left. When you encounter parentheses, the direction should be reversed. Once everything in the parentheses has been parsed, jump out of it. Continue till the whole declaration has been parsed. 
      这是一个简单的法则，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
总结：
      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.