如何理解c和c++的复杂类型声明

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！）。

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.

 

    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）