typedef 的详谈

不太想谈#define, 在题主的例子的这种用法里, 它就是个文本替换工具, 预处理器完成的, 无脑替换, 跟word里的replace一模一样, 不关编译器的事. 我想谈一下typedef.

搞懂了c++创始人写的<the design and evolution of cpp>中的下面这个例子, 有助于你理解typdef:

typedef int P();
typedef int Q();
class X {
static P(Q); // 等价于`static int Q()`, Q在此作用域中不再是一个类型
static Q(P); // 等价于`static int Q(int ())`, 定义了一个名为Q的function
};

这是一个极好的例子, 先问一下 typedef int P()到底做了什么? 其实是:

declares a function type P as returning an int and taking no arguments.

1. 官方定义
初次接触此类typedef用法的程序员直观上理解这个例子比较困难, 我们来看一下typedef的官方定义:

Typedef does not work like typedef [type] [new name]. The [new name] part does not always come at the end.

You should look at it this way: if [some declaration] declares a variable, typedef [same declaration] would define a type.

看我标黑的这句话, 总结一下就是: 任何声明变量的语句前面加上typedef之后，原来是变量的都变成一种类型。不管这个声明中的标识符号出现在中间还是最后.

2. 隐藏技能

typedef 定义的新类型, 使用时可以省略括号.

什么意思?

typedef int NUM;
NUM a = 10; // 也可写成`NUM(a) = 10;`
NUM(b) = 12; // 也可写成`NUM b = 12;`

3. 举例
先从初级的开始:

整形

typedef int x; // 定义了一个名为x的int类型

结构体

typedef struct { char c; } s; // 定义名为s的struct类型

指针

typedef int *p; //定义了一个名为p的指针类型, 它指向int (中文描述指针好累)

接下来是高级的(注意标识符不一定在最后):
数组

typedef int A[];  // 定义一个名为A的ints数组的类型

函数

typedef int f(); // 定义一个名为f, 参数为空, 返回值为int的函数类型
typedef int g(int); // 定义一个名为g, 含一个int参数, 返回值为int行的函数类型

现在回过头看:

typedef int P();
static P(Q);

应该就比较好理解了, P是一个新定义的function类型, 它返回值为int, 无参数
根据我的第2点说明, P(Q); 实际上等价于P Q, 声明Q是一个返回值为int, 无参数的函数.

这玩意有什么用呢?
我们都知道C++语言里, 函数都是先声明后使用的(除非在使用之前定义), 看以下例子:

#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <string>
typedef int P(); // 简单的
typedef void Q(int *p, const std::string& s1, const std::string& s2, size_t size, bool is_true); // 复杂的
class X {
public:
P(eat_shit); // 等价于声明`int eat_shit();`
Q(bullshit); // 等价于声明`void bullshit(int *p, const string& s1, const string& s2, size_t size, bool is_true);`
};
int main() {
X *xx;
printf("shit ret: %d\n", xx->eat_shit());
int a[] = {1, 3, 4, 5, 7};
xx->bullshit(a, "foo", "bar", sizeof(a)/sizeof(int), true);
}
int X::eat_shit() {
return 888;
}
void X::bullshit(int *p, const std::string& s1, const std::string& s2, size_t size, bool is_true) {
std::cout << "s1: " << s1 << ", s2: " << s2 << ", size: " << size << std::endl;
printf("elems:\n");
for(int i = 0; i < size; i++) {
printf("%d %s", *p++, (i == size-1) ? "" : ",");
}
printf("\n");
}

理解了上面的再看下面这段：

理解复杂的定义和声明：

在阅读Linux的内核代码是经常会遇到一些复杂的声明和定义，例如：

(1) void * (* (*fp1) (int)) [10];

(2) float (* (*fp2) (int, int, float)) (int);

(3) typedef double (* (* (*fp3) ()) [10]) ();

fp3 a;

(4) int (* (*fp4()) [10]) ();

刚看到这些声明或者定义时，一些初学者甚至有一定经验的工程师都有可能头皮发毛，基于大惑不解。如果缺乏经验和方法来对这些内容进行理解，势必会让我们浪费大量的时间。

我尝试对这些内容进行疏理和总结，为自己和有同样困惑的同学答疑解惑。要理解这些复杂的声明和定义，我觉得首先不能着急，应该由浅而深，逐步突破。下面先看一些简单的定义：

1. 定义一个整型数

int a;

2. 定义一个指向整型数的指针

int *p;

3. 定义一个指向指针的指针，它指向的指针指向一个整型数

int **pp;

到这一步我想大多数人都还好理解，我们可以用一些简单的代码把这三条给串起来：

在阅读Linux的内核代码是经常会遇到一些复杂的声明和定义，例如：

(1) void * (* (*fp1) (int)) [10];

(2) float (* (*fp2) (int, int, float)) (int);

(3) typedef double (* (* (*fp3) ()) [10]) ();

fp3 a;

(4) int (* (*fp4()) [10]) ();

1. 定义一个整型数

int a;

2. 定义一个指向整型数的指针

int *p;

3. 定义一个指向指针的指针，它指向的指针指向一个整型数

int **pp;

到这一步我想大多数人都还好理解，我们可以用一些简单的代码把这三条给串起来：

在阅读Linux的内核代码是经常会遇到一些复杂的声明和定义，例如：

(1) void * (* (*fp1) (int)) [10];

(2) float (* (*fp2) (int, int, float)) (int);

(3) typedef double (* (* (*fp3) ()) [10]) ();

fp3 a;

(4) int (* (*fp4()) [10]) ();

1. 定义一个整型数

int a;

2. 定义一个指向整型数的指针

int *p;

3. 定义一个指向指针的指针，它指向的指针指向一个整型数

int **pp;

到这一步我想大多数人都还好理解，我们可以用一些简单的代码把这三条给串起来：

int a;
int *p;
int **pp;
p = &a; // p指向整数a所在的地址
pp = &p; // pp指向指针p

4. 定义一个包含10个整型数的数组

int arr[10];

5. 定义一个指向包含10个整型数数组的指针

int (*pArr) [10];

用几行代码将4、5两个定义串起来：

int arr[10];
int (*pArr) [10];
pArr = &arr;

6. 定义一个指向函数的指针，被指向的函数有一个整型参数并返回整型值

int (*pfunc) (int);

7. 定义一个包含10个指针的数组，其中包含的指针指向函数，这些函数有一个整型参数并返回整型值

int (*arr[10]) (int);

用几行代码将6、7两个定义串起来：

int (*pfunc) (int);
int (*arr[10]) (int);
arr[0] = pfunc;

到这一步，似乎就不是那么好理解了。现在需要请出用于理解复杂定义的“右左法则”：

从变量名看起，先往右，再往左，碰到圆括号就调转阅读的方向；括号内分析完就跳出括号，还是先右后左的顺序。如此循环，直到分析完整个定义。

让我们用这个方法来分析上面的第6条定义：int (*pfunc) (int);

找到变量名pfunc，先往右是圆括号，调转方向，左边是一个*号，这说明pfunc是一个指针；然后跳出这个圆括号，先看右边，又遇到圆括号，这说明(*pfunc)是一个函数，所以pfunc是一个指向这类函数的指针，即函数指针，这类函数具有一个int类型的参数，返回值类型是int。

接着分析第7条定义：int (*arr[10]) (int);

找到变量名arr，先往右是[]运算符，说明arr是一个数组；再往左是一个*号，说明arr数组的元素是指针（注意：这里的*修饰的不是arr，而是arr[10]。原因是[]运算符的优先级比*要高，arr先与[]结合。）；跳出圆括号，先往右又遇到圆括号，说明arr数组的元素是指向函数的指针，它指向的函数有一个int类型的参数，返回值类型是int。

分析完这两个定义，相信多数人心里面应该有点谱了。可应该还有人会问：怎么判断定义的是函数指针（定义6），还是数组指针（定义5），或是数组（定义7）？可以抽象出几个模式：

type (*var)(...); // 变量名var与*结合，被圆括号括起来，右边是参数列表。表明这是函数指针
type (*var)[]; //变量名var与*结合，被圆括号括起来，右边是[]运算符。表示这是数组指针
type (*var[])...; // 变量名var先与[]结合，说明这是一个数组（至于数组包含的是什么，由旁边的修饰决定）

至此，我们应该有能力分析文章开始列出来了几条声明和定义：

(1) void * (* (*fp1) (int)) [10];

找到变量名fp1，往右看是圆括号，调转方向往左看到*号，说明fp1是一个指针；跳出内层圆括号，往右看是参数列表，说明fp1是一个函数指针，接着往左看是*号，说明指向的函数返回值是指针；再跳出外层圆括号，往右看是[]运算符，说明函数返回的是一个数组指针，往左看是void *，说明数组包含的类型是void *。简言之，fp1是一个指向函数的指针，该函数接受一个整型参数并返回一个指向含有10个void指针数组的指针。

(2) float (* (*fp2) (int, int, float)) (int);

找到变量名fp2，往右看是圆括号，调转方向往左看到*号，说明fp2是一个指针；跳出内层圆括号，往右看是参数列表，说明fp2是一个函数指针，接着往左看是*号，说明指向的函数返回值是指针；再跳出外层圆括号，往右看还是参数列表，说明返回的指针是一个函数指针，该函数有一个int类型的参数，返回值类型是float。简言之，fp2是一个指向函数的指针，该函数接受三个参数(int, int和float)，且返回一个指向函数的指针，该函数接受一个整型参数并返回一个float。

(3) typedef double (* (* (*fp3) ()) [10]) ();

fp3 a;

如果创建许多复杂的定义，可以使用typedef。这一条显示typedef是如何缩短复杂的定义的。

跟前面一样，先找到变量名fp3（这里fp3其实是新类型名），往右看是圆括号，调转方向往左是*，说明fp3是一个指针；跳出圆括号，往右看是空参数列表，说明fp3是一个函数指针，接着往左是*号，说明该函数的返回值是一个指针；跳出第二层圆括号，往右是[]运算符，说明函数的返回值是一个数组指针，接着往左是*号，说明数组中包含的是指针；跳出第三层圆括号，往右是参数列表，说明数组中包含的是函数指针，这些函数没有参数，返回值类型是double。简言之，fp3是一个指向函数的指针，该函数无参数，且返回一个含有10个指向函数指针的数组的指针，这些函数不接受参数且返回double值。

这二行接着说明：a是fp3类型中的一个。

(4) int (* (*fp4()) [10]) ();

这里fp4不是变量定义，而是一个函数声明。

找到变量名fp4，往右是一个无参参数列表，说明fp4是一个函数，接着往左是*号，说明函数返回值是一个指针；跳出里层圆括号，往右是[]运算符，说明fp4的函数返回值是一个指向数组的指针，往左是*号，说明数组中包含的元素是指针；跳出外层圆括号，往右是一个无参参数列表，说明数组中包含的元素是函数指针，这些函数没有参数，返回值的类型是int。简言之，fp4是一个返回指针的函数，该指针指向含有10个函数指针的数组，这些函数不接受参数且返回整型值。

用typedef简化复杂的声明和定义

以上我们已经看到了不少复杂的声明和定义，这里再举一个例子：

int *(*a[10]) (int, char*);

用前面的“右左法则”，我们可以很快弄清楚：a是一个包含10个函数指针的数组，这些函数的参数列表是(int, char*)，返回值类型是int*。理解已经不成问题，这里的关键是如果要定义相同类型的变量b，都得重复书写：

int *(*b[10]) (int, char*);

这里有没有方便的办法避免这样没有价值的重复？答案就是用typedef来简化复杂的声明和定义。

typedef可以给现有的类型起个别名。这里用typedef给以上a、b的类型起个别名：

typedef int *(*A[10]) (int, char*); // 在之前定义的前面加入typedef，然后将变量名a替换成类型名A

现在要再定义相同类型的变量c，只需要：

A c;

再看一例：

void (*b[10]) (void (*)());

先替换右边括号里面的参数，将void (*)()的类型起个别名pParam：

[cpp] view plain copy

typedef void (*pParam) ();

再替换左边的变量b，为b的类型起个别名B：

[cpp] view plain copy

typedef void (*B) (pParam);

原声明的简化版：

[cpp] view plain copy

B b[10];