《C专家编程》第三章——分析C语言的声明
前面一章我們已經(jīng)說(shuō)過(guò)Ｃ語(yǔ)言存在的一些問(wèn)題和它晦澀的地方，讓我們對(duì)這門神奇的語(yǔ)言有了更深的了解?，F(xiàn)在這一章則集中精力來(lái)討論Ｃ語(yǔ)言的聲明，分為三塊，首先是說(shuō)明Ｃ語(yǔ)言聲明晦澀難懂的原因和聲明是如何形成的，其次就是學(xué)習(xí)怎樣對(duì)Ｃ語(yǔ)言的聲明進(jìn)行分析，另外本文將詳細(xì)來(lái)探討一個(gè)分析Ｃ語(yǔ)言聲明的工具——cdecl，分析和編寫它的源代碼。
C語(yǔ)言的聲明晦澀難懂這一點(diǎn)應(yīng)該是名不虛傳的，比如說(shuō)下面這個(gè)聲明：
void (*signal(int sig, void(*func) (int)))(int);
這可不是嚇人的，熟悉C語(yǔ)言的人會(huì)發(fā)現(xiàn)，這原來(lái)就是ANSI C標(biāo)準(zhǔn)中的信號(hào)的信號(hào)處理函數(shù)的函數(shù)原型，如果你沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)，那么你確實(shí)應(yīng)該好好補(bǔ)補(bǔ)你的C語(yǔ)言了。那么這個(gè)函數(shù)原型是什么意思呢？后面會(huì)說(shuō)明，在這里提出就是證明在C語(yǔ)言中，的確存在這種晦澀難懂的聲明。
為什么在C語(yǔ)言中會(huì)存在這種晦澀難懂的聲明呢？這里有幾個(gè)原因。首先，在設(shè)計(jì)C語(yǔ)言的時(shí)候，由于人們對(duì)于“類型模型”尚屬陌生，而且C語(yǔ)言進(jìn)化而來(lái)的BCPL語(yǔ)言也是無(wú)類型語(yǔ)言，所以C語(yǔ)言先天有缺。然后出現(xiàn)了一種C語(yǔ)言設(shè)計(jì)哲學(xué)——要求對(duì)象的聲明形式與它的使用形式盡可能相似，這種做法的好處是各種不同操作符的優(yōu)先級(jí)在“聲明”和“使用”時(shí)是一樣的。比如說(shuō)：
聲明一個(gè)int型變量時(shí)：int n;
使用這個(gè)int型變量時(shí)：n
可以看出聲明形式和使用形式非常相似。不過(guò)它也有缺點(diǎn)，它的缺點(diǎn)在于操作符的優(yōu)先級(jí)是C語(yǔ)言中另外一個(gè)設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)牡胤?。也就是說(shuō)，C語(yǔ)言之前存在的操作符優(yōu)先級(jí)的問(wèn)題在這里又繼續(xù)影響它的聲明和定義，這就導(dǎo)致程序員需要記住特殊規(guī)則才能推測(cè)出一些稍微復(fù)雜的聲明，當(dāng)然之前也說(shuō)過(guò)，C語(yǔ)言并不是為程序員設(shè)計(jì)的，它只是為編譯器設(shè)計(jì)的。在C++中，這一點(diǎn)倒是有所改善，比如說(shuō)int &p;就是聲明p是一個(gè)只想整形地址的數(shù)也就是指針。C語(yǔ)言的聲明存在的最大問(wèn)題是你無(wú)法以一種人們所習(xí)慣的自然方式從左向右閱讀一個(gè)聲明，在ANSI C引入volatile和const關(guān)鍵字之后，情況就更糟糕了。由于這些關(guān)鍵字只能出現(xiàn)在聲明中，這就使得聲明形式與使用形式完全對(duì)得上號(hào)的越來(lái)越少了。我相信有很多學(xué)習(xí)C語(yǔ)言的人都搞不太清楚const與指針之間的聲明關(guān)系，請(qǐng)看下面的例子：
const int * grape;
int const * grape;
int * const grape;
const int * const grape;
int const * const grape;
怎么樣？如果你能正確的分析它們的含義，那么說(shuō)明你的C語(yǔ)言學(xué)得不錯(cuò)，如果你已經(jīng)暈了，那也不怪你，畢竟這種情況只會(huì)在C語(yǔ)言里出現(xiàn)。不過(guò)，還是讓我們來(lái)解決這幾個(gè)例題，首先我們要明白const關(guān)鍵字，它的名字經(jīng)常誤導(dǎo)人們，導(dǎo)致讓人覺(jué)得它就是個(gè)常量，在這里有個(gè)更合適的詞適合它，我們把它叫做”只讀“，它是個(gè)變量，不過(guò)你只有讀取它的權(quán)限，不能對(duì)它進(jìn)行任何修改。我是這么分析這種const聲明的：只要const出現(xiàn)在"*"這個(gè)符號(hào)之前，可能是int const *,也可能是const int *,總之，它出現(xiàn)在”*"之前，那么就說(shuō)明它指向的對(duì)象是只讀的。如果它在”*"這個(gè)符號(hào)之后，也就是說(shuō)它靠近變量名，那么就說(shuō)明這個(gè)指針是只讀的。換句話也可以這么說(shuō)，如果它出現(xiàn)在"*"之前，說(shuō)明它修飾的是標(biāo)識(shí)符int或者其他類型名，那么說(shuō)明這個(gè)int的值是只讀的，說(shuō)明它指向的對(duì)象是常量；如果它出現(xiàn)在“*"之后，說(shuō)明它修飾的是變量名grape，那么說(shuō)明這個(gè)指針本身是只讀的，說(shuō)明這個(gè)指針為常量。這樣再來(lái)看上面兩個(gè)例題就很簡(jiǎn)單了，第一個(gè)和第二個(gè)的const均出現(xiàn)在"*"符號(hào)之前，而"*"之后沒(méi)有const變量，那么說(shuō)明這兩個(gè)都是常量指針，也就是說(shuō)指向的int值是只讀的；第三個(gè)const則出現(xiàn)在"*"之后，而”*"之前沒(méi)有，說(shuō)明第三個(gè)是一個(gè)指針常量，這個(gè)指針是只讀的；第四個(gè)和第五個(gè)const出現(xiàn)在“*"之前和之后，就說(shuō)明它既是指針常量也是常量指針，指針本身和指針?biāo)赶虻膇nt值都是只讀的。
看到這里，相信大家已經(jīng)對(duì)C語(yǔ)言這種晦澀的聲明語(yǔ)法有所體會(huì)了，這樣看來(lái)，正常人都不是很喜歡這種晦澀的語(yǔ)法，可能只有編譯器才會(huì)喜歡了吧！
下面我們來(lái)看看聲明是如何形成的：
首先要了解的東西叫做聲明器——是所有聲明的核心。聲明器是標(biāo)識(shí)符以及與它組合在一起的任何指針、函數(shù)括號(hào)、數(shù)組下標(biāo)等。下面我列出一個(gè)聲明器的組成部分，首先它可以有零個(gè)或多個(gè)指針，這些指針是否有const或是volatile關(guān)鍵字都沒(méi)有關(guān)系，其次，一個(gè)聲明器里有且只有一個(gè)直接聲明器，這個(gè)直接聲明器可以是只有一個(gè)標(biāo)識(shí)符，或者是標(biāo)識(shí)符[下標(biāo)]，或者是標(biāo)識(shí)符(參數(shù))，或者是(聲明器）。書中給出的表格可能有些困難，所以把它總結(jié)下來(lái)就是這么一個(gè)公式：
聲明器 = 直接聲明器( 標(biāo)識(shí)符 or 標(biāo)識(shí)符[下標(biāo)] or 標(biāo)識(shí)符(參數(shù)) or (聲明器) ) + (零個(gè)或多個(gè)指針)
這個(gè)式子已經(jīng)相當(dāng)簡(jiǎn)潔了，不過(guò)早些時(shí)候提到過(guò)，()操作符在C語(yǔ)言中代表的意思太多了，在這里就體現(xiàn)了出來(lái)，它既表示函數(shù)，又表示聲明器，還表示括號(hào)優(yōu)先級(jí)。為了讓大家更好的理解，我來(lái)舉出一些例子給予說(shuō)明：
有一個(gè)直接聲明器，并且這個(gè)聲明器為標(biāo)識(shí)符：n
有一個(gè)直接聲明器為標(biāo)識(shí)符，還有一個(gè)指針： * n
有一個(gè)直接聲明器為標(biāo)識(shí)符[下標(biāo)]，還有一個(gè)指針： * n[10]
有一個(gè)直接聲明器為標(biāo)識(shí)符(參數(shù)): n(int x)
這些聲明器看上去跟我們平時(shí)的聲明很相似，但是好像又不完整，別著急，因?yàn)槁暶髌髦皇锹暶鞯囊粋€(gè)部分，下面我們來(lái)看一條聲明的組成部分：C語(yǔ)言中的聲明至少由一個(gè)類型說(shuō)明符和一個(gè)聲明器以及零個(gè)或多個(gè)其他聲明器和一個(gè)分號(hào)組成。下面我們一一來(lái)介紹這每個(gè)部分：
首先類型說(shuō)明符有這些：void、char、short、int、long、signed、unsigned、float、double以及結(jié)構(gòu)說(shuō)明符、枚舉說(shuō)明符、聯(lián)合說(shuō)明符。然后我們知道C語(yǔ)言的變量存儲(chǔ)類型有auto、static、register，鏈接類型有extern、static，還有類型限定符const、volatile，這些都是C語(yǔ)言常見(jiàn)的關(guān)鍵字和各種類型，那么一個(gè)聲明中至少要有一個(gè)類型說(shuō)明符，這個(gè)很好理解，因?yàn)檫@個(gè)類型說(shuō)明符告訴計(jì)算機(jī)我們要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)類型。
聲明器的部分見(jiàn)上面，我已經(jīng)把它說(shuō)得比較清楚了。
關(guān)于其他聲明器，我舉出一個(gè)例子大家就明白了：
char i, j;
看到它同時(shí)聲明了兩個(gè)變量，其中j就是其他聲明器，這表示同一條聲明語(yǔ)句中可以同時(shí)聲明多個(gè)變量。
最后一個(gè)分號(hào)，是C語(yǔ)言中一條語(yǔ)句結(jié)束的標(biāo)志。
至此，C語(yǔ)言的聲明就已經(jīng)很清楚了，不過(guò)要注意在聲明的時(shí)候還是有一些其他規(guī)則，比如說(shuō)函數(shù)的返回值不能是一個(gè)函數(shù)或數(shù)組，數(shù)組里面也不能含有函數(shù)。
了解了C語(yǔ)言聲明的詳細(xì)內(nèi)容之后，我們?cè)賮?lái)看看如何分析C語(yǔ)言的聲明：
接下來(lái)我們要做的事情就是，用通俗的語(yǔ)言把聲明分解開(kāi)來(lái)，分別解釋各個(gè)組成部分。
在這里提一句，關(guān)于分析C語(yǔ)言的聲明部分，在《C與指針》的第13章——高級(jí)指針話題中也有詳細(xì)的描述，會(huì)一步一步從簡(jiǎn)單的聲明到復(fù)雜的聲明，再介紹一些高級(jí)指針的用法。而在本書中，我們將著重建立一個(gè)模型來(lái)分析所有的聲明。
先來(lái)理解C語(yǔ)言聲明的優(yōu)先級(jí)規(guī)則：
A 聲明從它的名字開(kāi)始讀取，然后按照優(yōu)先級(jí)順序依次讀取
B 優(yōu)先級(jí)從高到低依次是：
1. 聲明中被括號(hào)括起來(lái)的部分
2. 后綴操作符：括號(hào)（）表示這是一個(gè)函數(shù)；[]則表示這是一個(gè)數(shù)組
3. 前綴操作符：星號(hào)* 表示"指向...的指針“
C 如果const或volatile關(guān)鍵字存在，那么按我在前面所說(shuō)的辦法判斷它們修飾標(biāo)識(shí)符還是修飾類型
下面，還是給出一個(gè)例子來(lái)幫助理解：
char * const *(*next) ();
A 首先，變量名是next
B next被一個(gè)括號(hào)括住，而括號(hào)的優(yōu)先級(jí)最高，所以”next是一個(gè)指向...的指針“
然后考慮括號(hào)外面的后綴操作符為（），所以”next是一個(gè)函數(shù)指針，指向一個(gè)返回值為...的函數(shù)“
然后考慮前綴操作符，從而得出”next是一個(gè)函數(shù)指針，指向一個(gè)返回值為...的指針的函數(shù)“
C 最后，char * const是一個(gè)指向字符的常量指針
所以，我們可以得出結(jié)論：next是一個(gè)函數(shù)指針，該函數(shù)返回一個(gè)指針，這個(gè)指針指向一個(gè)類型為char的常量指針。
當(dāng)然，如果不想自己分析這些復(fù)雜的聲明，你還有一個(gè)好的選擇，就是用一個(gè)工具來(lái)幫助你分析；或者你想知道自己的分析對(duì)不對(duì)，也可以用到這個(gè)工具——cdecl，它是一個(gè)C語(yǔ)言聲明的分析器，可以解釋一個(gè)現(xiàn)存的C語(yǔ)言聲明。下面我簡(jiǎn)述它的安裝和使用過(guò)程，同樣是在Linux上：
首先，安裝命令
sudo apt install cdecl然后直接輸入應(yīng)用程序名進(jìn)入程序
cdecl然后直接輸入，來(lái)檢測(cè)一下我們剛剛分析的例子
cdecl> explain char * const *(*next) (); declare next as pointer to function returning pointer to const pointer to char噢，看起來(lái)很不錯(cuò)嘛，我們分析得對(duì)，這個(gè)程序也解釋得很棒，怎么樣，是不是對(duì)這個(gè)程序感到好奇，下面我們來(lái)嘗試自己實(shí)現(xiàn)這個(gè)程序：
首先我們想辦法用一個(gè)圖來(lái)表示分析聲明的整個(gè)過(guò)程，上面給出的步驟很有用，但是還是不夠直觀，在書中作者給出了一個(gè)解碼環(huán)的圖來(lái)描述這個(gè)步驟，下面我把這個(gè)圖大致的描述出來(lái)，有的地方可能加上我自己的理解和修改：
?
要注意的事項(xiàng)我已經(jīng)把它們都標(biāo)志出來(lái)了，現(xiàn)在讓我們用這個(gè)流程圖來(lái)分析一個(gè)實(shí)例：
char * const *(*next) ();
分析過(guò)程中另外有一點(diǎn)需要特別注意，那就是需要逐漸把已經(jīng)處理過(guò)的片段“去掉”，這樣便能知道還需要分析多少內(nèi)容。
上面的表格就是這個(gè)表達(dá)式根據(jù)前面給出的流程圖分析聲明的全部過(guò)程，從表格中第一列可以看出這個(gè)表達(dá)式被處理過(guò)的部分在一步一步的去掉，這個(gè)程序的處理過(guò)程現(xiàn)在已經(jīng)講得非常清楚了，接下來(lái)，給出實(shí)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程的具體代碼，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，暫且忽略錯(cuò)誤處理部分，以及在處理結(jié)構(gòu)、枚舉、聯(lián)合時(shí)只簡(jiǎn)單的用“struct”，“enum“和”union“來(lái)代表，假定函數(shù)的括號(hào)內(nèi)沒(méi)有參數(shù)列表，否則事情就變得復(fù)雜多了！這個(gè)程序可能要用到一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，比如說(shuō)堆棧，像這種需要一個(gè)一個(gè)按序列讀取的程序總是免不了要用到堆棧的，在表達(dá)式求值等其他應(yīng)用也經(jīng)常見(jiàn)到。
我們把用結(jié)構(gòu)來(lái)包括每一種標(biāo)記，首先定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
#include <stdio.h> #include <string.h> #include <ctype.h> #include <stdlib.h>#define MAXTOKENS 100 //一條聲明中的標(biāo)記數(shù)量 #define MAXTOKENLEN 64 //每個(gè)標(biāo)記最長(zhǎng)的長(zhǎng)度 enum type_tag {IDENTIFIER, QUALIFIER, TYPE}; //定義類型標(biāo)簽，包括標(biāo)識(shí)符、限定符、類型符 struct token{ //聲明一個(gè)標(biāo)記結(jié)構(gòu)，其中type就是枚舉變量中的類型 char type; char string[MAXTOKENLEN]; //類型的名字，例如int }; int top = -1; //棧頂 struct token stack[MAXTOKENS]; //棧的內(nèi)存為MAXTOKENS struct token this; //剛剛讀入的那個(gè)標(biāo)記 #define pop stack[top--] //用宏定義兩個(gè)函數(shù)，一個(gè)是push，一個(gè)是pop #define push(s) stack[++top] = s? 定義好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之后，main函數(shù)要做的第一步是找出標(biāo)識(shí)符，然后按照上面的流程表執(zhí)行就行
main() {read_to_first_identifier(); //找出第一個(gè)標(biāo)識(shí)符deal_with_declarator(); //進(jìn)入處理標(biāo)識(shí)的函數(shù)printf("\n"); return 0; }下面來(lái)介紹單個(gè)函數(shù)，首先是兩個(gè)基本工具函數(shù)，一個(gè)是用來(lái)判斷當(dāng)前讀取的標(biāo)記的類型，另一個(gè)用來(lái)讀取下一個(gè)標(biāo)記到”this“
enum type_tag classify_string(void) //判斷當(dāng)前讀取的標(biāo)記是什么類型，返回值為枚舉中的一個(gè)值 {char *s = this.string; //如果是const，則把這個(gè)標(biāo)記的string成員改為"只讀“ if(!strcmp(s, "const")){ strcpy(s, "read-only"); return QUALIFIER; } if(!strcmp(s, "volatile")) return QUALIFIER; if(!strcmp(s, "void")) return TYPE; if(!strcmp(s, "char")) return TYPE; if(!strcmp(s, "signed")) return TYPE; if(!strcmp(s, "unsigned")) return TYPE; if(!strcmp(s, "short")) return TYPE; if(!strcmp(s, "int")) return TYPE; if(!strcmp(s, "long")) return TYPE; if(!strcmp(s, "float")) return TYPE; if(!strcmp(s, "double")) return TYPE; if(!strcmp(s, "struct")) return TYPE; if(!strcmp(s, "union")) return TYPE; if(!strcmp(s, "enum")) return TYPE; return INDENTIFIER; //如果標(biāo)記既不是限定符也不是類型符，那就是標(biāo)識(shí)符 } void gettoken(void) //讀取下一個(gè)標(biāo)記到”this“ { char *p = this.string; while((*p = getchar()) == ' '); //跳過(guò)所有的空白字符 if(isalnum(*p)){ //如果遇到標(biāo)記（標(biāo)記必須以字母或數(shù)字開(kāi)頭） while(isalnum(*++p = getchar())); ungetc(*p, stdin); *p = '\0'; this.type = classify_string(); return ; } if(*p == '*'){ //如果遇到指針 strcpy(this.string, "pointer to"); this.type = '*'; return ; } this.string[1] = '\0'; this.type = *p; return ; }接下來(lái)看讀取第一個(gè)標(biāo)識(shí)符，并且同時(shí)從左至右掃描聲明，遇到標(biāo)記則壓入棧中
read_to_first_identifer() //[流程中的第一步] {gettoken();while(this.type != IDENTIFIER){push(this); gettoken(); } printf("%s is ",this.string); gettoken(); }找到標(biāo)識(shí)符的同時(shí)，標(biāo)記的左半部分我們也已經(jīng)壓入了棧中，接下來(lái)處理標(biāo)識(shí)符之后可能存在的數(shù)組、函數(shù)
deal_with_declarator() {switch(this.type){ //查看當(dāng)前標(biāo)記的類型case '[': deal_with_arrays(); //如果是數(shù)組，那么執(zhí)行對(duì)數(shù)組的處理[流程中的第二步] break; case '(': //如果是函數(shù)，那么執(zhí)行對(duì)函數(shù)的處理[流程中的第三步] deal_witch_function_args(); } deal_with_pointers(); //處理指針，流程中的第五步 while(top >= 0){ if(stack[top].type == '('){ //判斷是否是左括號(hào)，流程中的第四步 pop; gettoken(); deal_with_declaration(); }else{ printf("%s ",pop.string); } } }接下來(lái)就是編寫這些處理函數(shù)
deal_with_arrays() {while(this.type == '['){ printf("array "); gettoken(); if(isdigit(this.string[0])){ printf("0..%d ",atoi(this.string) - 1); gettoken(); } gettoken(); printf("of "); } } deal_with_fucntion_args() { while(this.type != ')'){ gettoken(); } gettoken(); printf("function returning "); } deal_with_pointers() { while(stack[top].type == '*'){ printf("%s ", pop.string); } }以上就是整個(gè)程序簡(jiǎn)單版的代碼，為了增加一些趣味，有興趣的朋友可以用昨天的lint檢查程序?qū)ι厦娴某绦蜃龀鰴z查，從而完善這個(gè)簡(jiǎn)單版的程序。
轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/monster-prince/p/6215769.html
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的《C专家编程》第三章——分析C语言的声明的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
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