C 的类型语法

C 的类型声明语法以难读著称，尤其是函数指针、数组指针这类声明，经常让人感到绕晕。问题并不在于类型本身有多神秘，而在于 C 把“类型”和“变量名的使用形式”混在一起书写。

本章的目标不是让你死记硬背规则，而是给你一套稳定的读法：先把类型想象成一张图，再把这张图翻译成 C 的声明形式。

读完本章后，你应该能拆解 void (*x)(int)、void (*signal(int, void (*)(int)))(int) 这类声明，并能判断一个声明到底表示“指针”“数组”“函数”，还是这些类型的组合。

用图理解类型

C 能表达的类型其实并不复杂，主要就是基本类型、指针、数组和函数。复杂声明难读的原因，是这些构造可以任意互相嵌套。

因此，我们先把语法形式放到一边，只看类型的结构关系，这样理解起来会容易得多。

下图表示“指向 int 的指针的指针”。从变量出发，沿着箭头依次读：先是一个指针，该指针指向另一个指针，后者再指向 int。

也就是说，如果变量 x 具有上面的类型，那么 x 本身是指针；*x 仍然是指针；**x 才是 int。

数组也可以用同样的方法表示。下面的图表示“长度为 20 的数组，数组元素是指向 int 的指针”。

函数类型也一样可以画出来。下面的图表示一个函数：它接收两个参数，第一个是 int，第二个是 int *，返回值是 void *。

再看一个更复杂的类型：指向函数的指针，而这个函数又返回另一个函数指针。

文字描述会显得很绕，但图里只是几段箭头的连接。

真正的编译器内部也会采用类似的结构来表示类型：一个类型节点指向另一个类型节点。

指针类型指向它所指向的类型；数组类型保存元素类型和长度；函数类型保存参数类型列表和返回值类型。

因此，上面的图不是比喻，而是非常接近编译器内部数据结构的表示。

一种便于阅读的类型记法

为了说明方便，本章使用一种比 C 更直观的记法来描述类型：

• int、char、void 表示基本类型；
• * T 表示“指向 T 的指针”；
• [N] T 表示“长度为 N、元素类型为 T 的数组”；
• func(A, B) R 表示“接收 A、B 两个参数并返回 R 的函数”。

例如 int ** 可以写成 * * int；int *x[20] 的类型可以写成 [20] * int；接收 int 和 int * 并返回 void * 的函数可以写成 func(int, * int) * void。

这种记法不是 C 语法，而是本章为了说明类型结构引入的中间表示。它的优点是可以从左到右阅读，不需要在括号、星号、数组后缀和函数参数列表之间来回跳转。

从类型设计的角度看，这种记法也更接近 Go 语言等现代语言的写法：类型构造按照实际结构顺序排列，读者先看到“这是数组、指针还是函数”，再继续追踪它指向、包含或返回的类型。

C 类型声明的读法

C 声明通常可以拆成四个部分：

1. 基础类型，例如 int、unsigned int、void；
2. 基础类型后面的星号，例如 *、**；
3. 标识符，或用括号包起来的嵌套声明；
4. 标识符后面的数组括号 [] 或函数参数列表 ()。

例如 unsigned int *x() 可以拆成：基础类型 unsigned int，星号 *，标识符 x，以及函数参数列表 ()。这表示 x 是一个函数，返回值是 unsigned int *。

没有嵌套括号的声明

如果星号后面直接跟变量名，读起来比较直接。下面是几个基本例子。

函数声明中，变量名后面的 () 表示“这是函数”。返回值类型由基础类型和星号部分决定。

数组声明中，变量名后面的 [N] 表示“这是数组”。数组的元素类型由其余部分决定。

带嵌套括号的声明

声明里出现 (*x) 这类括号时，要把括号内外分开读。括号的作用是改变结合顺序：如果没有括号，[] 和 () 会优先和变量名结合；加上括号后，星号可以先和变量名结合。

以 int (*x)() 为例。先把括号里的 *x 看成一个占位类型 * ___。括号外的 int y() 表示 func() int。把外层类型填入占位处，得到 * func() int。因此 x 是一个指针，指向一个“返回 int 的函数”。

再看 void (*x[20])(int)。括号里的 *x[20] 表示 [20] * ___；括号外的 void y(int) 表示 func(int) void。组合后得到 [20] * func(int) void。也就是说，x 是长度为 20 的数组，数组元素是函数指针，所指函数接收 int 并返回 void。

下面是 Unix 中著名的 signal 函数声明：

void (*signal(int, void (*)(int)))(int);

这条声明可以读作：signal 是一个函数，它接收两个参数：第一个参数是 int，第二个参数是“指向函数的指针”，该函数接收 int 并返回 void。signal 的返回值也是一个函数指针，所指函数同样接收 int 并返回 void。

练习题

下面的表把若干 C 声明转换成本章使用的类型记法。读的时候建议先找到变量名，再按“后缀优先、括号改变结合顺序”的规则展开。