关于C/C++函数指针声明的理解

由于最近对函数指针的理解比较模糊,所有又重新学习了一把关于函数指针的知识,参考了很多书籍和网上的文章。现在本人进行一下分享和总结。本文的其实只是整理和总结别人现有的文章,作为备用参考文档。

【正文】

要理解一个C程序,仅仅理解组成该程序的符号是不够的。程序员还必须理解这些符号是如何组合成声明、表达式、语句和程序的。

我们先来看看下面的一个语句:

( *( void(*)())0)();

这是当计算机启动时,硬件将调用首地址为0位置的子例程。像这样的表达式恐怕会令每个C/C++程序员的内心都“不寒而栗”吧。然而,完全不用害怕,任何C变量的声明都是由两部分组成:类型以及一组类似表达式的声明符。最简单的声明变量,如:

float f , g ;

这个声明的含义是:当对其求值时,表达式f和g的类型为浮点型。同样的逻辑也适用于函数和指针类型的声明,例如:

float ff();

这个声明的含义是:表达式ff()求值结果是一个浮点数,也就是说,ff是一个返回值为浮点类型的函数,类似地:

float *pf;

这个声明的含义是*pf是一个浮点数,也就是说,pf是一个指向浮点数的指针。

以上这些形式在声明中还可以组合起来,就像在表达式中进行组合一样,因此:

float *g() , (*h)();

表示*g()与(*h)()是浮点表达式。因为()结合优先级高于*,*g()也就是*(g()):g是一个函数,该函数的返回值类型为指向浮点数的指针。同理,可以得出h是一个函数指针,h所指向函数的返回值为浮点类型。

一旦我们知道了如何声明一个给定类型的变量,那么该类型的类型转换符就很容易得到了:只需要把声明中的变量名和声明末尾的分号去掉,再将剩余的部分用一个括号整个“封装”起来即可。例如:

float (*h)();

表示h是一个指向返回值为浮点类型的函数的指针,因此,

(float (*)())

表示一个“指向返回值为浮点类型的函数的指针”的类型转换符。

那么,我们现在来看看前面我们提出的表达式:

( *( void(*)())0)();

第一步,假定变量fp是一个函数指针,那么如何调用fp所指向的函数呢?调用方法如下:

(*fp)();

因为fp是一个函数指针,那么*fp就是该指针所指向的函数,所以(*fp)()就是调用该函数的方式。表达式(*fp)()中,*fp两侧的括号非常重要,因为函数运算符()的优先级高于单目运算符*。如果*fp两侧没有括号,那么*fp()实际上与*(fp())的含义完全一致。现在剩下的问题就只是找到一个恰到的表达式来替换fp。

我们将在分析的第二步来解决这个问题。如果C编译器能够理解我们大脑中对于类型的认识,那么我们可以这样写:

(*0)()

上式并不能生效,因为运算符*必须要一个指针来做操作数。而且这个指针还应该是一个函数指针,这样经运算符*作用后的结果才能作为函数被调用。因此,在上式中必须对0作类型转换,转换后的类型可以大致描述为:“指向返回值为void类型的函数的指针”。

如果fp是一个指向返回值为void类型的函数的指针,那么(*fp)()的值为void,fp的声明如下:

viod (*fp)();

因此,将常数0转型为“指向返回值为void的函数的指针”类型,可以这样写:

(void (*)())0

因此,我们可以用(void(*)())0来替换fp,从而得到:

( *( void(*)())0)();

当然,我们用typedef来解决这个问题能够表述更加清晰:

typedef void (*fp)();

(*(fp)0)();

这个问题就可以解决了。

我们再来考虑signal库函数,一般情况下,程序员并不主动声明signal函数,而是直接使用头文件signal.h中的声明。那么,在头文件signal.h中,signal函数是如何声明的呢?

首先,让我们从用户定义的信号处理函数开始考虑,这无疑是最容易解决的。该函数可以定义如下:

void sigfunc(int n){

/* 特定信号处理部分*/

}

函数sigfunc的参数是一个代表特定信号的整数值,此处我们暂时忽略它。上面假设的函数体定义了sigfunc函数,因而sigfunc函数的声明可以如下:

void sigfunc(int );

现在假定我们希望声明一个指向sigfunc函数的指针变量,不妨命名为sfp。因而sfp指向sigfunc函数,*sfp就代表sigfunc函数,因此*sfp可以被调用。因此我们可以如下这样声明sfp:

void (*sfp)(int);

因为signal函数的返回值类型与sfp的返回值类型一样,上式也就声明了signal函数,我们不妨可以如下声明signal函数:

void (*signal(something))(int);

此处的something代表了signal函数的参数类型,我们还需要进一步了解如何声明它们。上面声明可以这样理解:传递适当的参数以调用signal函数,对signal函数返回值(为函数指针类型)解除引用,然后传递一个整型参数调用解除引用后所得函数,最后返回值为void类型。因此,signal函数的返回值是一个指向返回值为void类型的函数指针。

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