C語言復(fù)雜指針

1、一、復(fù)雜指針C語言所有復(fù)雜的指針聲明，都是由各種聲明嵌套構(gòu)成的。如何解讀復(fù)雜指針聲明呢？右左法則是一個既著名又常用的方法。不過，右左法則其實并不是C標(biāo)準(zhǔn)里面的內(nèi)容，它是從C標(biāo)準(zhǔn)的聲明規(guī)定中歸納出來的方法。C標(biāo)準(zhǔn)的聲明規(guī)則，是用來解決如何創(chuàng)建聲明的，而右左法則是用來解決如何辯識一個聲明的，兩者可以說是相反的。右左法則的英文原文是這樣說的：The right-left rule: Start reading the declaration from the innermost parentheses, go right, and then go left. When you encounter p

2、arentheses, the direction should be reversed. Once everything in the parentheses has been parsed, jump out of it. Continue till the whole declaration has been parsed.這段英文的翻譯如下： 右左法則：首先從最里面的圓括號看起，然后往右看，再往左看。每當(dāng)遇到圓括號時，就應(yīng)該掉轉(zhuǎn)閱讀方向。一旦解析完圓括號里面所有的東西，就跳出圓括號。重復(fù)這個過程直到整個聲明解析完畢。筆者要對這個法則進(jìn)行一個小小的修正，應(yīng)該是從未定義的標(biāo)識符開始閱讀，而

3、不是從括號讀起，之所以是未定義的標(biāo)識符，是因為一個聲明里面可能有多個標(biāo)識符，但未定義的標(biāo)識符只會有一個?，F(xiàn)在通過一些例子來討論右左法則的應(yīng)用，先從最簡單的開始，逐步加深：int (*func)(int *p); 首先找到那個未定義的標(biāo)識符，就是func，它的外面有一對圓括號，而且左邊是一個*號，這說明func是一個指針，然后跳出這個圓括號，先看右邊，也是一個圓括號，這說明(*func)是一個函數(shù)，而func是一個指向這類函數(shù)的指針，就是一個函數(shù)指針，這類函數(shù)具有int*類型的形參，返回值類型是int。 int (*func)(int *p, int (*f)(int*); func被一對括號包

4、含，且左邊有一個*號，說明func是一個指針，跳出括號，右邊也有個括號，那么func是一個指向函數(shù)的指針，這類函數(shù)具有int *和int (*)(int*)這樣的形參，返回值為int類型。再來看一看func的形參int (*f)(int*)，類似前面的解釋，f也是一個函數(shù)指針，指向的函數(shù)具有int*類型的形參，返回值為int。 int (*func5)(int *p); func右邊是一個運算符，說明func是一個具有5個元素的數(shù)組，func的左邊有一個*，說明func5的元素是指針，要注意這里的*不是修飾func的，而是修飾func5的，原因是運算符優(yōu)先級比*高，func先跟結(jié)合，因此*修飾

5、的是func5。跳出這個括號，看右邊，也是一對圓括號，說明func數(shù)組的元素是函數(shù)類型的指針，它所指向的函數(shù)具有int*類型的形參，返回值類型為int。int (*(*func)5)(int *p); func被一個圓括號包含，左邊又有一個*，那么func是一個指針，跳出括號，右邊是一個運算符號，說明func是一個指向數(shù)組的指針，現(xiàn)在往左看，左邊有一個*號，說明這個數(shù)組的元素是指針，再跳出括號，右邊又有一個括號，說明這個數(shù)組的元素是指向函數(shù)的指針?？偨Y(jié)一下，就是：func是一個指向數(shù)組的指針，這個數(shù)組的元素是函數(shù)指針，這些指針指向具有int*形參，返回值為int類型的函數(shù)。 int (*(*f

6、unc)(int *p)5; func是一個函數(shù)指針，這類函數(shù)具有int*類型的形參，返回值是指向數(shù)組的指針，所指向的數(shù)組的元素是具有5個int元素的數(shù)組。 要注意有些復(fù)雜指針聲明是非法的，例如： int func(void) 5; func是一個返回值為具有5個int元素的數(shù)組的函數(shù)。但C語言的函數(shù)返回值不能為數(shù)組，這是因為如果允許函數(shù)返回值為數(shù)組，那么接收這個數(shù)組的內(nèi)容的東西，也必須是一個數(shù)組，但C語言的數(shù)組名是一個右值，它不能作為左值來接收另一個數(shù)組，因此函數(shù)返回值不能為數(shù)組。 int func5(void); func是一個具有5個元素的數(shù)組，這個數(shù)組的元素都是函數(shù)。這也是非法的，因為

7、數(shù)組的元素除了類型必須一樣外，每個元素所占用的內(nèi)存空間也必須相同，顯然函數(shù)是無法達(dá)到這個要求的，即使函數(shù)的類型一樣，但函數(shù)所占用的空間通常是不相同的。 作為練習(xí)，下面列幾個復(fù)雜指針聲明給讀者自己來解析，答案放在第十章里。int (*(*func)56)78; int (*(*(*func)(int *)5)(int *); int (*(*func789)(int*)5;實際當(dāng)中，需要聲明一個復(fù)雜指針時，如果把整個聲明寫成上面所示的形式，對程序可讀性是一大損害。應(yīng)該用typedef來對聲明逐層分解，增強可讀性，例如對于聲明： int (*(*func)(int *p)5;可以這樣分解： typ

8、edef int (*PARA)5;typedef PARA (*func)(int *); 這樣就容易看得多了。二、C語言編譯全過程編譯的概念：編譯程序讀取源程序（字符流），對之進(jìn)行詞法和語法的分析，將高級語言指令轉(zhuǎn)換為功能等效的匯編代碼，再由匯編程序轉(zhuǎn)換為機器語言，并且按照操作系統(tǒng)對可執(zhí)行文件格式的要求鏈接生成可執(zhí)行程序。編譯的完整過程：C源程序>預(yù)編譯處理(.c)>編譯、優(yōu)化程序（.s、.asm）>匯編程序(.obj、.o、.a、.ko)>鏈接程序（.exe、.elf、.axf等）1. 編譯預(yù)處理讀取c源程序，對其中的偽指令（以#開頭的指令）和特殊符號進(jìn)行處理偽指

9、令主要包括以下四個方面：（1）宏定義指令，如#define Name TokenString，#undef等。對于前一個偽指令，預(yù)編譯所要做的是將程序中的所有Name用TokenString替換，但作為字符串常量的 Name則不被替換。對于后者，則將取消對某個宏的定義，使以后該串的出現(xiàn)不再被替換。（2）條件編譯指令，如#ifdef，#ifndef，#else，#elif，#endif等。這些偽指令的引入使得程序員可以通過定義不同的宏來決定編譯程序?qū)δ男┐a進(jìn)行處理。預(yù)編譯程序?qū)⒏鶕?jù)有關(guān)的文件，將那些不必要的代碼過濾掉（3） 頭文件包含指令，如#include "FileName&qu

10、ot;或者#include <FileName>等。在頭文件中一般用偽指令#define定義了大量的宏（最常見的是字符常量），同時包含有各種外部符號的聲明。采用頭文件的目的主要是為了使某些定義可以供多個不同的C源程序使用。因為在需要用到這些定義的C源程序中，只需加上一條#include語句即可，而不必再在此文件中將這些定義重復(fù)一遍。預(yù)編譯程序?qū)杨^文件中的定義統(tǒng)統(tǒng)都加入到它所產(chǎn)生的輸出文件中，以供編譯程序?qū)χM(jìn)行處理。包含到c源程序中的頭文件可以是系統(tǒng)提供的，這些頭文件一般被放在/usr/include目錄下。在程序中#include它們要使用尖括號（< >）。另外開發(fā)

11、人員也可以定義自己的頭文件，這些文件一般與c源程序放在同一目錄下，此時在#include中要用雙引號（""）。（4）特殊符號，預(yù)編譯程序可以識別一些特殊的符號。例如在源程序中出現(xiàn)的LINE標(biāo)識將被解釋為當(dāng)前行號（十進(jìn)制數(shù)），F(xiàn)ILE則被解釋為當(dāng)前被編譯的C源程序的名稱。預(yù)編譯程序?qū)τ谠谠闯绦蛑谐霈F(xiàn)的這些串將用合適的值進(jìn)行替換。預(yù)編譯程序所完成的基本上是對源程序的“替代”工作。經(jīng)過此種替代，生成一個沒有宏定義、沒有條件編譯指令、沒有特殊符號的輸出文件。這個文件的含義同沒有經(jīng)過預(yù)處理的源文件是相同的，但內(nèi)容有所不同。下一步，此輸出文件將作為編譯程序的輸出而被翻譯成為機器指令。2

12、. 編譯、優(yōu)化階段經(jīng)過預(yù)編譯得到的輸出文件中，只有常量；如數(shù)字、字符串、變量的定義，以及C語言的關(guān)鍵字，如main,if,else,for,while, +,-,*,等等。 編譯程序所要作得工作就是通過詞法分析和語法分析，在確認(rèn)所有的指令都符合語法規(guī)則之后，將其翻譯成等價的中間代碼表示或匯編代碼。優(yōu)化處理是編譯系統(tǒng)中一項比較艱深的技術(shù)。它涉及到的問題不僅同編譯技術(shù)本身有關(guān)，而且同機器的硬件環(huán)境也有很大的關(guān)系。優(yōu)化一部分是對中間代碼的優(yōu)化。這種優(yōu)化不依賴于具體的計算機。另一種優(yōu)化則主要針對目標(biāo)代碼的生成而進(jìn)行的。對于前一種優(yōu)化，主要的工作是刪除公共表達(dá)式、循環(huán)優(yōu)化（代碼外提、強度削弱、變換循環(huán)控

13、制條件、已知量的合并等）、復(fù)寫傳播，以及無用賦值的刪除，等等。后一種類型的優(yōu)化同機器的硬件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，最主要的是考慮是如何充分利用機器的各個硬件寄存器存放的有關(guān)變量的值，以減少對于內(nèi)存的訪問次數(shù)。另外，如何根據(jù)機器硬件執(zhí)行指令的特點（如流水線、RISC、CISC、VLIW等）而對指令進(jìn)行一些調(diào)整使目標(biāo)代碼比較短，執(zhí)行的效率比較高，也是一個重要的研究課題。經(jīng)過優(yōu)化得到的匯編代碼必須經(jīng)過匯編程序的匯編轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的機器指令，方可能被機器執(zhí)行。3. 匯編過程匯編過程實際上指把匯編語言代碼翻譯成目標(biāo)機器指令的過程。對于被翻譯系統(tǒng)處理的每一個C語言源程序，都將最終經(jīng)過這一處理而得到相應(yīng)的目標(biāo)文件。目標(biāo)文

14、件中所存放的也就是與源程序等效的目標(biāo)的機器語言代碼。 目標(biāo)文件由段組成。通常一個目標(biāo)文件中至少有兩個段：代碼段：該段中所包含的主要是程序的指令。該段一般是可讀和可執(zhí)行的，但一般卻不可寫。數(shù)據(jù)段：主要存放程序中要用到的各種全局變量或靜態(tài)的數(shù)據(jù)。一般數(shù)據(jù)段都是可讀，可寫，可執(zhí)行的。UNIX環(huán)境下主要有三種類型的目標(biāo)文件：（1）可重定位文件其中包含有適合于其它目標(biāo)文件鏈接來創(chuàng)建一個可執(zhí)行的或者共享的目標(biāo)文件的代碼和數(shù)據(jù)。（2）共享的目標(biāo)文件這種文件存放了適合于在兩種上下文里鏈接的代碼和數(shù)據(jù)。第一種是鏈接程序可把它與其它可重定位文件及共享的目標(biāo)文件一起處理來創(chuàng)建另一個 目標(biāo)文件；第二種是動態(tài)鏈接程序?qū)?/p>

15、它與另一個可執(zhí)行文件及其它的共享目標(biāo)文件結(jié)合到一起，創(chuàng)建一個進(jìn)程映象。（3）可執(zhí)行文件它包含了一個可以被操作系統(tǒng)創(chuàng)建一個進(jìn)程來執(zhí)行之的文件。匯編程序生成的實際上是第一種類型的目標(biāo)文件。對于后兩種還需要其他的一些處理方能得到，這個就是鏈接程序的工作了。4. 鏈接程序由匯編程序生成的目標(biāo)文件并不能立即就被執(zhí)行，其中可能還有許多沒有解決的問題。例如，某個源文件中的函數(shù)可能引用了另一個源文件中定義的某個符號（如變量或者函數(shù)調(diào)用等）；在程序中可能調(diào)用了某個庫文件中的函數(shù)，等等。所有的這些問題，都需要經(jīng)鏈接程序的處理方能得以解決。鏈接程序的主要工作就是將有關(guān)的目標(biāo)文件彼此相連接，也即將在一個文件中引用的符

16、號同該符號在另外一個文件中的定義連接起來，使得所有的這些目標(biāo)文件成為一個能夠誒操作系統(tǒng)裝入執(zhí)行的統(tǒng)一整體。根據(jù)開發(fā)人員指定的同庫函數(shù)的鏈接方式的不同，鏈接處理可分為兩種：（1）靜態(tài)鏈接在這種鏈接方式下，函數(shù)的代碼將從其所在地靜態(tài)鏈接庫中被拷貝到最終的可執(zhí)行程序中。這樣該程序在被執(zhí)行時這些代碼將被裝入到該進(jìn)程的虛擬地址空間中。靜態(tài)鏈接庫實際上是一個目標(biāo)文件的集合，其中的每個文件含有庫中的一個或者一組相關(guān)函數(shù)的代碼。（2） 動態(tài)鏈接在此種方式下，函數(shù)的代碼被放到稱作是動態(tài)鏈接庫或共享對象的某個目標(biāo)文件中。鏈接程序此時所作的只是在最終的可執(zhí)行程序中記錄下共享對象的名字以及其它少量的登記信息。在此可執(zhí)行文件被執(zhí)行時，動態(tài)鏈接庫的全部內(nèi)容將被映射到運行時相應(yīng)進(jìn)程的虛地址空間。動態(tài)鏈接程序?qū)⒏鶕?jù)可執(zhí)行程序中記錄的信息找到相應(yīng)的函數(shù)代碼。對于可執(zhí)行文件中的函數(shù)調(diào)用，可分別采用動態(tài)鏈接或靜態(tài)鏈接的方法。使用動態(tài)鏈接能夠使最終的可執(zhí)行文件比較短小，并且當(dāng)共享對象被多個進(jìn)程使用時能節(jié)約一些內(nèi)存，因為在內(nèi)存中只需要保存一份此共享對象的代碼。但并不是使用動態(tài)鏈接就一定比使用靜態(tài)鏈接要優(yōu)越。在某些情況下動態(tài)鏈接可能帶來一些性能上損害。總結(jié)：C語言編