9. 不完全类型和复杂声明

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2023-12-01

9. 不完全类型和复杂声明

在第 1 节 “复合类型与结构体”讲过算术类型、标量类型的概念，现在又学习了几种类型，我们完整地总结一下C语言的类型。下图出自[Standard C]。

图 23.5. C语言类型总结

C语言的类型分为函数类型、对象类型和不完全类型三大类。对象类型又分为标量类型和非标量类型。指针类型属于标量类型，因此也可以做逻辑与、或、非运算的操作数和if、for、while的控制表达式，NULL指针表示假，非NULL指针表示真。不完全类型是暂时没有完全定义好的类型，编译器不知道这种类型该占几个字节的存储空间，例如：

struct s;
union u;
char str[];

具有不完全类型的变量可以通过多次声明组合成一个完全类型，比如数组str声明两次：

char str[];
char str[10];

当编译器碰到第一个声明时，认为str是一个不完全类型，碰到第二个声明时str就组合成完全类型了，如果编译器处理到程序文件的末尾仍然无法把str组合成一个完全类型，就会报错。读者可能会想，这个语法有什么用呢？为何不在第一次声明时就把str声明成完全类型？有些情况下这么做有一定的理由，比如第一个声明是写在头文件里的，第二个声明写在.c文件里，这样如果要改数组长度，只改.c文件就行了，头文件可以不用改。

不完全的结构体类型有重要作用：

struct s {
	struct t *pt;
};

struct t {
	struct s *ps;
};

struct s和struct t各有一个指针成员指向另一种类型。编译器从前到后依次处理，当看到struct s { struct t* pt; };时，认为struct t是一个不完全类型，pt是一个指向不完全类型的指针，尽管如此，这个指针却是完全类型，因为不管什么指针都占4个字节存储空间，这一点很明确。然后编译器又看到struct t { struct s *ps; };，这时struct t有了完整的定义，就组合成一个完全类型了，pt的类型就组合成一个指向完全类型的指针。由于struct s在前面有完整的定义，所以struct s *ps;也定义了一个指向完全类型的指针。

这样的类型定义是错误的：

struct s {
	struct t ot;
};

struct t {
	struct s os;
};

编译器看到struct s { struct t ot; };时，认为struct t是一个不完全类型，无法定义成员ot，因为不知道它该占几个字节。所以结构体中可以递归地定义指针成员，但不能递归地定义变量成员，你可以设想一下，假如允许递归地定义变量成员，struct s中有一个struct t，struct t中又有一个struct s，struct s又中有一个struct t，这就成了一个无穷递归的定义。

以上是两个结构体构成的递归定义，一个结构体也可以递归定义：

struct s {
	char data[6];
	struct s* next;
};

当编译器处理到第一行struct s {时，认为struct s是一个不完全类型，当处理到第三行struct s *next;时，认为next是一个指向不完全类型的指针，当处理到第四行};时，struct s成了一个完全类型，next也成了一个指向完全类型的指针。类似这样的结构体是很多种数据结构的基本组成单元，如链表、二叉树等，我们将在后面详细介绍。下图示意了由几个struct s结构体组成的链表，这些结构体称为链表的节点（Node）。

图 23.6. 链表

head指针是链表的头指针，指向第一个节点，每个节点的next指针域指向下一个节点，最后一个节点的next指针域为NULL，在图中用0表示。

可以想像得到，如果把指针和数组、函数、结构体层层组合起来可以构成非常复杂的类型，下面看几个复杂的声明。

typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

这个声明来自signal(2)。sighandler_t是一个函数指针，它所指向的函数带一个参数，返回值为void，signal是一个函数，它带两个参数，一个int参数，一个sighandler_t参数，返回值也是sighandler_t参数。如果把这两行合成一行写，就是：

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

在分析复杂声明时，要借助typedef把复杂声明分解成几种基本形式：

T *p;，p是指向T类型的指针。
T a[];，a是由T类型的元素组成的数组，但有一个例外，如果a是函数的形参，则相当于T *a;
T1 f(T2, T3...);，f是一个函数，参数类型是T2、T3等等，返回值类型是T1。

我们分解一下这个复杂声明：

int (*(*fp)(void *))[10];

1、fp和*号括在一起，说明fp是一个指针，指向T1类型：

typedef int (*T1(void *))[10];
T1 *fp;

2、T1应该是一个函数类型，参数是void *，返回值是T2类型：

typedef int (*T2)[10];
typedef T2 T1(void *);
T1 *fp;

3、T2和*号括在一起，应该也是个指针，指向T3类型：

typedef int T3[10];
typedef T3 *T2;
typedef T2 T1(void *);
T1 *fp;

显然，T3是一个int数组，由10个元素组成。分解完毕。