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。

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