typedef

本文深入解析C语言中typedef的使用方法及其微妙之处,包括解决结构体中的自我引用问题、与#define的区别、创建复杂的类型别名等内容。
水滴石穿C语言之typedef的问题
 

 

 

1. 基本解释

typedef为C语言的关键字,作用是为一种数据类型定义一个新名字。这里的数据类型包括内部数据类型(int,char等)和自定义的数据类型(struct等)。

在编程中使用typedef目的一般有两个,一个是给变量一个易记且意义明确的新名字,另一个是简化一些比较复杂的类型声明。

至于typedef有什么微妙之处,请你接着看下面对几个问题的具体阐述。

2. typedef & 结构的问题

当用下面的代码定义一个结构时,编译器报了一个错误,为什么呢?莫非C语言不允许在结构中包含指向它自己的指针吗?请你先猜想一下,然后看下文说明:

typedef struct tagNode
{
 char *pItem;
 pNode pNext;
} *pNode;

答案与分析

1、typedef的最简单使用

typedef long byte_4;

给已知数据类型long起个新名字,叫byte_4。

2、 typedef与结构结合使用

typedef struct tagMyStruct
{
 int iNum;
 long lLength;
} MyStruct;

这语句实际上完成两个操作:

1) 定义一个新的结构类型

struct tagMyStruct
{
 int iNum;
 long lLength;
};

分析:tagMyStruct称为“tag”,即“标签”,实际上是一个临时名字,struct 关键字和tagMyStruct一起,构成了这个结构类型,不论是否有typedef,这个结构都存在。

我们可以用struct tagMyStruct varName来定义变量,但要注意,使用tagMyStruct varName来定义变量是不对的,因为struct 和tagMyStruct合在一起才能表示一个结构类型。

2) typedef为这个新的结构起了一个名字,叫MyStruct。

typedef struct tagMyStruct MyStruct;

因此,MyStruct实际上相当于struct tagMyStruct,我们可以使用MyStruct varName来定义变量。

答案与分析

C语言当然允许在结构中包含指向它自己的指针,我们可以在建立链表等数据结构的实现上看到无数这样的例子,上述代码的根本问题在于typedef的应用。

根据我们上面的阐述可以知道:新结构建立的过程中遇到了pNext域的声明,类型是pNode,要知道pNode表示的是类型的新名字,那么在类型本身还没有建立完成的时候,这个类型的新名字也还不存在,也就是说这个时候编译器根本不认识pNode。

解决这个问题的方法有多种:

1)、

typedef struct tagNode
{
 char *pItem;
 struct tagNode *pNext;
} *pNode;

2)、

typedef struct tagNode *pNode;
struct tagNode
{
 char *pItem;
 pNode pNext;
};

注意:在这个例子中,你用typedef给一个还未完全声明的类型起新名字。C语言编译器支持这种做法。

3)、规范做法:

struct tagNode
{
 char *pItem;
 struct tagNode *pNext;
};
typedef struct tagNode *pNode;

3. typedef & #define的问题

有下面两种定义pStr数据类型的方法,两者有什么不同?哪一种更好一点?

typedef char *pStr;
#define pStr char *;

答案与分析

通常讲,typedef要比#define要好,特别是在有指针的场合。请看例子:

typedef char *pStr1;
#define pStr2 char *;
pStr1 s1, s2;
pStr2 s3, s4;

在上述的变量定义中,s1、s2、s3都被定义为char *,而s4则定义成了char,不是我们所预期的指针变量,根本原因就在于#define只是简单的字符串替换而typedef则是为一个类型起新名字。

#define用法例子:

#define f(x) x*x
main( )
{
 int a=6,b=2,c;
 c=f(a) / f(b);
 printf("%d n",c);
}

以下程序的输出结果是: 36。

因为如此原因,在许多C语言编程规范中提到使用#define定义时,如果定义中包含表达式,必须使用括号,则上述定义应该如下定义才对:

#define f(x) (x*x)

当然,如果你使用typedef就没有这样的问题。

4. typedef & #define的另一例

下面的代码中编译器会报一个错误,你知道是哪个语句错了吗?

typedef char * pStr;
char string[4] = "abc";
const char *p1 = string;
const pStr p2 = string;
p1++;
p2++;

答案与分析

是p2++出错了。这个问题再一次提醒我们:typedef和#define不同,它不是简单的文本替换。上述代码中const pStr p2并不等于const char * p2。const pStr p2和const long x本质上没有区别,都是对变量进行只读限制,只不过此处变量p2的数据类型是我们自己定义的而不是系统固有类型而已。因此,const pStr p2的含义是:限定数据类型为char *的变量p2为只读,因此p2++错误。

(注:关于const的限定内容问题,在本系列第二篇有详细讲解)。

#define与typedef引申谈

1) #define宏定义有一个特别的长处:可以使用 #ifdef ,#ifndef等来进行逻辑判断,还可以使用#undef来取消定义。

2) typedef也有一个特别的长处:它符合范围规则,使用typedef定义的变量类型其作用范围限制在所定义的函数或者文件内(取决于此变量定义的位置),而宏定义则没有这种特性。

5. typedef & 复杂的变量声明

在编程实践中,尤其是看别人代码的时候,常常会遇到比较复杂的变量声明,使用typedef作简化自有其价值,比如:

下面是三个变量的声明,我想使用typdef分别给它们定义一个别名,请问该如何做?

>1:int *(*a[5])(int, char*);
>2:void (*b[10]) (void (*)());
>3. doube(*)() (*pa)[9];

答案与分析

对复杂变量建立一个类型别名的方法很简单,你只要在传统的变量声明表达式里用类型名替代变量名,然后把关键字typedef加在该语句的开头就行了。

(注:如果你对有些变量的声明语法感到难以理解,请参阅本系列第十篇的相关内容)。

>1:int *(*a[5])(int, char*);
//pFun是我们建的一个类型别名
typedef int *(*pFun)(int, char*);
//使用定义的新类型来声明对象,等价于int* (*a[5])(int, char*);
pFun a[5];

>2:void (*b[10]) (void (*)());
//首先为上面表达式蓝色部分声明一个新类型
typedef void (*pFunParam)();
//整体声明一个新类型
typedef void (*pFun)(pFunParam);
//使用定义的新类型来声明对象,等价于void (*b[10]) (void (*)());
pFun b[10];

>3. doube(*)() (*pa)[9];
//首先为上面表达式蓝色部分声明一个新类型
typedef double(*pFun)();
//整体声明一个新类型
typedef pFun (*pFunParam)[9];
//使用定义的新类型来声明对象,等价于doube(*)() (*pa)[9];
pFunParam pa;

 

 

typedef的四个用途和两个陷阱
 

 

 
用途一:

定义一种类型的别名,而不只是简单的宏替换。可以用作同时声明指针型的多个对象。比如:
char*   pa,   pb;     //   这多数不符合我们的意图,它只声明了一个指向字符变量的指针,  
//   和一个字符变量;
以下则可行:
typedef   char*   PCHAR;     //   一般用大写
PCHAR   pa,   pb;                 //   可行,同时声明了两个指向字符变量的指针
虽然:
char   *pa,   *pb;
也可行,但相对来说没有用typedef的形式直观,尤其在需要大量指针的地方,typedef的方式更省事。

用途二:

用在旧的C代码中(具体多旧没有查),帮助struct。以前的代码中,声明struct新对象时,必须要带上struct,即形式为:   struct   结构名   对象名,如:
struct   tagPOINT1
{
        int   x;
        int   y;
};
struct   tagPOINT1   p1;  

而在C++中,则可以直接写:结构名   对象名,即:
tagPOINT1   p1;

估计某人觉得经常多写一个struct太麻烦了,于是就发明了:
typedef   struct   tagPOINT
{
        int   x;
        int   y;
}POINT;

POINT   p1;   //   这样就比原来的方式少写了一个struct,比较省事,尤其在大量使用的时候

或许,在C++中,typedef的这种用途二不是很大,但是理解了它,对掌握以前的旧代码还是有帮助的,毕竟我们在项目中有可能会遇到较早些年代遗留下来的代码。

用途三:

用typedef来定义与平台无关的类型。
比如定义一个叫   REAL   的浮点类型,在目标平台一上,让它表示最高精度的类型为:
typedef   long   double   REAL;  
在不支持   long   double   的平台二上,改为:
typedef   double   REAL;  
在连   double   都不支持的平台三上,改为:
typedef   float   REAL;  
也就是说,当跨平台时,只要改下   typedef   本身就行,不用对其他源码做任何修改。
标准库就广泛使用了这个技巧,比如size_t。
另外,因为typedef是定义了一种类型的新别名,不是简单的字符串替换,所以它比宏来得稳健(虽然用宏有时也可以完成以上的用途)。

用途四:

为复杂的声明定义一个新的简单的别名。方法是:在原来的声明里逐步用别名替换一部分复杂声明,如此循环,把带变量名的部分留到最后替换,得到的就是原声明的最简化版。举例:

1.   原声明:int   *(*a[5])(int,   char*);
变量名为a,直接用一个新别名pFun替换a就可以了:
typedef   int   *(*pFun)(int,   char*);  
原声明的最简化版:
pFun   a[5];  

2.   原声明:void   (*b[10])   (void   (*)());
变量名为b,先替换右边部分括号里的,pFunParam为别名一:
typedef   void   (*pFunParam)();
再替换左边的变量b,pFunx为别名二:
typedef   void   (*pFunx)(pFunParam);
原声明的最简化版:
pFunx   b[10];

3.   原声明:doube(*)()   (*e)[9];  
变量名为e,先替换左边部分,pFuny为别名一:
typedef   double(*pFuny)();
再替换右边的变量e,pFunParamy为别名二
typedef   pFuny   (*pFunParamy)[9];
原声明的最简化版:
pFunParamy   e;  

理解复杂声明可用的“右左法则”:从变量名看起,先往右,再往左,碰到一个圆括号就调转阅读的方向;括号内分析完就跳出括号,还是按先右后左的顺序,如此循环,直到整个声明分析完。举例:
int   (*func)(int   *p);
首先找到变量名func,外面有一对圆括号,而且左边是一个*号,这说明func是一个指针;然后跳出这个圆括号,先看右边,又遇到圆括号,这说明(*func)是一个函数,所以func是一个指向这类函数的指针,即函数指针,这类函数具有int*类型的形参,返回值类型是int。
int   (*func[5])(int   *);
func右边是一个[]运算符,说明func是具有5个元素的数组;func的左边有一个*,说明func的元素是指针(注意这里的*不是修饰func,而是修饰func[5]的,原因是[]运算符优先级比*高,func先跟[]结合)。跳出这个括号,看右边,又遇到圆括号,说明func数组的元素是函数类型的指针,它指向的函数具有int*类型的形参,返回值类型为int。

也可以记住2个模式:
type   (*)(....)函数指针  
type   (*)[]数组指针  
---------------------------------

陷阱一:

记住,typedef是定义了一种类型的新别名,不同于宏,它不是简单的字符串替换。比如:
先定义:
typedef   char*   PSTR;
然后:
int   mystrcmp(const   PSTR,   const   PSTR);

const   PSTR实际上相当于const   char*吗?不是的,它实际上相当于char*   const。
原因在于const给予了整个指针本身以常量性,也就是形成了常量指针char*   const。
简单来说,记住当const和typedef一起出现时,typedef不会是简单的字符串替换就行。

陷阱二:

typedef在语法上是一个存储类的关键字(如auto、extern、mutable、static、register等一样),虽然它并不真正影响对象的存储特性,如:
typedef   static   int   INT2;   //不可行
编译将失败,会提示“指定了一个以上的存储类”。
11-13
### typedef 的基本概念 `typedef` 是 C 和 C++ 中用于为已有数据类型创建别名的关键字,其主要作用是提高代码可读性和维护性,尤其在处理复杂类型声明时更为有效[^2]。通过 `typedef` 定义的名称并不是新类型,而是现有类型的同义词。 --- ### 基本语法格式 ```cpp typedef 已有类型名 新类型别名; ``` 该语句将“新类型别名”作为“已有类型名”的别名,在后续代码中可以像使用原始类型一样使用这个别名[^4]。 --- ### 常见用法示例 #### 1. 为基础数据类型定义别名 常用于简化跨平台开发中的类型管理: ```cpp typedef unsigned long ulong; typedef unsigned int uint32_t; typedef char* string_ptr; ulong value = 100UL; // 使用 ulong 替代 unsigned long string_ptr str = "hello"; // str 是指向字符的指针 ``` 这种方式提升了代码简洁度并增强了移植性[^2]。 #### 2. 为结构体定义别名 传统 C 风格下需重复书写 `struct` 关键字,而 `typedef` 可消除冗余: ```cpp typedef struct { int x; int y; } Point; // 此后可以直接使用 Point 而无需 struct 关键字 Point p1 = {1, 2}; Point p2 = {.x = 3, .y = 4}; // 支持指定初始化(C99及以上) ``` 此方法广泛应用于嵌入式编程和图形计算等领域[^2]。 #### 3. 同时定义多个别名(含指针) 可以在一条 `typedef` 语句中为同一基础类型定义多种变体: ```cpp typedef int MyInt, *IntPtr, (&RefToInt)[5]; MyInt i = 10; // 等价于 int i = 10; IntPtr pi = &i; // 等价于 int* pi = &i; int arr[5] = {}; RefToInt ref_arr = arr; // 引用数组(高级用法) ``` 注意:此处 `IntPtr` 成为了 `int*` 的别名,体现了 `typedef` 对复合类型的灵活支持[^5]。 #### 4. 函数指针类型的别名定义 这是 `typedef` 最强大的应用场景之一——封装复杂的函数签名: ```cpp typedef int (*CompareFunc)(const void*, const void*); // 示例回调函数匹配 CompareFunc 类型 int compare_ints(const void* a, const void* b) { return (*(int*)a - *(int*)b); } // qsort 接受 CompareFunc 类型参数 #include <cstdlib> extern "C" void qsort(void* base, size_t num, size_t size, CompareFunc cmp); int numbers[] = {5, 2, 8, 1}; qsort(numbers, 4, sizeof(int), compare_ints); ``` 上述方式极大提高了接口抽象能力与调用安全性[^2]。 #### 5. 结合枚举、联合体使用 ```cpp typedef enum Color { RED, GREEN, BLUE } Color; Color background = RED; typedef union Data { int i; float f; double d; } Data; Data data; data.i = 42; // 当前活跃成员为整数 ``` 此类组合常见于协议解析或硬件寄存器映射场景[^3]。 --- ### 注意事项与陷阱 - **不引入新类型**:`typedef` 创建的是别名而非独立类型,因此不能实现类型安全检查。 - **易混淆的指针别名写法**: ```cpp typedef char* StringPtr; StringPtr s1, s2; // 实际效果等价于 char* s1, s2 → s2 并非指针! ``` 若希望两者均为指针,应分别声明或改用现代风格(如 using 或容器类)。 - **宏替换差异**:相比预处理器指令 `#define`,`typedef` 遵循作用域规则且由编译器解析,更安全可靠[^3]。 --- ### C++ 中替代方案 —— `using` 自 C++11 起推荐使用更具表达力的 `using` 语法代替部分 `typedef` 场景: ```cpp using IntPtr = int*; template<typename T> using Vec = std::vector<T>; Vec<int> vec{1, 2, 3}; // 更清晰地表示模板别名 ``` 尽管如此,`typedef` 在遗留系统和标准库兼容方面仍具重要地位。 ---
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