typedef详解

1 概述

　　在计算机编程语言中用来为复杂的声明定义简单的别名，与宏定义有些差异，它本身是一种存储类的关键字，与auto、extern、mutable、static、register等关键字不能出现在同一个表达式中。

2 定义

　　typedef声明，简称typedef，为现有类型创建一个新的名字，或称为类型别名，在结构体定义，还有一些数组等地方都大量的用到。

　　它有助于创建平台无关类型，甚至能隐藏复杂和难以理解的语法 。使用typedef可编写出更加美观和可读的代码。所谓美观，意指typedef能隐藏笨拙的语法构造以及平台相关的数据类型，从而增强可移植性以及未来的可维护性。本文下面将竭尽全力来揭示typedef强大功能以及如何避免一些常见的使用陷阱。

3 用法小结

• 如何创建平台无关的数据类型，隐藏笨拙且难以理解的语法?
• 使用typedef为现有类型创建同义字，定义易于记忆的类型名
• typedef使用最多的地方是创建易于记忆的类型名，用它来归档程序员的意图。类型出现在所声明的变量名字中，位于“typedef”关键字右边。例如：
• typedef int size;
• 此声明定义了一个int的同义字，名字为size。注意typedef并不创建新的类型。它仅仅为现有类型添加一个同义字。你可以在任何需要int的上下文中使用size：
• void measure(size * psz);
• size array[4];
• size len = file.getlength();
• std::vector<size> vs;
• typedef 还可以掩饰复合类型，如指针和数组。
• 例如，你不用像下面这样重复定义有 81 个字符元素的数组：
• char line[81];
• char text[81];
• 定义一个 typedef，每当要用到相同类型和大小的数组时，可以这样：
• typedef char Line[81];
• 此时Line类型即代表了具有81个元素的字符数组，使用方法如下：
• Line text, secondline;
• getline(text);
• 同样，可以像下面这样隐藏指针语法：
• typedef char * pstr;
• int mystrcmp(pstr, pstr);
• 这里将带我们到达第一个 typedef 陷阱。标准函数 strcmp()有两个‘ const char *'类型的参数。因此，它可能会误导人们像下面这样声明 mystrcmp()：
• int mystrcmp(const pstr, const pstr);
• 用GNU的gcc和g++编译器，是会出现警告的，按照顺序，‘const pstr'被解释为‘char* const‘（一个指向char的指针常量），两者表达的并非同一意思（详见C++ Primer 第四版 P112）。
• char * const cp : 定义一个指向字符的指针常数，即const指针，常指针
• const char* p : 定义一个指向字符常数的指针，即常量指针
• char const* p : 等同于const char* p[2]
• 为了得到正确的类型，应当如下声明：
• typedef const char* pstr;

4 语言用法

　　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;

　　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。

　　上例中define语句必须写成 pStr2 s3, *s4; 这这样才能正常执行。

　　#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。

　　#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. double(*(*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。

　　>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. double(*(*pa)[9])();

　　//首先为整体声明一个新类型

　　typedef double(*pFun)();

　　//再为上面表达式蓝色部分声明一个新类型

　　typedef pFun (*pFunParam)[9];

　　//使用定义的新类型来声明对象，等价于double(*(*pa)[9])();

　　pFunParam pa;

5 代码简化

　　上面讨论的 typedef 行为有点像 #define 宏，用其实际类型替代同义字。不同点是 typedef 在编译时被解释，因此让编译器来应付超越预处理器能力的文本替换。例如：

　　typedef int (*PF) (const char *, const char *);

　　这个声明引入了 PF 类型作为函数指针的同义字，该函数有两个 const char * 类型的参数以及一个 int 类型的返回值。如果要使用下列形式的函数声明，那么上述这个 typedef 是不可或缺的：

　　PF Register(PF pf);

　　Register() 的参数是一个 PF 类型的回调函数，返回某个函数的地址，其署名与先前注册的名字相同。做一次深呼吸。下面我展示一下如果不用 typedef，我们是如何实现这个声明的：

　　int (*Register (int (*pf)(const char *, const char *)))

　　(const char *, const char *);

　　很少有程序员理解它是什么意思，更不用说这种费解的代码所带来的出错风险了。显然，这里使用 typedef 不是一种特权，而是一种必需。持怀疑态度的人可能会问："OK，有人还会写这样的代码吗？"，快速浏览一下揭示 signal()函数的头文件 ，一个有同样接口的函数。

　　typedef 和存储类关键字（storage class specifier）

　　这种说法是不是有点令人惊讶，typedef 就像 auto，extern，mutable，static，和 register 一样，是一个存储类关键字。这并不是说 typedef 会真正影响对象的存储特性；它只是说在语句构成上，typedef 声明看起来象 static，extern 等类型的变量声明。下面将带到第二个陷阱：

　　typedef register int FAST_COUNTER; // 错误

　　编译通不过。问题出在你不能在声明中有多个存储类关键字。因为符号 typedef 已经占据了存储类关键字的位置，在 typedef 声明中不能用 register（或任何其它存储类关键字）。

6 平台开发

　　typedef 有另外一个重要的用途，那就是定义机器无关的类型，例如，你可以定义一个叫 REAL 的浮点类型，在目标机器上它可以获得最高的精度：

　　typedef long double REAL;

　　在不支持 long double 的机器上，该 typedef 看起来会是下面这样：

　　typedef double REAL;

　　并且，在连 double 都不支持的机器上，该 typedef 看起来会是这样：、

　　typedef float REAL;

　　你不用对源代码做任何修改，便可以在每一种平台上编译这个使用 REAL 类型的应用程序。唯一要改的是 typedef 本身。在大多数情况下，甚至这个微小的变动完全都可以通过奇妙的条件编译来自动实现。不是吗? 标准库广泛地使用 typedef 来创建这样的平台无关类型：size_t，ptrdiff 和 fpos_t 就是其中的例子。此外，象 std::string 和 std::ofstream 这样的 typedef 还隐藏了长长的，难以理解的模板特化语法，例如：basic_string，allocator> 和 basic_ofstream>。

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