C语言声明的神奇解码环
在《C专家编程》的第65页，有一个用于解析C语言声明的流程图——C语言声明的神奇解码环，相信看过此书的读者都会对此有印象。不过我觉得这张图画的还不是太完善，在该书66页用它来解析C语言声明的步骤的表格也不是太严格。下面我将我认为的比较完善的解码环和相应的分析步骤陈述如下，不妥之处请读者指出。
图1 C语言声明的神奇解码环
（说明：图1中，中轴箭头左侧符号即为声明中已匹配部分左侧的符号，中轴箭头右侧的符号即为声明中已匹配部分右侧的符号，明白这一点有助于声明的分析流程）
让我们以书上的声明 “char * const * (*next)(); ”为例来分析该声明表达的含义。
在分析这个声明时，需要逐渐把已经处理过的片段“去掉”，这样便能知道还需要分析多少内容。处理过程见下表，在每一步骤里，所处理的那部分声明用红色字体表示。从第一步开始，我们将依次进行这些步骤。
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剩余的声明 （从最左边的标识符开始） |
所采取的下一步骤 |
结果 |
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char * const * (*next)(); |
第1步 |
表示“next 是…” |
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char * const * (* )(); |
第2步 |
不匹配，转到下一步 |
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char * const * (* )(); |
第3步 |
不匹配，转到下一步 |
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char * const * (* )(); |
第4步 |
不匹配，转到下一步 |
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char * const * (* )(); |
第5步 |
与星号匹配，表示“指向…的指针”，转第4步 |
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char * const * ( )(); |
第4步 |
“(”和“)”匹配，转到第2步 |
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char * const * (); |
第2步 |
不匹配，转到下一步 |
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char * const * (); |
第3步 |
表示“返回…的函数”，转到下一步 |
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char * const * ; |
第4步 |
不匹配，转到下一步 |
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char * const * ; |
第5步 |
表示“指向…的指针” |
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char * const ; |
第5步 |
表示“只读的…” |
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char * ; |
第5步 |
表示“指向…的指针”，转到第4步 |
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char ; |
第4步 |
不匹配，转到下一步 |
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char ; |
第5步 |
不匹配，转到下一步 |
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char ; |
第6步 |
表示“char” |
拼在一起读作：next是一个函数指针，该函数返回另一个指针，该指针指向一个只读的指向char的指针；
换句话说：next是一个函数指针，它指向如下样子的函数，
1. 函数的返回值是一个指针（它其实是一个二级指针），
2. 该指针指向一个类型是char的常量指针（这里的常量意为只读的）。
下面让我们来分析一个更复杂的例子 “char *(* c[10])(int **p);” ，也就是书上的第二个例子。
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剩余的声明 （从最左边的标识符开始） |
所采取的下一步骤 |
结果 |
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char *(* c[10])(int **p); |
第1步 |
表示“c 是…” |
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char *(* [10])(int **p); |
第2步 |
与“[10]”匹配，表示“c 是有10个元素的数组”，转到下一步（注意，这里匹配了“[10]”，所以下一步是第4步） |
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char *(* )(int **p); |
第4步 |
不匹配，转到下一步 |
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char *(* )(int **p); |
第5步 |
与星号匹配，表示“指向…的指针”，转第4步 |
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char *( )(int **p); |
第4步 |
“(”和“)”匹配，转到第2步 |
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char * (int **p); |
第2步 |
不匹配，转到下一步 |
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char * (int **p); |
第3步 |
表示“返回…的函数，且函数参数为整形二级指针”，转到下一步 |
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char * ; |
第4步 |
不匹配，转到下一步 |
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char * ; |
第5步 |
与星号匹配，表示“指向…的指针”，转第4步 |
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char ; |
第4步 |
不匹配，转到下一步 |
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char ; |
第5步 |
不匹配，转到下一步 |
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char ; |
第6步 |
表示“char” |
拼在一起读作：c是一个数组[0..9]，它的元素类型是函数指针，其所指向的函数的返回值是一个指向char的指针，并且，在数组中被函数指针所指向的函数都把一个指向int型指针的指针作为它们的唯一参数；
换句话说：c是一个具有是10个元素的数组，它的每一个元素都是一个函数指针，这些函数指针指向如下样子的函数：
1. 函数的返回值是一个指向char的指针，
2. 函数的参数是一个指向int型指针的指针（int型二级指针）。
在上面的图中，箭头绕来绕去的看起来有点复杂。我们现在再对上图稍作修改，主要目的有两个：1.让这个声明解析的流程图看起来更直观，方便我们进行声明解析；2.让这个流程图与书中给出的代码实现相一致。
我们下面再用这个修改过的流程图对之前的两个声明进行解析。
char * const * (*next)();
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剩余的声明 （从最左边的标识符开始） |
所采取的下一步骤 |
结果 |
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char * const * (*next)(); |
第1步 |
表示“next 是…” |
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char * const * (* )(); |
第2步 |
不匹配，转到下一步 |
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char * const * (* )(); |
第3步 |
不匹配，转到下一步 |
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char * const * (* )(); |
第4步 |
与星号匹配，表示“指向…的指针”，转到下一步 |
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char * const * ( )(); |
第5步 |
“(”和“)”匹配，转到第2步 |
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char * const * (); |
第2步 |
不匹配，转到下一步 |
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char * const * (); |
第3步 |
表示“返回…的函数”，转到下一步 |
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char * const * ; |
第4步 |
表示“指向…的指针” |
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char * const ; |
第4步 |
表示“只读的…” |
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char * ; |
第4步 |
表示“指向…的指针”，转到下一步 |
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char ; |
第5步 |
不匹配，转到下一步 |
|
char ; |
第6步 |
表示“char” |
char *(* c[10])(int **p);
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剩余的声明 （从最左边的标识符开始） |
所采取的下一步骤 |
结果 |
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char *(* c[10])(int **p); |
第1步 |
表示“c 是…” |
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char *(* [10])(int **p); |
第2步 |
与“[10]”匹配，表示“c 是有10个元素的数组”，转到下一步（注意，这里匹配了“[10]”，所以下一步是第4步） |
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char *(* )(int **p); |
第4步 |
与星号匹配，表示“指向…的指针”，转到下一步 |
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char *( )(int **p); |
第5步 |
“(”和“)”匹配，转到第2步 |
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char * (int **p); |
第2步 |
不匹配，转到下一步 |
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char * (int **p); |
第3步 |
表示“返回…的函数，且函数参数为整形二级指针”，转到下一步 |
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char * ; |
第4步 |
与星号匹配，表示“指向…的指针”，转到下一步 |
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char ; |
第5步 |
不匹配，转到下一步 |
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char ; |
第6步 |
表示“char” |
从以上分析过程可以看出，采用修改过后的声明解码环，对“char * const * (*next)()”的分析总共用了12步（之前15步），对“char *(* c[10])(int **p)”的分析总共用了9步（之前12步），这样对C语言声明的解析过程就得到了简化，解码环看起来也更直观。一切看起来都很美好！
下面我们再来看看具体的代码实现。从具体的代码实现上可以看出修改后的解码环是与其保持一致的。
#include <stdio.h> #include <string.h> #include <ctype.h> #include <stdlib.h> #define MAXTOKENS 100 #define MAXTOKENLEN 64 enum type_tag{ IDENTIFIER, QUALIFIER, TYPE }; struct token { char type; char string[MAXTOKENLEN]; }; int top = -1; struct token stack[MAXTOKENS]; struct token this; #define pop stack[top--] #define push(s) stack[++top] = s enum type_tag classify_string(void)//推断标识符的类型 { char *s = this.string; if( !strcmp(s, "const") ) { strcpy(s, "ready-only");//把const翻译成read-only return QUALIFIER; } if( !strcmp(s, "volatile") ) return QUALIFIER; if( !strcmp(s, "void") ) return TYPE; if( !strcmp(s, "char") ) return TYPE; if( !strcmp(s, "signde") ) return TYPE; if( !strcmp(s, "unsigned") ) return TYPE; if( !strcmp(s, "short") ) return TYPE; if( !strcmp(s, "int") ) return TYPE; if( !strcmp(s, "long") ) return TYPE; if( !strcmp(s, "float") ) return TYPE; if( !strcmp(s, "double") ) return TYPE; if( !strcmp(s, "struct") ) return TYPE; if( !strcmp(s, "union") ) return TYPE; if( !strcmp(s, "enum") ) return TYPE; return IDENTIFIER; } void gettoken(void)// 读取下一个标记到“this” { char *p = this.string; while( (*p = getchar()) == ' ' );// 略过空白字符 if( isalnum(*p) ) //原型：extern int isalnum(int c); 说明：当c为数字0-9或字母a-z及A-Z时，返回非零值，否则返回零。 { while( isalnum( *++p = getchar() ) ); ungetc(*p, stdin); *p = '\0'; this.type = classify_string(); return; } if( *p == '*') { strcpy(this.string, "pointer to"); this.type = '*'; return ; } this.string[1] = '\0';//这里，this.string[0]可能是‘(’,‘)’,‘[’,‘]’,‘,’ this.type = *p; return; } //理解所有分析过程的代码段 void read_to_first_identifer()//从左到右，读取到第一个标识符，将该标识符输出，并将该标识符后面的一个标记读入到this。 { gettoken(); while( this.type != IDENTIFIER ) { push(this); gettoken(); } printf("%s is ",this.string); gettoken(); } void deal_with_arrays() { while( this.type == '[' )//这里while循环是为了处理多维数组的情况 { printf("array "); gettoken(); // 数字或者 ']' if( isdigit(this.string[0]) ) { printf("0..%d ",atoi(this.string)-1);//这里减1，是因为10个元素的数组，下标只有0到9 gettoken();//读取 ']' } gettoken(); //读取 ']'之后的再一个标记 printf("of "); } } void deal_with_function_args() { while( this.type != ')' ) { gettoken(); } gettoken(); printf("function returning "); } void deal_with_pointers() { while( stack[top].type == '*' ) { printf("%s ", pop.string);//打印字符串“pointer to” } } void deal_with_declarator()// 处理标识符以后的可能存在的函数/数组 { switch(this.type) { case '[' :deal_with_arrays(); break; case '(' :deal_with_function_args(); } deal_with_pointers(); // 处理读入到标识符之前压入到栈中的符号 while(top >= 0) { if(stack[top].type == '(') { pop; gettoken(); //读取')'之后的符号，这个注释很重要，因为从理论上来说，对于一个格式正确的声明，当stack[top].type = '('时，这时候this中保存的应当就是与之匹配的')'，所以再调用gettoken()后，this中保存的就是')'之后的符号了。 deal_with_declarator(); //这里的递归调用需要注意：变量top是一个全局变量，而非局部变量，所以“内层函数”执行时对top的修改会影响到“外层函数”；另外，内外层函数处理的是同一个stack中内容 } else { printf("%s ",pop.string); } } } int main(void) { // 将标记压入堆栈中，直到遇见标识符 read_to_first_identifer(); deal_with_declarator(); printf("\n"); return 0; }
以上程序中难以理解的部分已经用注释给出详细说明。至此，对C语言声明的解码环以及利用解码环来分析C语言声明的过程描述完毕，希望对读者理解C语言晦涩的声明方式有所帮助，不妥之处还请读者指出。
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