C语法陷阱:理解(*(void(*)())0)()

用(void (*)())0来替换函数指针fp
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拥有了前面的预备知识,我们现在可以分两步来分析表达式 (*(void(*)())0)() 。

第一步,假定变量fp是一个函数指针,那么如何调用fp所指向的函数呢?调用方法如下:

(*fp)();

因为fp是一个函数指针,那么*fp就是该指针所指向的函数,所以(*fp)()就是调用该函数的方式。ANSI C标准允许程序员将上式简写为fp(),但是一定要记住这种写法只是一种简写形式。

我们平常使用的函数大部分都是简写,请注意到这一点。

在表达式(*fp)()中,*fp两侧的括号非常重要,因为函数运算符()的优先级高于单目运算符*。如果*fp两侧没有括号,那么*fp()实际上与*(fp())的含义完全一致,ANSI C把它作为*((*fp)())的简写形式。

现在,剩下的问题就只是找到一个恰当的表达式来替换fp。我们将在分析的第二步来解决这个问题。如果C编译器能够理解我们大脑中对于类型的认识,那么我们可以这样写:

(*0)();

上式并不能生效,因为运算符*必须要一个指针来做操作数。而且,这个指针还应该是一个函数指针,这样经运算符*作用后的结果才能作为函数被调用。因此,在上式中必须对0作类型转换,转换后的类型可以大致描述为:“指向返回值为void类型的函数的指针”。

如果fp是一个指向返回值为void类型的函数的指针,那么(*fp)()的值为void,fp的声明如下:

void (*fp)();

因此,我们可以用下式来完成调用存储位置为0的子例程(此处作者假设fp默认初始化为0):

void (*fp)();
(*fp)();

这种写法的代价是多声明了一个“哑”变量。

但是,我们一旦知道如何声明一个变量,也就自然知道如何对一个常数进行类型转换,将其转型为该变量的类型:只需要在变量声明中将变量名去掉即可。因此,将常数0转型为“指向返回值为void的函数的指针”类型,可以这样写:

(void (*)())0

因此,我们可以用(void (*)())0来替换fp,从而得到:

(*(void (*)())0)();

末尾的分号使得表达式成为一个语句。

在我当初解决这个问题的时候,C语言中还没有typedef声明。尽管不用typedef来解决这个问题对剖析本例的细节而言是一个很好的方式,但无疑使用typedef能够使表述更加清晰:

typedef void (*funcptr)();

(*(funcptr)0)();

这个棘手的例子并不是孤立的,还有一些C程序员经常遇到的问题,实际上和这个例子是同一个类型的。例如,考虑signal库函数,在包括该函数的C编译器实现中,signal函数接受两个参数:一个是代表需要“被捕获”的特定signal的整数值;另一个是指向用户提供的函数的指针,该函数用于处理“捕获到”的特定signal,返回值类型为void。

一般情况下,程序员并不主动声明signal函数,而是直接使用系统头文件signal.h中的声明。那么,在头文件signal.h中,signal函数是如何声明的呢?

首先,让我们从用户定义的信号处理函数开始考虑,这无疑是最容易解决的。该函数可以定义如下:

void sigfunc(int n){
	/* 特定信号处理部分*/
}

函数sigfunc的参数是一个代表特定信号的整数值,此处我们暂时忽略它。

上面假设的函数体定义了sigfunc函数,因而sigfunc函数的声明可以如下:

void sigfunc(int );

现在假定我们希望声明一个指向sigfunc函数的指针变量,不妨命名为sfp。因为sfp指向sigfunc函数,则*sfp就代表了sigfunc函数,因此*sfp可以被调用。又假定sig是一个整数,则(*sfp)(sig)的值为void类型,因此我们可以如下声明sfp:

void (*sfp)(int);

因为signal函数的返回值类型与sfp的返回类型一样,上式也就声明了signal函数,我们可以如下声明signal函数:

void (*signal(something))(int);

此处的something代表了signal函数的参数类型,我们还需要进一步了解如何声明它们。上面声明可以这样理解:传递适当的参数以调用signal函数,对signal函数返回值(为函数指针类型)解除引用(dereference),然后传递一个整型参数调用解除引用后所得函数,最后返回值为void类型。因此,signal函数的返回值是一个指向返回值为void类型的函数的指针。

那么,signal函数的参数又是如何呢?signal函数接受两个参数:一个整型的信号编号,以及一个指向用户定义的信号处理函数的指针。我们此前已经定义了指向用户定义的信号处理函数的指针sfp:

void (*sfp)(int);

sfp 的类型可以通过将上面的声明中的sfp去掉而得到,即void (*)(int)。此外,signal函数的返回值是一个指向调用前的用户定义信号处理函数的指针,这个指针的类型与sfp指针类型一致。因此,我们可以如下声明signal函数:

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

同样地,使用typedef可以简化上面的函数声明:

typedef void (*HANDLER)(int);
HANDLER signal(int, HANDLER);

延伸阅读

此文章所在专题列表如下:

  1. C语法陷阱:从变量与函数的声明到类型转换符
  2. C语法陷阱:理解(*(void(*)())0)()
  3. C语法陷阱:理解如何声明一个数组
  4. C语法陷阱:指针与数组
  5. C语法陷阱:C语言的二维数组模拟

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