为什么很多人编程喜欢用typedef?

嵌入式资讯精选 2020-05-27

1. typedef 的基本使用

1.1 typedef与结构体的结合使用

typedef 是 C 语言的一个关键字,用来给某个类型起个别名,也就是给C语言中已经存在的一个类型起一个新名字。大家在阅读代码的过程中,会经常见到 typedef 与结构体、联合体、枚举、函数指针声明结合使用。比如下面结构体类型的声明和使用:

struct student{char name[20];int age;float score;};struct student stu = {"wit", 20, 99};


在C语言中定义一个结构体变量,我们通常的写法是:

struct 结构体名 变量名;

前面必须有一个struct关键字打前缀,编译器才会理解你要定义的对象是一个结构体变量。而在C++语言中,则不需要这么做,直接使用:结构体名 变量名就可以了

struct student{char name[20];int age;float score; };int main (void){ student stu = {"wit", 20, 99};return 0;}

如果我们使用typedef,就可以给student声明一个别名student_t和一个结构体指针类型student_ptr,然后就可以直接使用student_t类型去定义一个结构体变量,不用再写struct,这样会显得代码更加简洁。

#include <stdio.h>typedef struct student{char name[20];int age;float score;}student_t, *student_ptr;
int main (void){student_t stu = {"wit", 20, 99};student_t *p1 = &stu; student_ptr p2 = &stu;printf ("name: %s\n", p1->name);printf ("name: %s\n", p2->name); return 0;}程序运行结果:witwit


1. 2 typedef 与数组的结合使用

typedef除了与结构体结合使用外,还可以与数组结合使用。定义一个数组,通常我们使用int array[10];即可。我们也可以使用typedef先声明一个数组类型,然后再使用这个类型去定义一个数组。

typedef int array_t[10]; array_t array;int main (void){array[9] = 100;printf ("array[9] = %d\n", array[9]);return 0;}

在上面的demo程序中,我们声明了一个数组类型array_t,然后再使用该类型定义一个数组array,这个array效果其实就相当于:int array[10]。

1.3 typedef 与指针的结合使用


typedef char * PCHAR;int main (void){//char * str = "学嵌入式"; PCHAR str = "学嵌入式";printf ("str: %s\n", str);return 0;}

在上面的demo程序中,PCHAR 的类型是 char *,我们使用PCHAR类型去定义一个变量str,其实就是一个char *类型的指针。

1.4 typedef与函数指针的结合使用

定义一个函数指针,我们通常采用下面的形式:

int (*func)(int a, int b);

我们同样可以使用typedef声明一个函数指针类型:func_t

typedef int (*func_t)(int a, int b);func_t fp; // 定义一个函数指针变量

写个简单的程序测试一下,运行OK:

typedef int (*func_t)(int a, int b);int sum (int a, int b){return a + b;} int main (void){func_t fp = sum;printf ("%d\n", fp(1,2));return 0;}

为了增加程序的可读性,我们经常在代码中看到下面的声明形式:

typedef int (func_t)(int a, int b);func_t *fp = sum;

函数都是有类型的,我们使用typedef给函数类型声明一个新名称:func_t。这样声明的好处是:即使你没有看到func_t的定义,也能够清楚地知道fp是一个函数指针,代码的可读性比上面的好。

1.5 typedef与枚举的结合使用
typedef enum color{ red, white, black, green, color_num,} color_t;
int main (void){enum color color1 = red;color_t color2 = red;color_t color_number = color_num;printf ("color1: %d\n", color1);printf ("color2: %d\n", color2);printf ("color num: %d\n", color_number);return 0;}

枚举与typedef的结合使用方法跟结构体类似:可以使用typedef给枚举类型color声明一个新名称color_t,然后使用这个类型就可以直接定义一个枚举变量。

2. 使用typedef的优势

不同的项目,有不同的代码风格,也有不同的代码“癖好”。看得代码多了,你会发现:有的代码喜欢用宏,有的代码喜欢使用typedef。那么,使用typedef到底有哪些好处呢?为什么很多人喜欢用它呢?

2.1 可以让代码更加清晰简洁
typedef struct student{char name[20];int age;float score;}student_t, *student_ptr;
student_t stu = {"wit", 20, 99};student_t *p1 = &stu;student_ptr p2 = &stu;

如示例代码所示,使用typedef,我们可以在定义一个结构体、联合、枚举变量时,省去关键字struct,让代码更加简洁。

2.2 增加代码的可移植性

C语言的int类型,我们知道,在不同的编译器和平台下,所分配的存储字长不一样:可能是2个字节,可能是4个字节,也有可能是8个字节。如果我们在代码中想定义一个固定长度的数据类型,此时使用int,在不同的平台环境下运行可能会出现问题。为了应付各种不同“脾气”的编译器,最好的办法就是使用自定义数据类型,而不是使用C语言的内置类型。

#ifdef PIC_16typedef unsigned long U32#elsetypedef unsigned int U32 #endif

在16位的 PIC 单片机中,int一般占2个字节,long占4个字节,而在32位的ARM环境下,int和long一般都是占4个字节。如果我们在代码中想使用一个32位的固定长度的无符号类型,可以使用上面方式声明一个U32的数据类型,在代码中你可以放心大胆地使用U32。将代码移植到不同的平台时,直接修改这个声明就可以了。

在Linux内核、驱动、BSP 等跟底层架构平台密切相关的源码中,我们会经常看到这样的数据类型,如size_t、U8、U16、U32。在一些网络协议、网卡驱动等对字节宽度、大小端比较关注的地方,也会经常看到typedef使用得很频繁。

2.3 比宏定义更好用

C语言的预处理指令#define用来定义一个宏,而typedef则用来声明一种类型的别名。typedef跟宏相比,不仅仅是简单的字符串替换,可以使用该类型同时定义多个同类型对象。

typedef char* PCHAR1;#define PCHAR2 char *
int main (void){ PCHAR1 pch1, pch2; PCHAR2 pch3, pch4;printf ("sizeof pch1: %d\n", sizeof(pch1));printf ("sizeof pch2: %d\n", sizeof(pch2));printf ("sizeof pch3: %d\n", sizeof(pch3));printf ("sizeof pch4: %d\n", sizeof(pch4));return 0;}

在上面的示例代码中,我们想定义4个指向char类型的指针变量,然而运行结果却是:

sizeof pch1: 4sizeof pch2: 4sizeof pch3: 4sizeof pch4: 1

本来我们想定义4个指向char类型的指针,但是 pch4 经过预处理宏展开后,就变成成了一个字符型变量,而不是一个指针变量。而 PCHAR1 作为一种数据类型,在语法上其实就等价于相同类型的类型说明符关键字,因此可以在一行代码中同时定义多个变量。上面的代码其实就等价于:

char *pch1, *pch2;char *pch3, pch4;
2.4 让复杂的指针声明更加简洁

一些复杂的指针声明,如:函数指针、数组指针、指针数组的声明,往往很复杂,可读性差。比如下面函数指针数组的定义:

int *(*array[10])(int *p, int len, char name[]);

上面的指针数组定义,很多人一瞅估计就懵逼了。我们可以使用typedef优化一下:先声明一个函数指针类型func_ptr_t,接着再定义一个数组,就会更加清晰简洁,可读性就增加了不少:

typedef int *(*func_ptr_t)(int *p, int len, char name[]);func_ptr_t array[10];


3. 使用typedef需要注意的地方

通过上面的示例代码,我们可以看到,使用typedef可以让我们的代码更加简洁、可读性更强一些。但是typedef也有很多坑,稍微不注意就可能翻车。下面分享一些使用typedef需要注意的一些细节。

3.1 typedef在语法上等价于关键字

我们使用typedef给已知的类型声明一个别名,其在语法上其实就等价于该类型的类型说明符关键字,而不是像宏一样,仅仅是简单的字符串替换。举一个例子大家就明白了,比如const和类型的混合使用:当const和常见的类型(如:int、char) 一同修饰一个变量时,const和类型的位置可以互换。但是如果类型为指针,则const和指针类型不能互换,否则其修饰的变量类型就发生了变化,如常见的指针常量和常量指针:

char b = 10;char c = 20;int main (void){ char const *p1 = &b; //常量指针:*p1不可变,p1可变char *const p2 = &b; //指针常量:*p2可变,p2不可变  p1 = &c; //编译正常  *p1 = 20; //error: assignment of read-only location  p2 = &c; //error: assignment of read-only variable`p2' *p2 = 20; //编译正常return 0;}

当typedef 和 const一起去修饰一个指针类型时,与宏定义的指针类型进行比较:

typedef char* PCHAR2;#define PCHAR1 char * char b = 10;char c = 20;int main (void){ const PCHAR1 p1 = &b;const PCHAR2 p2 = &b; p1 = &c; //编译正常  *p1 = 20; //error: assignment of read-only location  p2 = &c; //error: assignment of read-only variable`p2' *p2 = 20; //编译正常return 0;}

运行程序,你会发现跟上面的示例代码遇到相同的编译错误,原因在于宏展开仅仅是简单的字符串替换:

const PCHAR1 p1 = &b; //宏展开后是一个常量指针const char * p1 = &b; //其中const与类型char的位置可以互换

而在使用PCHAR2定义的变量p2中,PCHAR2作为一个类型,位置可与const互换,const修饰的是指针变量p2的值,p2的值不能改变,是一个指针常量,但是*p2的值可以改变。

const PCHAR2 p2 = &b; //PCHAR2此时作为一个类型,与const可互换位置PCHAR2 const p2 = &b; //该语句等价于上条语句char * const p2 = &b; //const和PCHAR2一同修饰变量p2,const修饰的是p2!
3.2 typedef是一个存储类关键字

没想到吧,typedef在语法上是一个存储类关键字!跟常见的存储类关键字(如:auto、register、static、extern)一样,在修饰一个变量时,不能同时使用一个以上的存储类关键字,否则编译会报错:

typedef static char * PCHAR;//error: multiple storage classes in declaration of `PCHAR'

3.3 typedef 的作用域

跟宏的全局性相比,typedef作为一个存储类关键字,是有作用域的。使用typedef声明的类型跟普通变量一样遵循作用域规则:包括代码块作用域、文件作用域等。

typedef char CHAR;
void func (void){#define PI 3.14typedef short CHAR;printf("sizeof CHAR in func: %d\n",sizeof(CHAR)); }
int main (void){ printf("sizeof CHAR in main: %d\n",sizeof(CHAR)); func();typedef int CHAR;printf("sizeof CHAR in main: %d\n",sizeof(CHAR));printf("PI:%f\n", PI); return 0;}

宏定义在预处理阶段就已经替换完毕,是全局性的,只要保证引用它的地方在定义之后就可以了。而使用typedef声明的类型则跟普通变量一样遵循作用域规则。上面代码的运行结果为:

sizeof CHAR in main: 1sizeof CHAR in func: 2sizeof CHAR in main: 4PI:3.140000


4 如何避免typedef的滥用?

通过上面的学习我们可以看到:使用typedef可以让我们的代码更加简洁、可读性更好。在实际的编程中,越来越多的人也开始尝试使用typedef,甚至到了“过犹不及”的滥用地步:但凡遇到结构体、联合、枚举都要用个typedef封装一下,不用就显得你low、你菜、你的代码没水平。

其实typedef也有副作用,不一定非得处处都用它。比如上面我们封装的STUDENT类型,当你定义一个变量时:

STUDENT stu;

不看STUDENT的声明,你知道stu的含义吗?未必吧。而如果我们直接使用struct定义一个变量,则会更加清晰,让你一下子就知道stu是个结构体类型的变量:

struct student stu;

一般来讲,当遇到以下情形时,使用typedef可能会有用,否则可能会适得其反:

  • 创建一个新的数据类型

  • 跨平台、指定长度的类型:如U32/U16/U8

  • 跟操作系统、BSP、网络字宽相关的数据类型:如size_t、pid_t等

  • 不透明的数据类型:需要隐藏结构体细节,只能通过函数接口访问的数据类型

在阅读Linux内核源码过程中,你会发现大量使用了typedef,哪怕是简单的int、long都使用了typedef。这是因为:Linux内核源码发展到今天,已经支持了太多的平台和CPU架构,为了保证数据的跨平台性和可移植性,所以很多时候不得已使用了typedef,对一些数据指定固定长度:如U8/U16/U32等。但是内核也不是到处到滥用,什么时候该用,什么不该用,也是有一定的规则要遵循的,具体大家可以看kernel Document中的 CodingStyle 中关于typedef的使用建议。(在此感谢“裸机思维”的推荐)

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