如果要定義一個「指向結構 struct s 的指標」，可以怎麼寫？

Day 2 的文章有講過用巨集的寫法：

#define dPS struct s *

這行程式碼的意思為：

• #define：預處理器指令，表示要建立一個巨集。
• dPS：巨集名稱。
• struct s：結構型態，標籤名稱為 s。
• *：指向 struct s 的指標。

還有另外一種用 typedef 的寫法：

typedef struct s * tPS;

這行程式碼的意思為：

• typedef：表示要為現有指向結構的指標 struct s * 定義一個別名 tPS。
• struct s：結構型態，標籤名稱為 s。
• *：指向 struct s 的指標。
• tPS：指向 struct s 的指標之別名。

既然都能為 struct s * 這個指向結構的指標取別名，那兩者是否有差別呢？

#define 跟 typedef 的比較

在分別用 #define 跟 typedef 定義完「指向結構 struct s 指標」的寫法後，如果要同時宣告兩個指標變數，寫法會分別變成：

dPS p1, p2;
tPS p3, p4;

那 p1、p2、p3、p4 各自是什麼？

透過以下程式碼觀察可略知一二：

#include <stdio.h>

struct s {
    char data[100]; // 假設結構 s 大小為 100 個位元組
};

// 使用 #define
#define dPS struct s *

// 使用 typedef
typedef struct s * tPS;

int main() {
    // ---- 測試 #define ----
    dPS p1, p2;
    
    // ---- 測試 typedef ----
    tPS p3, p4;
    
    // 觀察 p1、p2、p3、p4 的位元組大小
    printf("=== #define ===\n");
    printf("p1 is %zu bytes\n", sizeof(p1));
    printf("p2 is %zu bytes\n", sizeof(p2));

    printf("=== typedef ===\n");
    printf("p3 is %zu bytes\n", sizeof(p3));
    printf("p4 is %zu bytes\n", sizeof(p4));

    return 0;
}

結果如下：

=== #define ===
p1 is 8 bytes
p2 is 100 bytes
=== typedef ===
p3 is 8 bytes
p4 is 8 bytes

p1、p3 跟 p4 都佔據 8 個位元組，也就是 64 位元電腦中指標的大小，但唯獨 p2 佔據 100 個位元組，等同是一個完整的 struct s，為什麼？

#define 的意義

#define 的意思是還沒到編譯階段，就由預處理器直接展開、做文字代換，也就是說，之後只要看到 dPS 就用 struct s * 替代，所以：

         dPS      p1, p2;
替代成 struct s *  p1, p2;

這樣等同於：

struct s *p1; // * 只搭配到 p1，表示 p1 是一個指標
struct s p2;  // p2 沒有 *，因此只是一般結構變數

如果要讓 p1 跟 p2 都變成指標，那宣告時便要很拗口地寫成：

dPS p1, * p2;

這樣才等同於：

struct s *p1;  // 這裡的 * 由 dPS 展開成 struct s * 而來
struct s *p2;  // 這裡的 * 是手動加上去的

雖然可以達成預期中的效果，但在 p2 手動補 *，寫起來是不是很彆扭？

typedef 的意義與好處

如果寫成 typedef struct s * tPS;，那它的意思是：

• struct s *：這個結構放進一個「盒子」。
• tPS：這個「盒子」的名稱就是 tPS。

也就是說，之後用 tPS 做出來的每個變數，都是一個完整的 struct s *，因此：

tPS p3, p4;

相當於：

struct s *p3;  // 由 tPS 展開成完整的 struct s *
struct s *p4;  // 由 tPS 展開成完整的 struct s *

不論 p3 或 p4，都是完整的 struct s *。

參考資料

1. 韌體工程師的0x10個問題