问题

为什么C/C++中“(*p).number”和“p->number”作用一样但却有两种写法?

回答
在C/C++的世界里,指针和结构体(或类)的组合使用是再常见不过的了。当你有一个指向结构体或类的指针,想要访问其中的成员时,你会发现有两种方式可以做到:`(p).member` 和 `p>member`。很多人会疑惑,既然它们的作用完全一样,为什么语言设计者要提供两种写法呢?这背后其实有其历史原因和设计上的考量,让C/C++在提供强大功能的同时,也兼顾了代码的可读性和简洁性。

历史的印记:C语言的演进

要理解这个问题,我们得回到C语言的起源。C语言的设计目标之一就是简洁高效,它是一种“接近硬件”的语言,允许程序员进行底层的内存操作。在早期,当结构体和指针的概念被引入时,主要的设计者们也在思考如何最直接地表达“通过指针访问结构体成员”这个操作。

假设我们有一个结构体 `Person`:

```c
struct Person {
int age;
char name[50];
};
```

现在,我们有一个指向 `Person` 结构体的指针 `p`:

```c
struct Person person_instance;
struct Person p = &person_instance;
```

我们想要访问 `person_instance` 的 `age` 成员,但必须通过指针 `p`。

方式一:从根本上理解操作

`(p).age` 这种写法,其实是将“通过指针解引用”和“访问结构体成员”两个操作分开来表达的。

1. `p`:解引用指针。 这是C语言中最基础的指针操作。`` 操作符会“跟随”指针 `p`,找到它所指向的内存地址,然后将该地址中的内容作为一个 `Person` 结构体来看待。此时,我们就得到了一个名为 `person_instance` 的实际 `Person` 对象,只是它是一个“临时”的对象副本(或者说,在表达式的上下文中被视为一个值)。

2. `.age`:访问结构体成员。 一旦我们通过 `p` 得到了一个实际的 `Person` 结构体对象,我们就可以像访问普通结构体变量的成员一样,使用点运算符 `.` 来访问它的 `age` 成员。所以,`(p).age` 的字面意思是:“找到指针 `p` 指向的那个 `Person` 结构体,然后访问它的 `age` 成员”。

这种写法非常直观地反映了指针操作的本质:先找到对象,再访问对象里的东西。它强调了“对象”本身的存在,即使是通过指针来间接访问。

方式二:追求简洁的语法糖

然而,`(p).age` 这种写法,尤其是当指针层层嵌套或者结构体成员是another结构体时,会显得有些冗长和笨拙。想象一下 `((p).next).data` 这样的写法,读起来非常不方便。

为了解决这个问题,并且让代码更易读、更紧凑,C语言的设计者引入了一个特殊的运算符:箭头运算符 `>`。

`p>age` 是一种语法糖(Syntactic Sugar),它被设计成专门用于“通过指针访问结构体(或类)的成员”这个场景。它的作用就是将 `(p).age` 这种写法进行了封装和简化。

`p>age` 的字面意思是:“指针 `p` 指向的那个 `Person` 结构体的 `age` 成员”。

你可以将 `p>age` 完全等价地理解为 `(p).age`。

为什么保留两种写法?

既然 `>` 如此方便,为什么不直接废弃 `(p).` 呢?这里有几个层面的原因:

1. 历史延续性与兼容性: C语言的设计者非常注重向后兼容性。一旦某个语法被广泛使用,即使有更好的替代方案,也很难完全移除它,因为这会破坏大量已有的代码和库。许多现有的C代码库都大量使用了 `(p).member` 的形式。

2. 明确操作的逻辑: 虽然 `>` 更简洁,但 `(p).` 的写法在某些情况下更能体现操作的逻辑层次感。例如,在一些复杂的表达式中,明确地先解引用再访问,可能有助于理解代码的执行流程,尤其是在学习指针的初期。

3. 灵活性与扩展性: 在C++中,虽然 `>` 是访问成员的标准方式,但有时我们可能需要对访问成员的行为进行一些特殊处理,例如重载成员访问操作符。虽然重载通常针对类,并且是提供 `operator>` 来实现更复杂的链式访问,但基础的点运算符 `.` 和箭头运算符 `>` 的存在,为语言的设计者提供了更多选择和扩展的空间。当然,这对于基础的结构体访问来说并不是直接原因,但语言设计的哲学往往是统一的。

4. 对操作符的理解: `.` 和 `` 是C语言中最基本的操作符之一,它们分别代表着“访问成员”和“解引用”。 `>` 可以看作是这两个基本操作符的一个组合快捷方式。保留 `(p).` 形式,也使得初学者可以更深入地理解指针和结构体的底层联系。

总结一下:

`(p).number` 是对指针 `p` 先解引用得到结构体,再使用点运算符 `.` 访问其成员 `number`。这是从基本操作符组合而成的写法。
`p>number` 是C语言引入的专门用于通过指针访问结构体成员的语法糖,它直接表达了相同的意图,但更加简洁和易读。

你可以把 `>` 想象成是编译器帮你自动完成了 `(p).` 的过程。当你写 `p>number` 时,编译器在背后做的就是 `(p).number` 的工作。

在实际编程中,推荐使用 `>`。 它是更现代、更简洁、更符合人体工程学的写法,能让你的代码更清晰。但在阅读老代码或者学习指针的底层原理时,理解 `(p).` 的写法是至关重要的。这两种写法就像是同一件事物的两种表达方式,一种是拆解开来说明原理,一种是包装起来说结果,两者共同构成了C/C++语言丰富而强大的表达能力。

网友意见

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->就是典型的语法糖啊。

既然是语法糖,那么它们当然就是写法不一样但是作用一样的——语法糖的目的就是这个。

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