C语言为什么要有->运算符，有.运算符不就够了吗？

基本上，每一个C语言程序员都明白点运算符“.”和箭头运算符“->”可以用于访问结构体的成员，只不过箭头运算符“->”需要与结构体指针结合使用。事实上按照现在流行的C语言语法，通过结构体指针直接访问成员，也只能通过箭头运算符。

struct test *x;
x.member = 1;   // 非法
x->member = 1; // 合法

C语言为何要有“->”运算符？

抛开结构体不谈，C语言中的指针本身并无需要用到点运算符“.”的地方，因此结构体指针与点运算符“.”结合时，编译器把这种结合解释为访问结构体成员，按理说并不会产生歧义，C语言以语法简洁闻名，那为什么还要提供看似“多余”的“->”运算符呢？或者说，C语言中的箭头运算符“->”有什么历史渊源吗？

上述问题其实可以简化成两个子问题，一是为什么C语言要有“->”运算符，再就是为什么C语言中的“.”运算符不能与结构体指针结合访问成员。

C语言“->”运算符的历史

其实，在C语言的第一个版本（相关C参考手册（C Reference Manual，CRM）在1975年5月随第6版Unix一起发布）中，“->”运算符并不像今天一样与“.”运算符同义，而是有其一种特有的含义。

CRM 所描述的C语言在许多方面都与现代C语言有很大的不同，例如 CRM 的结构体成员实现了全局字节偏移的概念，没有类型限制，可以访问任意地址。也就是说，当时的C语言中，所有的结构体成员的名字都具有独立的全局含义，因此所有结构体的成员名都不能一样。

struct S {
  int a;
  int b;
};

上面这几行C语言代码定义了结构体 S，成员 a 代表 0 偏移，而成员 b 则代表 2 字节偏移（这里假设 int 变量占用 2 字节内存，也不考虑内存对齐）。当时C语言做了这样的限制：所有结构体的所有成员，要么有唯一的名字，要么代表唯一的字节偏移量，例如：

struct X {
  int a;
  int x;
};

上述代码定义了结构体 X，它也包含成员 a，它的名字与结构体 S 中的成员 a 重复了，但是没有问题，因为它们都代表 0 偏移。但是下面这种定义就属于非法了：

struct Y {
  int b;
  int a;
};

因为结构体 Y 中的成员 a 与结构体 S 中的成员 a 重名，并且代表的字节偏移量也不相等。

在当时的C语言语法中，箭头运算符“->”就是用于确定偏移量的。既然每个结构体的成员代表的字节偏移量都是全局的，那么下面这样的语句也是合法的：

int i = 5;
i->b = 42;
100->a = 0;

上述几行C语言代码的意义也很明确：i->b 表示以 5 为基准的 2 字节偏移处，因此 i->b=42; 的意思是将地址 7 处的 int 值设置为 42。同样的到里，100->a=0; 则表示将地址 100 处的 int 值设置为 0。

读者应注意，在当时版本的C语言中，箭头运算符“->”并不关心它的左表达式，因此哪怕 100->a 也是合法的。

这样利用结构体成员偏移量的做法对于“* ”和“.”运算符的组合是不可用的，例如

int i = 5;
(*i).b = 42;

*i 本身就是一个无效的表达式，“* ”是一个独立的运算符，因此对其操作数施加了更加严格的类型要求。当时 CRM 引入箭头运算符“->”就是用于解决这种限制带来的不便的。

后来，在 K&R 设计的C语言中，许多 CRM 中的功能被重新设计，“结构体成员作为全局偏移标识符”的设计被完全推翻，此后箭头运算符“->”的功能与“* ”和“.”运算符结合的功能完全相同。

为什么C语言不支持“.”运算符与结构体指针结合访问成员？

同样，在 CRM 描述的C语言中，“.”运算符的左操作数被要求必须是一个左值，这也是它与“->”运算符不同的原因，如上所述。请注意，CRM 不需要“.”运算符的左操作数是结构体类型的，它只要求左操作数是左值。

这里读者应该区分“左操作数”和“左值”的区别。

这意味着在 CRM 版本的C语言中，程序员可以编写下面这样的代码：

struct S { int a, b; };
struct T { float x, y, z; };

struct T c;
c.b = 55;

读者应该注意到结构体 T 并没有成员 b，但是 c.b=55; 却仍然是合法的，编译器不关心变量 c 的类型，它只关心 c 是一个左值：某种可写的内存块。因此 c.b=55; 的意义是将 55 写入名为 c 的连续内存块中字节偏移量 2 处的 int 值中。

因此，如果我们写了下面这样的C语言代码：

S *s;
...
s.b = 42;

编译器将认为这样是有效的，因为 s 也是一个左值。最终得到的C语言程序将尝试将 42 写到指针变量 s 本身（而不是它索引的结构体）所在连续内存字节偏移量 2 处。不用说，这样的结果必定会产生预料之外的结果，很可能带来内存溢出，但是编程语言本身并不关心这些事情。

也就是说，在那个版本的C语言中，对“.”运算符重载（使其支持通过结构体指针访问成员）根本就行不通，因为“.”运算符与指针结合时，已经具备自己的含义了（与左值结合，访问指定偏移量的内存）。虽然以今天的眼光来看，当时的设计很古怪，但是当时的确就是那样设计的。

当然了，这样的奇怪设计并不是“.”运算符不能与结构体指针结合使用访问成员的充足理由，但是后来 K&R 在重新设计C语言时没有考虑重载“.”运算符，应该是需要兼容之前版本的C语言，毕竟历史遗留下来的C语言代码也是需要得到支持的。

可能也有读者认为，即使是今天的C语言，似乎“->”运算符也不是必须的，因为“* ”和“.”运算符结合就能轻易的代替它：

struct S *p;
p->b = 3;
// 完全可以使用下面这样的语句替换
(*p).b = 3;

既然简洁是C语言的特点，就应该做到极致，何必提供“多余的”箭头运算符“->”呢？的确如此，就功能性而言，“->”完全可以不要，但是在C语言程序开发中，我们还需要考虑程序员的感受，例如下面两种写法：

(*(*(*a).b).c).d
a->b->c->d

它们的功能是一致的，但是第二种写法无论是书写，还是阅读，都要简洁的多。