为啥 C 函数不能返回数组类型？ [复制]

Posted 2023-02-22

【中文标题】为啥 C 函数不能返回数组类型？ [复制]

【英文标题】：Why can't C functions return an array type? [duplicate]为什么 C 函数不能返回数组类型？ [复制]

【发布时间】：2015-12-13 18:28:39

【问题描述】：

我是 C 语言的新手，我想知道：

为什么 C 函数不能返回数组类型？

我知道数组名是数组第一个值的地址，而数组是 C 中的二等公民。

【问题讨论】：

相关帖子：***.com/questions/5157439/…。它是关于 C++ 的，但 C++ 这样做是因为 C。

如果你使用 C++11，你可以传递一个数组容器：std::array<int, 3> a2 = 1, 2, 3;，它具有像普通数组一样的运算符。

没有真正的数组是从 1970 年代的语言继承而来的。您可以通过将数组包装在 struct 中来解决此限制。

APL 可以追溯到 1960 年代，适用于“真实”数组，包括多维数组。回到问题，这是设计 C 语言以通过引用而不是通过值传递数组的人们做出的选择。

不同意将 C 问题链接到 C++ 副本

【参考方案1】：

因为在 C 中实际上没有任何类似于 Java 等语言的数组类型的数组类型。如果源代码提供了该信息，现代 C 编译器将执行一致性检查，但是有多年的 C 源代码是在现代编译器之前编写的，并且源代码需要与现代 C 编译器一起使用。

如果你愿意，你可以返回一个指向数组的指针，并且你可以使用与使用数组相同的指针语法，只要使用下标（例如，*a 与 a[0] 相同，用于某些指针 @987654324 @)。

或者您可以返回 struct，然后您可以使用它来提供在 Java 等语言中看到的数组类型的一些功能。

因此您可以执行以下操作。

typedef  struct 
    things *array;
    int    iCount;
 MyArrayType;

然后你可以做一些事情，比如分配一个数组，然后返回它。

MyArrayType myFuncIntArray (int iCount)

    MyArrayType ret = 0;

    ret.array = malloc (iCount * sizeof(things));
    ret.iCount = iCount;

    return ret;

当然，您可以更改函数以创建您想要创建的任何类型的数组。不幸的是，您还需要负责在完成后释放内存，因为垃圾收集不是 C 的核心产品，尽管有 Boehm-Demers-Weiser garbage collector for C and C++。

C 之所以这样做，是因为设计它的聪明人是这样做的，而 C 标准委员会在大约 40 年里没有改变它。

C 的最初设计目标是代码的简单性和简洁性，以及通过函数库实现核心语言的可扩展性，以保持 C 编译器的简单和小巧，同时为程序员提供灵活性。生成的机器代码的高性能也是设计目标。然而，这些设计目标也将程序正确性和性能的重大责任放在了程序员身上。

【讨论】：

但是有数组类型。而你没有回答这个问题。

@juanchopanza，Java 具有数组类型，就像 C# 等大多数托管类型的语言一样。 C 有什么相当于数组的语义糖。因此，您可以像使用数组一样使用带索引的指针。

不会改变 C 具有数组类型的事实。它们的语义可能与其他语言中的数组不同，但这是另一回事。

@juanchopanza，“只是语义问题”？语义，意义，是所有交流的组成部分。不同的语义，不同的意义，不同的交流方式，不同的语言。类型数组和数组类型是有区别的。

@RichardChambers：鉴于int *ptr; 和int arr[1];，你认为ptr 和arr 具有相同的类型吗？仅仅因为数组很容易衰减为指针并不意味着它们是同一回事。

【参考方案2】：

你自己已经回答了这个问题：数组是二等公民。

C 按值返回。数组不能传值，所以不能返回。

至于为什么数组不能按值传递：这是 K&R 在最初设计语言时做出的设计决定，现在更改它为时已晚，因为所有现有的 C 代码都会损坏。

【讨论】：

这个答案虽然正确，但并不能解释 K&R 设计决策的动机。有关 K&R 设计决策的简明理解，请参阅 John Bode 的回答，或参阅 Barmar 进行更长时间的讨论。

【参考方案3】：

基于The Development of the C Language，看起来真正的原因主要与C从B和BCPL的演变有关。 B 没有数组变量，它只有指针。它也没有结构。当结构被添加到 C 中，并且它们被允许包含数组成员时，他需要一种方法来处理这些封闭的数组，类似于处理 B 样式数组的方式，解决方案是让数组在任何时候都转换为指针re 用在表达式中。这是论文中解释这一点的部分。

当我尝试扩展类型符号时，问题变得很明显，尤其是 添加结构化（记录）类型。结构似乎应该以直观的方式映射到内存 在机器中，但是在包含数组的结构中，没有好地方来存放指针 包含数组的基数，也没有任何方便的方式来安排它被初始化。为了 例如，早期 Unix 系统的目录条目在 C 中可能被描述为

struct 
     int inumber;
     char name[14];
  ;

我希望这个结构不仅可以描述一个抽象对象，还可以描述一个集合 可能从目录中读取的位。编译器可以在哪里隐藏指向的指针 语义要求的名称？即使结构被认为更抽象，并且 指针的空间可能会以某种方式隐藏，我该如何正确处理技术问题 在分配一个复杂的对象时初始化这些指针，也许是一个指定的对象 包含包含任意深度结构的数组的结构？

该解决方案构成了无类型 BCPL 之间进化链中的关键跳跃 并键入 C。它消除了指针在存储中的具体化，而是导致 在表达式中提到数组名称时创建指针。规则，生存下来 在今天的 C 语言中，数组类型的值在出现在表达式中时会被转换， 指向组成数组的第一个对象的指针。

这并不特定于将数组传入和传出函数，它适用于任何时候在表达式中使用数组（除非它是 & 运算符的参数）。

另请注意，此设计允许使用 malloc() 动态分配的数组变量和内存在传递给函数时被同等对待。

【讨论】：

Ritchie 写了一篇关于 C 语言发展的论文（包括它的数组语义）——PDF 是可用的here。

相关事实：在 K&R C 中，结构也不能按值传递或返回。这是在 ANSI C 中添加的。

@M.M 我对此有一个模糊的回忆，但我不确定。

【参考方案4】：

不能从函数返回数组的原因是数组类型可能不是赋值的目标。你不能写类似的东西

int arr[N];
arr = foo();

当它们出现在大多数上下文中时，数组表达式失去了它们的“数组特性”。这是 Ritchie 在 C 开发早期做出的设计决定的结果。 C 源自一种称为 B 的早期编程语言（如图），而 B 又源自 BCPL。在 B 中，数组对象是指向数组第一个元素的指针，并且数组访问是根据指针算法定义的。 a[i] 被定义为*(a + i); - 从a 中存储的地址偏移i 元素 并取消引用结果。

Ritchie 保留了 B 的数组语义，但不想搁置这些语义所需的指针存储。因此，他提出了在大多数情况下将数组表达式转换（“衰减”）为指针表达式的规则。

这意味着如果arr 是数组类型，arr = foo(); 将无法工作，因为没有为名为@9​​87654328@ 的对象预留存储空间，与数组元素本身分开；没有什么可以分配给 。