为什么 C++ 不支持返回数组的函数？

Question

有些语言允许您像 Java 一样声明一个返回数组的函数，就像普通函数一样：

public String[] funcarray() {
   String[] test = new String[]{"hi", "hello"};
   return test;
}

为什么 C++ 不支持 int[] funcarray(){} 之类的东西？ 你可以返回一个数组，但是做这样一个函数真的很麻烦。而且，我在某处听说字符串只是 char 数组。那么如果你可以在 C++ 中返回一个字符串，为什么不能返回一个数组呢？

Answer 1

这些答案都没有抓住重点。 C++ 只是不支持它。它甚至不支持在std::array<T, N> 之前返回静态大小的数组的方法。 C++可以支持返回动态大小的数组，但它们不支持。我确信有正当理由，但他们可以。

您需要做的就是在堆栈上分配动态数组，返回它的地址和大小，并确保调用者将堆栈指针撞到返回数组的末尾。可能需要修复一些堆栈帧，但绝不是不可能的。

Answer 2

我敢打赌，简而言之，这只是一个设计决定。更具体地说，如果您真的想知道原因，您需要从头开始工作。

让我们首先考虑 C。在 C 语言中，“按引用传递”和“按值传递”之间有明显的区别。轻描淡写，C 中的数组名其实只是一个指针。出于所有意图和目的，差异（通常）归结为分配。代码

int array[n];

将在堆栈上创建 4*n 字节的内存（在 32 位系统上），与作出声明的代码块的范围相关。反过来，

int* array = (int*) malloc(sizeof(int)*n);

将创建相同数量的内存，但在堆上。在这种情况下，该内存中的内容与范围无关，只有对内存的引用受范围限制。这就是按值传递和按引用传递的用武之地。您可能知道，按值传递意味着当某个函数传入或从函数返回时，传递的“事物”是对变量求值的结果。换句话说，

int n = 4;
printf("%d", n);

将打印数字 4，因为构造 n 的计算结果为 4（对不起，如果这是基本的，我只想涵盖所有基础）。这 4 与您的程序的内存空间绝对没有任何关系或关系，它只是一个文字，因此一旦您离开该 4 具有上下文的范围，您就会失去它。通过引用传递呢？通过引用传递在函数的上下文中没有什么不同。您只需评估通过的构造。唯一的区别是，在评估传递的“事物”之后，您将评估结果用作内存地址。我曾经有一位特别愤世嫉俗的 CS 教练，他喜欢说没有通过引用传递这样的事情，只是传递聪明价值观的一种方式。真的，他是对的。所以现在我们从函数的角度来考虑范围。假设你可以有一个数组返回类型：

int[] foo(args){
    result[n];
    // Some code
    return result;
}

这里的问题是结果计算为数组的第 0 个元素的地址。但是当您尝试从该函数外部（通过返回值）访问此内存时，您会遇到问题，因为您正在尝试访问不在您正在使用的范围内的内存（函数调用的堆栈）。所以我们解决这个问题的方法是使用标准的“通过引用”jiggery-pokery：

int* foo(args){
    int* result = (int*) malloc(sizeof(int)*n));
    // Some code
    return result;
}

我们仍然得到一个指向数组第 0 个元素的内存地址，但现在我们可以访问该内存了。

我的意思是什么？在 Java 中，通常断言“一切都是按值传递”。这是真实的。上面这位愤世嫉俗的导师也对 Java 和 OOP 有这样的看法：一切都只是一个指针。他也是对的。尽管 Java 中的所有内容实际上都是按值传递的，但几乎所有这些值实际上都是内存地址。因此，在 Java 中，该语言确实允许您返回一个数组或一个字符串，但它是通过将其转换为带有指针的版本来实现的。它还为您管理您的记忆。自动内存管理虽然有用，但效率不高。

这将我们带到了 C++。发明 C++ 的全部原因是 Bjarne Stroustrup 在他的博士工作期间一直在试验 Simula（基本上是最初的 OOPL），并认为它在概念上非常棒，但他注意到它的性能相当糟糕。于是他开始研究所谓的 C with Classes，后来重命名为 C++。在这样做的过程中，他的目标是制作一种编程语言，该语言吸收了 Simula 的一些最佳功能，但仍保持强大和快速。他选择扩展 C 是因为其已经具有传奇色彩的性能，而一个权衡是他选择不像其他 OOPL 那样大规模地实现自动内存管理或垃圾收集。从一个模板类返回一个数组是可行的，因为，你正在使用一个类。但是如果你想返回一个 C 数组，你必须用 C 的方式来做。换句话说，C++ 确实支持与 Java 完全相同的方式返回一个数组；它只是不能为你完成所有的工作。因为一个丹麦人认为它太慢了。

Answer 3

C++ 确实支持它——很好：

vector< string> func()
{
   vector<string> res;
   res.push_back( "hello" );
   res.push_back( "world" );
   return res;
}

甚至 C 也支持它：

struct somearray
{
  struct somestruct d[50];
};

struct somearray func()
{
   struct somearray res;
   for( int i = 0; i < 50; ++i )
   {
      res.d[i] = whatever;
   }
   // fill them all in
   return res;
}

std::string 是一个类，但是当你说一个字符串时，你可能指的是文字。您可以从函数中安全地返回文字，但实际上您可以静态创建任何数组并从函数中返回它。如果它是一个 const（只读）数组，这将是线程安全的，字符串文字就是这种情况。

但是，您返回的数组会降级为指针，因此您无法仅从它的返回中计算出它的大小。

如果可能的话，返回一个数组首先必须是固定长度的，因为编译器需要创建调用堆栈，然后存在数组不是左值的问题，所以接收它调用函数必须使用带有初始化的新变量，这是不切实际的。出于同样的原因，返回一个也可能不切实际，尽管他们可能对返回值使用了特殊的表示法。

请记住，在 C 语言的早期，所有变量都必须在函数顶部声明，而您不能只在第一次使用时声明。因此在当时是不可行的。

他们提供了将数组放入结构的解决方法，这就是它现在必须保留在 C++ 中的方式，因为它使用相同的调用约定。

注意：在像 Java 这样的语言中，数组就是一个类。你用新的创建一个。您可以重新分配它们（它们是左值）。

Answer 4

"你不能从 函数，因为该数组将是 在函数内部声明，以及它的 位置将是堆栈 框架。但是，堆栈帧被删除 当函数退出时。函数必须 将返回值从堆栈帧复制到 返回位置，那不是 可以使用数组。”

来自这里的讨论：

http://forum.codecall.net/c-c/32457-function-return-array-c.html

Answer 5

其他人说在 C++ 中，使用向量而不是从 C 继承的数组。

那么为什么 C++ 不允许返回 C 数组呢？因为 C 没有。

为什么 C 没有？因为 C 是从 B 演变而来的，B 是一种无类型语言，其中返回一个数组根本没有意义。在向 B 添加类型时，可以返回一个数组本来是有意义的，但这并不是为了保持一些 B 惯用语的有效性并简化程序从 B 到 C 的转换。从那时起，可能性让 C 数组更可用，但一直被拒绝（甚至更多，甚至没有考虑），因为它会破坏太多现有代码。

Answer 6

“为什么 C++ 不支持类似的东西”：因为它没有任何意义。在 JAVA 或 PHP 等基于引用的语言中，内存管理基于垃圾收集。没有引用的内存部分（程序中的变量不再指向它）会被自动释放。在这种情况下，您可以分配内存，并轻松地传递引用。

C++代码会被翻译成机器码，里面没有定义GC。因此，在 C 和 C++ 中，对内存块有一种强烈的所有权意识。你必须知道你去的指针是否是你随时释放的（实际上你应该在使用后释放它），或者你有一个指向内存共享部分的指针，这是绝对的禁止免费。

在这种环境中，每次数组传入和传出函数时都创建无穷无尽的数组副本，这将一无所获。用类 c 语言管理数据数组要复杂得多。没有万能的解决方案，您需要知道何时释放内存。

函数返回的数组是否总是一个副本（您可以免费使用），还是您必须制作它们的副本？将一个指向数组的指针插入到一个数组中，你会赢吗？

Answer 7

C 中的数组（以及为了向后兼容而在 C++ 中）具有与其他类型不同的特殊语义。特别是，对于其他类型，C 仅具有按值传递语义，在数组的情况下，按值传递语法的效果以一种奇怪的方式模拟了按引用传递：

在函数签名中，类型为T 类型的N 个元素的数组 类型的参数被转换为指向T 的指针。在函数调用中，将数组作为参数传递给函数会将数组衰减到指向第一个元素的指针，然后将该指针复制到函数中。

由于对数组的这种特殊处理——它们不能按值传递——它们也不能按值返回。 C中可以返回指针，C++中也可以返回引用，但数组本身不能在栈中分配。

如果您考虑一下，这与您在问题中使用的语言没有什么不同，因为数组是动态分配的，您只返回一个指针/引用。

另一方面，C++ 语言支持针对特定问题的不同解决方案，例如在当前标准中使用 std::vector（内容是动态分配的）或在即将发布的标准中使用 std::array（内容可以在堆栈，但它可能有更高的成本，因为在编译器无法删除副本的情况下，每个元素都必须被复制）。事实上，您可以通过使用像 boost::array 这样的现成库来使用与当前标准相同类型的方法。

Answer 8

你可以返回一个指向数组的指针。以后要小心释放内存。

public std::string* funcarray() {
    std::string* test = new std::string[2];
    test[0] = "hi";
    test[1] = "hello";
    return test;
}

// somewhere else:
std::string* arr = funcarray();
std::cout << arr[0] << " MisterSir" << std::endl;
delete[] arr;

或者您可以只使用 std 命名空间中的容器之一，例如 std::vector。

Answer 9

在这里查看。真的很有帮助。

• How do I return an array from a function?
• C++ Returning multidimension array from function
• Return 2d array from function in C++

Answer 10

返回 std::vector<> 而不是数组。一般来说，数组不适用于 C++，一般应避免使用。

此外，string 数据类型不仅仅是一个字符数组，尽管“引用字符串”是。 string 管理一个字符数组，您可以使用.c_str() 访问它，但string 的功能远不止这些。