为什么 C 函数不能返回数组类型？ [复制]答案

【问题标题】：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：stackoverflow.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

标签： c arrays return return-type

【解决方案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。

【解决方案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。

【解决方案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。

【解决方案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@987654328@ 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。

【讨论】：