我并不想复制关于C不能返回数组的常见问题,而是要深入研究它.
我们不能这样做:
char f(void)[8] {
char ret;
// ...fill...
return ret;
}
int main(int argc, char ** argv) {
char obj_a[10];
obj_a = f();
}
但我们可以这样做:
struct s { char arr[10]; };
struct s f(void) {
struct s ret;
// ...fill...
return ret;
}
int main(int argc, char ** argv) {
struct s obj_a;
obj_a = f();
}
所以,我正在浏览由gcc -S生成的ASM代码,并且似乎正在使用堆栈,-x(%rbp)与任何其他C函数返回一样进行寻址.
直接返回数组有什么用？我的意思是,不是在优化或计算复杂性方面,而是在没有结构层的情况下这样做的实际能力方面.
额外数据:我在x64 Intel上使用Linux和gcc.
Ste*_*mit 97
首先,是的,您可以将数组封装在结构中,然后使用该结构执行任何操作(分配它,从函数返回它等).
其次,正如您所发现的,编译器很难发出代码来返回(或分配)结构.所以这也不是你不能返回数组的原因.
你不能这样做的根本原因是,直言不讳地说,数组是C中的二等数据结构.所有其他数据结构都是一流的.在这个意义上,"一流"和"二等"的定义是什么？只是无法分配第二类类型.
(你的下一个问题可能是,"除了数组,还有其他任何二类数据类型吗？",我认为答案是"不是真的,除非你计算函数".)
与无法返回(或分配)数组这一事实紧密相关的是,也没有数组类型的值.有数组类型的对象(变量),但每当你尝试取值1时,你会得到一个指向数组第一个元素的指针.[脚注:更正式地说,没有数组类型的右值,尽管数组类型的对象可以被认为是左值,尽管是不可赋值的.)
因此,除了无法分配给数组这一事实外,您还无法生成要分配给数组的值.如果你说
char a[10], b[10];
a = b;
就像你写的一样
a = &b[0];
所以我们在右边有一个指针,在左边有一个数组,即使数组以某种方式可分配,我们也会有一个巨大的类型不匹配.同样(从你的例子)我们试着写
a = f();
f()我们所拥有的函数定义中的某个地方
char ret[10];
/* ... fill ... */
return ret;
好像最后一行说的那样
return &ret[0];
而且,我们没有返回和分配的数组值a,只是一个指针.
(在函数调用示例中,我们还遇到了一个非常重要的问题,ret即本地数组,尝试在C中返回是危险的.稍后将详细介绍.)
现在,你的问题的一部分可能是"为什么会这样？",也"如果你不能分配数组,为什么可以分配中包含有数组结构？"
以下是我的解释和我的观点,但这与丹尼斯·里奇在"C语言的发展 "一文中所描述的一致.
数组的不可分配性源于三个事实:
C旨在在语法和语义上接近机器硬件.C中的基本操作应该编译为一个或几个机器指令,占用一个或几个处理器周期.
数组一直很特殊,尤其是它们与指针的关系; 这种特殊关系是从C的前身语言B中对数组的处理发展而来的.
结构最初不在C.
由于第2点,不可能分配数组,并且由于第1点,它无论如何都不可能,因为单个赋值运算符=不应该扩展到可能需要N千个周期来复制N 000个元素数组的代码.
然后我们到达第3点,这最终形成了一个矛盾.
当C得到结构时,它们最初也不是完全一流的,因为你无法分配或返回它们.但你不能的原因只是第一个编译器不够聪明,起初,生成代码.没有句法或语义障碍,就像阵列一样.
并且一直以来的目标是结构是一流的,这是在相对较早的时候实现的,很快就会出现第一版K&R打印出来的时间.
但是最大的问题仍然是,如果一个基本操作应该编译成少量的指令和周期,为什么这个参数不允许结构分配呢？答案是,是的,这是一个矛盾.
我相信(虽然这是我的更多猜测),思维是这样的:"一流的类型是好的,二等类型是不幸的.我们坚持阵列的二等状态,但我们可以使用结构更好.不昂贵的代码规则实际上不是一个规则,它更像是一个指导.数组通常很大,但结构通常是小的,几十或几百个字节,所以分配它们不会通常是过于昂贵."
因此,不昂贵的代码规则的一致应用就被淘汰了.无论如何,C从未完全规律或一致.(就此而言,也不是绝大多数成功的语言,无论是人类还是人工语言.)
尽管如此,可能值得一提的是,"如果C 确实支持分配和返回数组怎么办？那该怎么办？" 并且答案将涉及某种方式来关闭表达式中数组的默认行为,即它们倾向于变成指向其第一个元素的指针.
回到90年代的某个时候,IIRC,有一个相当经过深思熟虑的提议来做到这一点.我认为它涉及将数组表达式包含在[ ]或[[ ]]等等中.今天我似乎无法找到任何提及的建议(尽管如果有人可以提供参考,我将不胜感激).现在我要假设一个新的运算符或伪函数arrayval().
我们可以通过执行以下操作来扩展C以允许数组赋值:
取消禁止在赋值运算符的左侧使用数组.
删除禁止声明数组值函数的禁令.回到原来的问题,做出char f(void)[8] { ... }合法的.
(这是最重要的.)有一种方法可以在表达式中提及数组,并以数组类型的真值,可赋值(rvalue)结束.如上所述,现在我将提出语法arrayval( ... ).
[附注:今天我们有一个" 关键定义 "
对表达式中出现的数组类型的对象的引用将(有三个例外)衰减到指向其第一个元素的指针中.
三个例外是当数组是sizeof或&运算符的操作数时,或者是字符数组的字符串文字初始值设定项.根据我在这里讨论的假设修改,将有四个例外,将操作arrayval符的操作数添加到列表中.
无论如何,通过这些修改,我们可以编写类似的东西
char a[8], b[8] = "Hello";
a = arrayval(b);
(显然,我们还必须决定做什么,如果a和b是不一样的大小.)
鉴于功能原型
char f(void)[8];
我们也可以这样做
a = f();
让我们来看看f假设的定义.我们可能有类似的东西
char f(void)[8] {
char ret[8];
/* ... fill ... */
return arrayval(ret);
}
请注意(除了假设的新arrayval()运算符),这正是Dario Rodriguez最初发布的内容.还要注意 - 在假设的世界中,阵列分配是合法的,并且arrayval()存在类似的东西- 这实际上是有效的!特别是,它不会遇到将很快无效的指针返回到本地数组的问题ret.它会返回一个数组的副本,所以根本不会有任何问题 - 这与显然是合法的完全类似
int g(void) {
int ret;
/* ... compute ... */
return ret;
}
最后,回到"是否还有其他类型的二类？"这一侧面问题,我认为,当数组之类的函数不被自己用作时,它们的地址会自动获取,这不仅仅是巧合(也就是说,作为函数或数组),并且类似地没有函数类型的右值.但这主要是一种空洞的沉思,因为我不认为我曾经在C中听过被称为"二等"类型的功能.(也许他们有,而且我已经忘记了.)
Joh*_*ger 20
直接返回数组有什么用？我的意思是,不是在优化或计算复杂性方面,而是在没有结构层的情况下这样做的实际能力方面.
它与能力本身无关.其他语言确实提供了返回数组的能力,并且您已经知道在C中可以返回带有数组成员的结构.另一方面,其他语言具有与C相同的限制,甚至更多.例如,Java不能从方法返回数组,也不能返回任何类型的对象.它只能返回对象的基元和引用.
不,这只是语言设计的问题.与大多数其他与数组有关的事情一样,这里的设计要点围绕C的规定,即数组类型的表达式几乎在所有上下文中自动转换为指针.return语句中提供的值也不例外,因此C甚至无法表达数组本身的返回.可能已经做出了不同的选择,但事实并非如此.
对于成为一流对象的数组，您至少希望能够对它们进行赋值。但这需要了解大小，并且 C 类型系统不够强大，无法将大小附加到任何类型。C++ 可以做到这一点，但由于遗留问题而无法做到这一点\xe2\x80\x94它引用了特定大小的数组（typedef char (&some_chars)[32] )，但普通数组仍然像 C 中一样隐式转换为指针。C++ 有 std::array 代替，这基本上是前面提到的结构内数组加上一些语法糖。