为什么我们需要在传递二维数组作为参数时指定列的大小？

Question

为什么我的参数不能是

void example(int Array[][]){ /*statements*/}

为什么需要指定数组的列大小？例如，3

void example(int Array[][3]){/*statements*/}

我的教授说这是必修课，但我在开学前就开始编码了，我记得当我把这个作为我的参数时，没有语法或语义错误？还是我错过了什么？

Answer 1

当涉及到描述参数时，数组总是衰减为指向其第一个元素的指针。

当您将一个声明为int Array[3]的数组传递给函数void foo(int array[])时，它会衰减为指向数组开头的指针，即int *Array;。顺便说一句，你可以把一个参数描述为int array[3]或int array[6]，甚至int *array --所有这些都是等价的，你可以毫无问题地传递任何整数数组。

在数组(2D数组)的情况下，它也衰减为指向其第一个元素的指针，这恰好是一个一维数组，即我们得到int (*Array)[3]。

在这里指定大小很重要。例如，如果它不是强制性的，编译器将无法知道如何处理expression Array[2][1]。

在一个连续的内存块(int Array[2][3]是一个连续的整数块)中，编译器需要计算我们需要的项的偏移量，这对于指针来说应该很容易。如果a是一个指针，那么a[N]将扩展为start_address_in_a + N * size_of_item_being_pointed_by_a。在函数中使用表达式Array[2][1]的情况下(我们想访问这个元素)，Array是一个指向一维数组的指针，同样的公式也适用。最后一个方括号中的字节数是查找size_of_item_being_pointed_by_a所必需的。如果我们只有Array[][]，就不可能找到它，因此不可能取消对我们需要的数组元素的引用。

如果没有大小，指针算法将不适用于数组的数组。Array + 2会产生什么地址:将Array中的地址提前2个字节(错误)，还是将指针提前3* sizeof(int) * 2个字节？

Answer 2

在C/C++中，即使是二维数组也是按顺序存储在内存中的。因此，当您拥有(在单个函数中)：

int a[5][3];
int *head;

head = &a[0][0];
a[2][1] = 2; // <--

使用a[2][1]实际访问的元素是*(head + 2*3 + 1)，因为该元素依次位于0行的3个元素和1行的3个元素之后，然后是更多的索引。

如果你像这样声明一个函数：

void some_function(int array[][]) {...}

从语法上讲，它不应该是一个错误。但是，当您现在尝试访问array[2][3]时，您不知道应该访问哪个元素。另一方面，当你有：

void some_function(int array[][5]) {...}

您知道，使用array[2][3]，可以确定您实际访问的是内存地址为*(&array[0][0] + 2*5 + 3) 的元素，因为函数知道第二维的大小。

如前所述，还有另一个选项，您可以像这样声明一个函数：

void some_function(int *array, int cols) { ... }

因为通过这种方式，您将使用与前面相同的“信息”--列数来调用函数。然后，您访问数组元素的方式有点不同:您必须在通常编写array[i][j]的地方编写*(array + i*cols + j)，因为array现在是指向整数的指针(而不是指向指针)。

当您声明这样的函数时，您必须小心使用为数组实际声明的列数来调用它，而不仅仅是使用它。所以，举个例子：

int main(){
   int a[5][5];
   int i, j;

   for (i = 0; i < 3; ++i){
       for (int j=0; j < 3; ++j){
           scanf("%d", &a[i][j]);
       }
   }

   some_function(&a[i][j], 5); // <- correct
   some_function(&a[i][j], 3); // <- wrong

   return 0;
}

Answer 3

C 2018 6.7.6.2规定了数组声明符的语义，第1段给出了对它们的约束，包括：

元素类型不能是不完整或函数类型。

在像void example(int Array[][])这样的函数声明中，Array[]是一个数组声明符。因此，它必须满足元素类型不能不完整的约束。它在声明中元素类型是int []，这是不完整的，因为没有指定大小。

对于将要调整为指针的参数，C标准没有根本原因不能消除这种约束。生成的类型int (*Array)[]是一个合法声明，被编译器接受，并且可以以(*Array)[j]的形式使用。

但是，声明int Array[][]表明Array至少与一个二维数组相关联，因此应以Array[i][j]的形式使用。即使声明int Array[][]被接受并调整为int (*Array)[]，使用它作为Array[i][j]也是不可能的，因为下标运算符要求其指针操作数是指向完整类型的指针，而这一要求是不可避免的，因为它是计算元素地址所必需的。因此，保持对数组声明符的约束是有意义的，因为它与预期的表达式一致，即参数将是一个二维数组，而不仅仅是指向一个一维数组的指针。