C++ - 从函数返回多维数组答案

【问题标题】：C++ - Return multidimensional array from functionC++ - 从函数返回多维数组
【发布时间】：2014-07-23 00:42:13
【问题描述】：

我正在为元胞自动机编写代码，我需要一个进化函数来计算时间步后自动机的状态。我选择将此函数称为 evol，为了测试它，我在 C++ 中创建了一个基本函数。不幸的是，它无法编译，因为编译器无法理解我需要它来返回一个数组。这是代码：

#include <iostream>
#include <cmath>
#include <vector>
#include <string>

using namespace std;

const int N = 51; // Size of the grid; two columns/rows are added at the beginning and the end of the array (no evolution of the CA on the boundaries)

class Cell{
    //defining whats a cell here        
};

void showCA(Cell CA[N+2][N+2]){
    //function to print the CA grid in the terminal         
}


Cell[N+2][N+2] evol(Cell CA[N+2][N+2]){
    return CA;
}

int main()
{
     // Initialisation
    cout << "Initialisation" << endl;
    static Cell CA[N+2][N+2];
    // some code here to initialize properly the Cell array.
    showCA(CA);
    CA = evol(CA);
    showCA(CA);
    return 0;
}

编译器返回此错误：

error: expected unqualified-id
Cell[N+2][N+2] evol(Cell CA[N+2][N+2]){

关于我应该如何实现它的任何想法？

【问题讨论】：

使用分号来修复该错误。您可能也想使用向量。
N 究竟代表什么？您的代码中有许多奇怪的语句。你最终想达到什么目标？
创建一个类来表示一个多维数组（可能作为一个包装器来提供二维寻址到std::vector）。返回该类的一个实例。
过去几十年的标准方法是提供一个目标数组作为 evol 的参数，它不会返回任何内容或可能返回 bool，表示成功。调用者可能会有两个数组，它们在每次进化后将角色交换为源和目标。
您声明返回数组的函数的语法不正确。使用Cell evol(Cell CA[N+2][N+2])[N+2][N+2] 而不是Cell[N+2][N+2] evol(Cell CA[N+2][N+2]) 可以获得更有用的错误消息。

标签： c++ function multidimensional-array

【解决方案1】：

你可以使用

typedef std::vector<std::vector<Cell>> CellArray;
CellArray Cells(N+2);  // resize main dimension
for (size_t i=0; i<N+2; i++)
    Cells[i].resize(N+2); // resize all cells of main dimension

保存您的元胞数组，但您还需要在 Cell 类中添加一个复制构造函数和 operator=

class Cell {
public:
    Cell() { ... default ctor code here ... }
    Cell(const Cell &c) { *this = c; }

    Cell &operator=(const Cell&c)
    {
        if (this != &c)
        {
            ... copy data from c members to this members here ...
        }
        return *this;
    }
};

然后你的 evol 函数可以返回一个 CellArray：

CellArray evol(CellArray &c)
{
   CellArray r;
   ... do some calculations with c and r ...
   return r;
}

【讨论】：

你不需要移动 ctor 吗？也许，为了避免给你的继任者带来有趣的惊喜，搬家任务？这一切听起来几乎是荒谬的矫枉过正。
@PeterSchneider 这里没有什么可以移动的（RVO）。但是，如果一个类可以移动复制和移动分配是有意义的，它应该允许这些操作。

【解决方案2】：

一旦你像你一样使用数组语法声明了一个变量：

Cell CA[N+2][N+2];

您不能将CA 指定为其他内容。您只能为其内容赋值。因此，

CA = evol(CA);

错了。

您可以执行以下操作：

Cell (*CA2)[N+2] = evol(CA);

【讨论】：

【解决方案3】：

由于元素的数量似乎是固定的，我建议你使用std::array容器：

const int N = 51;
typedef std::array<std::array<Cell,N+2>, N+2> datatype;

然后您可以将此类型用作返回类型：

datatype Evol( const datatype& d );

您可以像访问“C”数组一样访问元素：

datatype d;
Cell c;
d[10][20] = c;

【讨论】：

【解决方案4】：

您不能从函数中返回数组：

§ 8.3.5/8

函数不应具有数组或函数类型的返回类型，尽管它们可能具有指针类型或对此类事物的引用的返回类型。

如果您希望从函数返回原始的 C 样式数组，那么您必须使用引用或指针。例如，下面是使用引用的方法（您可以使用指针，将& 替换为*）：

Cell (&evol(Cell (&CA)[N+2][N+2]))[N+2][N+2];

但是，这是非常不直观且难以阅读的。如果您的编译器支持最新标准 (C++11)，则可以使用尾随返回类型清除返回类型：

auto evol(Cell (&CA)[N+2][N+2]) -> Cell(&)[N+2][N+2];

但同样，这可能仍然难以阅读。

C++11 便于使用容器std::array<> 处理 C 样式数组。非 C++11 代码应该使用std::vector<>:

using Cells = std::array<std::array<Cell, N+2>, N+2>;

Cells const& evol(Cells const& CA);

【讨论】：

如果数组很大，返回一个 std::array 可能效率低下或危险（因为，你猜，堆栈溢出）。
@PeterSchneider 我怀疑std::array 会比常规数组有更多开销。在任何情况下，使用数组与std::array 时潜在堆栈溢出的大小完全相同，在这种情况下应该使用std::vector。
关于溢出为真；但是返回一个 std::array 只是复制了很多字节，不是吗（而不是返回一个指针或一个带有移动语义的 std::vector）。
此外，如果您返回对 C 数组的引用，最好不要将它放在堆栈中。
@PeterSchneider 按值返回数组没有问题。副本将被省略。如果无论出于何种原因（外来 C++ 实现/平台、准标准编译器等）都没有省略它。那么人们可以开始思考解决该问题的巧妙方法。

【解决方案5】：

我强烈建议将您的数组封装到一个类中。不能返回数组，但可以返回包含数组的对象。

【讨论】：