创建和返回多维数组

Question

我阅读了一些动态创建和使用二维数组的方法，我已经确定了这种方式：

文件：

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|xxx|
|xxx|
+---+

main.c:

char** loadArray() {
    FILE *in = fopen("file", "r");

    int w, h;
    fscanf(in, "%d %d\n", &w &h);

    char (*buf)[w] = malloc(sizeof(char[h][w]));

    for (int i = 0; i < h; i++) {
        fscanf(in, "%s\n", buf[i]);
    }

    fclose();

    return buf;
}

int main() {
    char** array = loadArray();
    for (int i = 0; i < 4; i++) { // magic number, only because I know the size
        printf("%s\n", array[i]);
    }
    return 0;
}

虽然它会编译，但它会发出警告：incompatible pointer types returning 'char (*)[w]' from a function with result type 'char **'，如果我尝试运行它会出现段错误。

几个问题（主要针对 C，但欢迎 C++ 特定答案以供将来参考，当我到达那里时）：

1. 多维数组的正确返回类型是什么？我认为该警告不是很有帮助，因为它提供了一个可变术语，我显然在阅读文件之前没有。
2. 此时，我只是想让返回的二维数组正常工作，但当我这样做并继续前进时，我将需要数组的维度以便以后正确使用。我的第一个想法是返回结构，我可以在其中保存维度和数组本身。然而，经过进一步思考，可变大小让我认为我无法将单个结构模板用作函数的返回类型，我必须找到其他方法来获取数组的大小.是想法吗？

感谢您的宝贵时间。

Answer 1

指向指针的指针和指向数组的指针是完全不同的东西。您不能在返回类型中返回数组维度，因此您必须使用不完整的数组：

char (*(loadArray()))[] {
  ...
}

显然这不是很可读所以你最好通过typedef：

typedef char line[];

line* loadArray() {
  ...
}

您还必须掌握维度w 和h，因此您必须将指向值的指针作为参数传递。但这将是另一个问题。

Answer 2

多维数组的正确返回类型是什么？

没有“正确”的类型，这完全取决于您想要如何表示数据以及您想要设计什么样的架构。

我认为警告不是很有帮助，因为它提供了一个可变术语

该警告非常有用，因为它表明代码中存在错误——您正在将指向数组的指针转换为指向指针的指针。忽略该警告最终会导致 printf("%s\n", array[i]); 这是未定义的行为。

是想法吗？

您可以返回一个指向动态分配的指针数组的指针，该指针指向动态分配的值数组。

char **loadArray(void) {
    size_t w, h;
    // Initialize w and h.

    char **arr;
    arr = malloc(w * sizeof(*arr));
    if (!arr) return NULL;
    for (size_t i = 0; i < w; ++i) {
       arr[i] = malloc(h * sizeof(*arr[i]));
       if (!arr[i]) {
          for (size_t j = 0; j < i; ++j) {
             free(arr[j]);
          }
          frer(arr);
          return NULL;
       }
   }

   // Fill arr from file. Handle errors. Handle deallocation.

   return arr;
}

这是用 C 编程的常用方法，人们会期望 char ** 以这种方式行事。我可以举一个 POSIX 的例子，其中 scandir 函数接受一个指向双指针 struct dirent ***namelist 参数的指针，该参数分配给这样一个动态分配的二维数组。

但让我们采用过度设计（或不过度设计）的设计（主要是 C-ish 伪代码）：

// represents the thing
struct thething_s {
    char *string;
};
int thething_print(struct thething_s *t, FILE *f) {
   return fprintf(f, ....);
}
void thething_free(struct thething_s *t) {
   free(t->string);
}
int thething_load_from_file(struct thething_s *t, FILE *f, size_t len) {
   t->string = malloc(len);
   if (!t->string) return -1;
   if (scanf(....) != 1) return -2;
   return 0;
}

// represents an array of things
struct thingsarr_s {
    struct thethings_s *things;
    size_t w;
    size_t h;
};
int thigsarr_load_from_file(struct thingsarr_s *t, FILE *f) {
    // Initialize t->w and t->h.
    t->things = malloc(t->w * sizeof(*t->things));
    if (!arr) return -1;
    for (size_t i = 0; i < w; ++i) {
       if (thething_load_from_file(&t->things[i], f, t->h) != 0) {
          for (size_t j = 0; j < i; ++j) {
             thethings_free(t->things[j]);
          }
          free(t->things);
          return -1000 - i;
       }
   }
   return 0;
}
const struct thething_s *thingsarr_get_thing(const struct thingsarr_s *t, size_t idx)
{
   assert(idx < t->len);
   return t->things[idx];
}
struct thething_s *thingsarr_get_thing_nonconst(struct thingsarr_s *t, size_t idx) {
   return (struct thething_s *)thingsarr_get_thing(t, idx);
}
void thingsarr_free(struct thingsarr_s *t) {
  for (.,.) {
     thething_free(&t->things[i]);
  }
  free(t->things);
}

哪个是“最好的”很大程度上取决于上下文、特定需求和特定应用。

Answer 3

指针类型char ** 和char (*)[w] 非常不同。有一个普遍的误解，认为数组和指针在 C 中是同一个东西，但事实并非如此。

您希望函数的返回类型为char (*)[w]，但该返回类型无法声明，因为w 是未知值。此外，调用者不知道返回数组的宽度和高度，因为该信息是 loadArray 函数的内部信息。

将loadArray 函数的返回类型设置为void* 允许它在不知道宽度或高度的情况下只返回指向数组的指针。可以使用指针参数将宽度和高度值发送给调用者，以便调用者可以重构数组类型。

对原始 C 代码的以下修改实现了上述更改。 （据我所知，C++ 不支持变长数组类型，所以这只是 C。）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void* loadArray(int *pw, int *ph) {
    FILE *in = fopen("file", "r");

    int w, h;
    fscanf(in, "%d %d\n", &w, &h);
    *pw = w;
    *ph = h;
    char (*buf)[w] = malloc(sizeof(char[h][w]));

    for (int i = 0; i < h; i++) {
        fscanf(in, "%s\n", buf[i]);
    }

    fclose(in);

    return buf;
}

int main(void) {
    int w, h;
    void* larray = loadArray(&w, &h);
    char(*array)[w] = larray;
    for (int i = 0; i < h; i++) {
        printf("%s\n", array[i]);
    }
    return 0;
}