标准是否定义了 `a[i]` 的类型，其中 `a` 是 `T [M][N]`？答案

【问题标题】：Does the standard define the type for `a[i]` where `a` is `T [M][N]`?标准是否定义了 `a[i]` 的类型，其中 `a` 是 `T [M][N]`？
【发布时间】：2013-08-01 13:49:32
【问题描述】：

我偶尔会使用多维数组，并且好奇标准（C11 和/或 C++11）对使用比为数组声明的“维度”更少的“维度”进行索引的行为。

给定：

int a[2][2][2] = {{{1, 2}, {3, 4}}, {{5, 6}, {7, 8}}};

标准是否说明a[1] 或a[0][1] 是什么类型，是否合法，是否应按预期正确索引子数组？

auto& b = a[1];

std::cout << b[1][1];

【问题讨论】：

这个答案可能会有所帮助：Difference between char* str[] and char str[][] and how both stores in memory?我已经解释了二维
看看sizeof(m[1])，sizeof(m[0][1])你就知道了。
@GrijeshChauhan，谢谢，但我只是在寻找标准参考，而不是编译器行为。

标签： c++ c multidimensional-array language-lawyer

【解决方案1】：

m[1] 只是 int[2][2] 类型。同样m[0][1] 只是int[2]。是的，索引为子数组的工作方式与您认为的一样。

【讨论】：

是的，您可以将two-D array 视为array of one-D 同样3-D 可以解释为array of 2-D
但是，由于m[1] 和m[0][1] 是数组类型，每个都会自动转换为指向其第一个元素的指针，除非在C 中它是sizeof、@987654332 的操作数@ 或一元 &。 C++ 类似，但auto &b = a[1] 是新的，所以我不知道在那种情况下会发生什么。
由于它是自动引用，我想它不会衰减为指针。
@EricPostpischil：您可以推断auto，因为它使用与模板类型推导相同的机制。在template <typename T> void f(T&); f(a); 中，参数类型将是对整个数组的引用。

【解决方案2】：

标准是否定义了a[i] 的类型，其中a 是T [M][N]？

当然。该标准基本上定义了 all 表达式的类型，如果没有，它将是一个缺陷报告。但我猜你对那种类型可能更感兴趣......

虽然标准可能未明确提及您的情况，但规则已说明且很简单，给定 N 类型为 T 的数组 a，表达式 a[0] 是 @ 类型的左值表达式987654329@。在变量声明int a[2][2] 中a 的类型是array of 2 elements of type array of two elements of type int，应用上面的规则意味着a[0] 是左值到 2 个元素的数组，或者您必须在程序中键入它：int (&)[2]。添加额外维度不会影响机制。

【讨论】：

C（不是 C++）中可能存在异常——VLA 到底是什么类型？很高兴 C++ 得到了一个基于模板的机制。
@BenVoigt：VLA 就是 VLA :) 并且 C++14 承诺 Arrays of Runtime Bound（尚未批准，但在即将投票的草案中）与 VLA 类似的功能只有小的差异（sizeof 在 VLA 中是运行时，在 ARB 中是不允许的，因为大多数其他直接作用于类型的东西）。如果我理解正确的话，所有涉及 ARB 的表达式都涉及衰减，并且类型是指向第一个元素的指针。
So I see 我认为std::dynarray 可以很好地替代 VLA。
@BenVoigt：在新标准中有两个相似的特性却有着完全不同的接口，这有点尴尬。此外，ARB 不能（很可能）用于实现dynarray，这意味着它们都需要直接编译器支持。
ARB 只能是自动存储持续时间的局部变量...这排除了使用它们创建 std::dynarray 的仅限库的实现。但我发现 ARB 提案考虑不周。他们没有提供std::dynarray 提案没有提供的任何东西，并且还提出了一个荒谬的说法，即检测 ARB 对于静态分析工具来说很容易。恰恰相反，我很确定由于模板和constexpr 函数的复杂性，确定绑定是否是编译时常量表达式需要完整的编译器通过。

【解决方案3】：

我认为 C11 中的这个例子隐含地解释了它。

C11 6.5.2.1 Array subscripting

示例考虑由声明int x[3][5]; 定义的数组对象这里x 是一个3 × 5 的整数数组；更准确地说，x 是一个由三个元素对象组成的数组，每个对象都是一个由五个整数组成的数组。在表达式x[i]（相当于(*((x) + (i)))）中，x 首先被转换为指向五个整数的初始数组的指针。然后根据x的类型调整i，这在概念上需要将i乘以指针指向的对象的大小，即五个int对象的数组。添加结果并应用间接以产生五个整数的数组。当在表达式x[i][j] 中使用时，该数组又被转换为指向第一个整数的指针，因此x[i][j] 产生int。

C++11 8.3.4 Arrays 中类似

示例：考虑
int x[3][5];
这里的x 是一个 3 × 5 的整数数组。当x 出现在表达式中时，它被转换为指向（三个中的第一个）五元整数数组的指针。在等价于*(x + i) 的表达式x[i] 中，首先将x 转换为所描述的指针；然后将x + i 转换为x 的类型，这涉及将i 乘以指针指向的对象的长度，即五个整数对象。结果已添加和间接应用于产生一个数组（五个整数），然后将其转换为指向第一个整数的指针。如果有另一个下标，同样的论点再次适用；这次结果是一个整数。 —结束示例] —结束说明]

【讨论】：

我很好奇 c++ 标准引号导致将 a[1] 解释为指针，但 b 类型实际上是对数组的引用，在这种情况下没有衰减（我知道我是否使用过auto 而不是 auto& 它会衰减）。
嘿，即使您引用了，您也应该使用<code> 或` 编写编程术语
@GrijeshChauhan 真的吗？我从来没有这样做过。看起来应该更好，我马上就去。
@YuHao 好吧，例如我在你的这个答案中。我总是查看Jonathan Leffler 如何写他的答案，我从这个答案和编辑（修订历史）中学习并改进了很多
@GrijeshChauhan 是的，经过编辑，看起来好多了，谢谢，我以后一定会尝试遵循这种风格。

【解决方案4】：

要记住的关键点是，在 C 和 C++ 中，多维数组只是数组的数组（因此 3 维数组是数组数组的数组）。多维数组的所有语法和语义都遵循于此（当然，也遵循该语言的其他规则）。

所以给定一个对象定义：

int m[2][2][2];

m是int[2][2][2]类型的对象（两个数组组成的数组，每个数组包含两个元素，每个元素包含两个元素，每个数组都是两个ints的数组） .

当您编写m[1][1][1] 时，您已经在评估m、m[1] 和m[1][1]。

表达式m 是一个左值，引用int[2][2][2] 类型的数组对象。

在m[1] 中，数组表达式m 被隐式转换为（“衰减”为）指向数组第一个元素的指针。这个指针的类型是int(*)[2][2]，一个指向int 的二元素数组的二元素数组的指针。 m[1] 的定义等同于 *(m+1)； +1 将m 前进一个元素并取消引用结果指针值。所以m[1] 指的是int[2][2] 类型的对象（由两个数组组成的数组，每个数组由两个int 元素组成）。

(数组索引运算符[]被定义为对指针进行操作，而不是数组。在arr[42]这样的常见情况下，指针恰好是隐式数组的结果- 到指针的转换。）

我们对m[1][1] 重复该过程，给我们一个指向两个ints（类型为int(*)[2]）的数组的指针。

最后，m[1][1][1] 获取评估 m[1][1] 的结果并再次重复该过程，为我们提供一个指向 int 类型对象的左值。这就是多维数组的工作原理。

更简单的是，像foo[index1][index2][index3] 这样的表达式可以直接使用指针和数组。这意味着您可以使用指针和任意大小的分配来构造（几乎）像真正的多维数组一样工作的东西。这使您有可能在每行中拥有具有不同数量元素的“参差不齐”的数组，甚至是缺少的行和元素。但接下来由您来管理每一行甚至每个元素的分配和释放。

推荐阅读：comp.lang.c FAQ第6节。

附注：在某些语言中，多维数组不是数组的数组。例如，在 Ada 中（它使用括号而不是方括号进行数组索引），你可以有一个数组数组，索引如arr(i)(j)，或者你可以有一个二维数组，索引如arr(i, j)。 C 不同； C 没有对多维数组的直接内置支持，但它为您提供了自己构建它们的工具。

【讨论】：