在C语言中使用数组参数被认为是一种不好的做法吗？

Question

当声明一个访问连续内存值的函数时，我通常使用数组参数，例如：

f(int a[4]);

对于我的目的来说，它运作良好。然而，我最近阅读了Linus Torvalds的观点。

因此，我想知道数组参数是否已被认为过时？更具体地说，

• 编译器是否有任何情况可以利用此信息（数组大小）来检查越界访问，或者
• 是否有任何情况可以通过这种技术带来一些优化机会？

无论如何，指向数组的指针又如何呢？

void f(int (*a)[4]);

请注意，此表单不容易出现“sizeof”错误。但在这种情况下效率如何？我知道GCC生成相同的代码（link）。是否总是如此？在这种情况下还有什么进一步的优化机会吗？

- DaBler

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你还有什么其他建议可以将二维数组传递给函数？将函数参数定义为数组可以让编译器正确地对其进行索引，而将其定义为指针则无法提供足够的信息给编译器。请注意，外部维度的长度无论如何都会被忽略，因此对于定义字符串长度是没有用处的。 - Weather Vane

不传递数组会使像字符串这样的东西使用起来非常棘手... - Shawn

void f(int (*a)[4]); 和 void g(int a[4]); 不是等价的。每个函数中只需使用 printf("%p\n", (void*)(a + 1));。 - pmg

@WeatherVane 不错的观点（二维数组）。然而，恐怕这正是Linus所指的:sizeof运算符对于一个维度的工作方式如预期一样，但对于另一个维度则不然。因此，事实上，它可能会非常具有误导性。 - DaBler

如已注释，您无法有意义地在函数数组或指针参数上使用 sizeof，因此请避免使用它。 - Weather Vane

Answer 1

如果你写代码

void f(int a[4]);

这意味着编译器将完全按照您编写的方式进行解释。

void f(int *a);

这就是为什么Linus有他的观点。 [4] 看起来像是定义数组的预期大小，但实际上不是这样。当你试图维护一个庞大而复杂的程序时，代码看起来意味着什么和实际意义之间的不匹配非常糟糕。

（一般来说，我建议人们不要假设Linus的观点是正确的。在这种情况下，我同意他的观点，但我不会那么生气地表达。）

自C99以来，有一种变化确实意味着它看起来意味着什么：

void f(int a[static 4]);

也就是说，所有调用f的函数都需要提供一个指向至少四个int数组的指针；如果他们没有这样做，程序的行为将是未定义的。原则上，这可以帮助优化器（例如，也许意味着f内部对a[i]的循环可以矢量化）。

您的替代方案是：

void f(int (*a)[4]);

将参数a赋予不同的类型（“指向4个整数数组的指针”而不是“指向整数的指针”）。该类型的数组表示法等效于：

void f(int a[][4]);

这样写可以立即清楚地表明当参数f是一个内部大小为4的二维数组时，声明才是适当的，否则不是。

sizeof问题是另一桩麻烦事。我的建议是尽可能避免在函数参数上使用sizeof。不要扭曲函数参数列表以使sizeof在函数内正确，这会使调用函数更难以正确执行，并且你可能会比实现它更频繁地调用函数。

- zwol

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我会遵循您的建议，不再使用指向数组的指针。然而，我希望找到一些情况，在这种构造方式除了代码文档之外还能带来其他的可能性。但是可能并没有更多需要说的了，所以我将接受这个答案。 - DaBler

Answer 2

除非它是sizeof或一元&运算符的操作数，或者是用于在声明中初始化字符数组的字符串字面量，否则类型为“N元素数组of T”的表达式将被转换（“衰减”）为类型为“指向T的指针”的表达式，并且表达式的值将是数组中第一个元素的地址。

当您将数组表达式作为参数传递给函数时：

int arr[100];
...
foo( arr );

函数实际接收的是数组第一个元素的指针，而不是数组的副本。其行为与您编写的代码完全相同：

foo( &arr[0] );

有一个规则，类型为T a[N]或T a[]的函数参数会被“调整”为T *a，因此如果您的函数声明是

void foo( int a[100] )

它将被解释为你所写的一样

void foo( int *a )

这会带来一些重要的后果：

• 数组在函数中被隐式地“按引用”传递，因此对数组内容的更改会反映在调用者中（与其他类型不同）；

• 您不能使用sizeof来确定传递的数组中有多少个元素，因为无法从指针中获取该信息。如果您的函数需要知道数组的物理大小以便正确使用它，则必须将该长度作为单独的参数传递¹。

在我的代码中，我不在函数参数列表中使用数组样式声明 - 函数接收的是指针，因此我使用指针样式声明。我可以看到使用数组样式声明的论点，主要是作为文档说明（此函数期望具有此大小的数组），但我认为强调参数的指针性是有价值的。

请注意，指向数组的指针也存在相同的问题 - 如果我调用

foo( &arr );

那么foo的原型需要是这样的

void foo( int (*a)[100] );

但这也是同样的原型，就像我调用它一样

void bar[10][100];

foo( bar );  

就像你无法知道参数a是指向单个int还是指向一系列int中的第一个，你也无法知道bar是指向单个100元素数组还是指向100元素数组序列中的第一个。

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这就是为什么在 C99 之后 gets 函数被弃用，并在 C2011 中从标准库中删除的原因 - 没有办法告诉它目标缓冲区的大小，因此它会愉快地写入超出数组末尾的输入并覆盖其后面的任何内容。这就是为什么它成为了如此流行的恶意软件攻击方式。

- John Bode