如何在C语言中从函数返回一个二维数组？

Question

我是一名Ruby程序员，最近开发了一个用于生成C代码的工具。这就好比让豪华轿车拖曳上世纪60年代的卡车。无论如何，下面是我认为应该有效但实际并不行的代码：

float[][] pixels()
{
  float x[][]= { {1,1},{2,2} };
  return x
}

void drawLine(float x[][2])
{
  //drawing the line
}

//inside main
drawLine(pixels());

我一直在试图让这件事情正常工作，但是一直碰壁。请帮忙。

- Eastern Monk

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这可能会引起您的兴趣：https://dev59.com/jG455IYBdhLWcg3wCfqC。该问题讨论了指向局部变量的指针，这可能导致未定义的行为。在函数返回后使用指向局部变量的指针将导致不可预测的结果。建议使用指向堆中分配的内存或静态变量的指针，以避免此类问题。 - jweyrich

有什么问题吗？ - Bala R

请阅读Mahesh的答案以了解问题所在。 - Eastern Monk

Answer 1

C 语言中，指针和数组密切相关。通常情况下，你需要将数组的大小作为一个独立的变量传递。让我们开始吧：

#include <stdio.h>

float** createArray(int m, int n)
{
    float* values = calloc(m*n, sizeof(float));
    float** rows = malloc(m*sizeof(float*));
    for (int i=0; i<m; ++i)
    {
        rows[i] = values + i*n;
    }
    return rows;
}

void destroyArray(float** arr)
{
    free(*arr);
    free(arr);
}

void drawLine(const float** coords, int m, int n);

int main(void)
{
    float** arr = createArray(2,2);
    arr[0][0] = 1;
    arr[0][1] = 1;
    arr[1][0] = 2;
    arr[1][1] = 2;
    drawLine(arr, 2, 2); 
    destroyArray(arr);
}

- aschepler

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我刚试了一下这段代码片段，得到了一个错误："error: invalid conversion from ‘void’ to ‘float’" 在 createArray 中。你需要添加一个强制类型转换："float* values = (float*)calloc(mn, sizeof(float));" .. 对于 float* 也是同样的情况。 - Alex

@Alex 你是否将它编译为C++代码？这是有效的C代码，但无效的C++代码。 - aschepler

float** 是二维浮点数组的“类型”吗？ - Emil S.

Answer 2

感谢大家的回答，尤其是对于数组指针关系的详细解释。

我将数组封装在一个结构中。

 struct point_group1 {
        float x[3];
        float y[3];
};

struct point_group1 pixels(){
    struct point_group1 temp;

    temp.x[0] = 0.0;
    temp.x[1] = 1.0;
    temp.x[2] = -1.0;

    temp.y[0] = 0.0;
    temp.y[1] = 1.0;
    temp.y[2] = 1.0;

    return temp;    
}



struct point_group1 points1  = pixels();
axPoly(points1.x, points1.y ,3, 0.0);

- Eastern Monk

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这是一个相当不错的解决方案，只需注意如果这些是大数组并且您的编译器不擅长优化，则可能会创建不必要的副本。 - user470379

Answer 3

在C / C ++中，当您将数组传递给函数时，它会衰变为指向数组第一个元素的指针。因此，在pixels（）函数中，您正在返回堆栈分配变量的地址。返回变量的地址不再有效，因为在pixels（）返回时，堆栈分配的变量超出了范围。因此，您应该使用存储是动态的变量（即使用malloc、calloc）。对于二维数组，您可以使用float ** arrayVariable;。此外，如果将其传递给函数，您应该注意它有多少行和列。

int rows, columns;

float** pixels()
{
    // take input for rows, columns
    // allocate memory from free store for the 2D array accordingly
    // return the array
}

void drawLine( float** returnedArrayVariable )
{
  //drawing the line
}

由于2D数组自己管理资源，因此应使用free将资源返回给自由存储器。

- Mahesh

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我猜你希望我在像素函数内使用malloc。那么我需要记得释放它。 - Eastern Monk

Answer 4

float (*pixels(void))[2] 
{
  static float x[2][2]= { {1,1},{2,2} };
  return x;
}

void drawLine(float (*x)[2])
{
  //drawing the line
  //x[0][0];
}

//inside main
drawLine(pixels());

- Eunice

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你的答案是唯一正确的！可惜你没有解释任何东西。如果你添加了一些解释，请随时在评论中告诉我，我会检查并点赞，如果我认为它很好的话。 - too honest for this site

Answer 5

最简单的方法可能是在主函数中声明 float 数组，并让 pixels 填充它：

#define PIXEL_X_SIZE 2
#define PIXEL_Y_SIZE 2

int pixels(float x[][PIXEL_X_SIZE], int len) {
    /* I don't know if you want the logic of this method to ever change,
       but this will be roughly equivalent to what you do above */
    if (len < PIXEL_Y_SIZE) {
        /* the length of the passed array is too small, abort */
        return -1;
    }

    x[0][0] = x[0][1] = 1;
    x[1][0] = x[1][1] = 2;
    return 0;
}

void drawLine(float x[][PIXEL_X_SIZE]) {
    /* this will work fine */
}

int main() {
    float pixel_array[PIXEL_Y_SIZE][PIXEL_X_SIZE];
    pixels(pixel_array, PIXEL_Y_SIZE);
    drawLine(pixel_array);
}

你也可以使用malloc和free在堆上存储像素，但如果像素数组不会太大，那么实际上并没有必要这样做，而且这只会增加额外的复杂性，以确保内存始终得到正确分配和释放。

- user470379

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你的方法很好。我唯一担心的是，由于我们的应用程序预计在嵌入式设备上运行，代码审查清单要求最小化全局变量。代码将有数百个像素一样的函数。 - Eastern Monk

@Akshar 我不使用任何全局变量... 我只是定义了一些东西，但如果你真的想的话，你可以在每个地方都重复写2，但是一旦这些值有所改变，你将会面临很大的维护问题，并且如果有人错误地设置了新的尺寸，调试错误将会非常困难。 - user470379