数组声明

< c‎ | language
 
C
 
C 语言
 
声明
 

数组是由连续无空隙分配的，拥有特定元素类型的对象构成的。这些对象的数目数量（数组大小）在数组生存期间决不改变。

语法

在数组声明的声明文法中，类型指定序列指明元素类型（必须是一个完整对象类型），而声明器拥有形式：

[ static(可选) 限定符(可选) 表达式(可选) ] (1)
[ 限定符(可选) static(可选) 表达式(可选) ] (2)
[ 限定符(可选) * ] (3)
1,2) 生成通常数组语法
3) 声明未指定大小的 VLA （只能出现于函数原型作用域） 其中
表达式 - 任何无逗号运算符的表达式，表明数组中的元素数量
限定符 - 任意 const 、 restrict 或 volatile 限定符的混合，只允许出现于函数参数列表中；它们对数组参数所转换得到的指针类型赋予限定 
float fa[11], *afp[17]; // fa 是 11 个 float 组成的数组
                        // afp 是 17 个指向 float 的指针组成的数组

解释

有几种数组类型变体：已知常量大小的数组、变长度数组，以及未知大小数组。

已知常量大小数组

若数组声明器中的 表达式 为整数常量表达式，拥有大于零的值，且元素类型是一种拥有已知常量大小的类型（即元素不是 VLA ） (C99 起)，则声明器声明已知常量大小的数组： 

int n[10]; // 整数常量是常量表达式
char o[sizeof(double)]; // sizeof 是常量表达式
enum { MAX_SZ=100 };
int n[MAX_SZ]; // 枚举常量是常量表达式

已知常量大小的数组可以用数组初始化器提供它们的初始值： 

int a[5] = {1,2,3}; // 声明 int[5] 初始化为 1,2,3,0,0
char str[] = "abc"; // 声明 char[4] 初始化为 'a','b','c','\0'

在函数参数列表中，附加性语法元素允许出现于数组声明器内：关键词 static 及 限定符 ，它们可以以任意顺序先于大小表达式出现（它们甚至可以在大小表达式被忽略时出现）。

在每个到数组参数类型在 [ 和 ] 使用关键词 static 的函数的函数调用中，实际参数的值必须是一个指向数组首地址的合法指针，该数组元素数目至少为 表达式 的结果： 

void fadd(double a[static 10], const double b[static 10])
{ 
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        if (a[i] < 0.0) return;
        a[i] += b[i];
    }
}
// 对 fadd 的调用可能进行编译时边界检查
// 并且允许诸如预读取 10 个 double 的优化 
int main(void)
{
    double a[10] = {0}, b[20] = {0};
    fadd(a, b); // OK
    double x[5] = {0};
    fadd(x, b); // 未定义行为：数组参数太小
}

若存在 限定符 ，则它们对数组参数类型所转换得的指针类型赋予限定： 

int f(const int a[20])
{
 // 此函数中， a 拥有类型 const int* （指向 const int 的指针）
}
int g(const int a[const 20])
{
 // 此函数中， a 拥有类型 const int* const （指向 const int 的 const 指针）
}

这通常用于 restrict 类型限定符： 

void fadd(double a[static restrict 10],
          const double b[static restrict 10])
{
    for (int i = 0; i < 10; i++) { // 循环可被打开或重排
        if (a[i] < 0.0) break;
        a[i] += b[i];
    }
}

非常量长度数组

若 表达式 不是整数常量表达式，则数组声明器声明一个非常量大小的数组（ VLA ）。

每次控制流经过该声明时，会求值 表达式 （而且它必须每次求值为大于零的值），然后分配数组（对应地， VLA 的生命期在其声明离开作用域时结束）。 VLA 实例的大小不会在其生存期改变，但在另一次经过同一代码时，它可能被分配不同大小。 

{
   int n = 1;
label:;
   int a[n]; // 重分配 10 次，每次拥有不同大小
   printf("The array has %zu elements\n", sizeof a / sizeof *a);
   if (n++ < 10) goto label; // 离开作用域的 VLA 结束其生存期
}

若大小是 * ，则声明是对于未指定大小的 VLA 的。这种声明只能出现于函数原型作用域，并声明一个完整类型的数组。其实，所有函数原型作用域中的 VLA 声明器都被处理成如同用 * 替换 表达式 。 

void foo(size_t x, int a[*]);
void foo(size_t x, int a[x]) 
{
    printf("%zu\n", sizeof a); // 大小同sizeof(int*)
}

非常量长度数组与从它们导出的类型（指向它们的指针，等等）被通称为“可变修改类型”（ VM ）。任何可变修改类型的对象只能声明于块作用域或函数原型作用域中。 

extern int n;
int A[n];            // 错误：文件作用域 VLA
extern int (*p2)[n]; // 错误：文件作用域 VM
int B[100];          // OK：文件作用域的已知常量大小数组
void fvla(int m, int C[m][m]); // OK：原型作用域 VLA

VLA 必须拥有自动存储期。指向 VLA 的指针，但不是 VLA 自身亦可拥有静态存储期。 VM 类型不能拥有链接。 

void fvla(int m, int C[m][m]) // OK ：块作用域/自动存储期到 VLA 的指针
{
    typedef int VLA[m][m]; // OK ：块作用域 VLA
    int D[m];              // OK ：块作用域/自动存储期 VLA
//  static int E[m]; // 错误：静态存储期 VLA
//  extern int F[m]; // 错误：拥有链接的 VLA
    int (*s)[m];     // OK：块作用域/自动存储期 VM
//  extern int (*r)[m]; // 错误：拥有链接的 VM
    static int (*q)[m] = &B; // 错误 ：静态存储期指针需要静态存储期的B来初始化，
                             // 但无法定义static int B[m];
    static int (*p)[m] = NULL;
    p = &B;
}

可变修改的类型不能是结构体或联合体的成员。 

struct tag {
    int z[n]; // 错误： VLA 结构体成员
    int (*y)[n]; // 错误： VM 结构体成员
};
 (C99 起)

若编译器定义宏常量 __STDC_NO_VLA__ 为整数常量 1 ，则不提供 VLA 或 VM 。

(C11 起)

未知大小数组

若忽略数组声明器中的 表达式，则它声明一个未知大小数组。除了函数参数列表中的情况（这种数组被转换成指针），而且当初始化器可用时，这种类型是一个不完整类型（注意拥有未指定大小的VLA，以 * 代替大小声明时，它是完整类型） (C99 起)： 

extern int x[]; // x 的类型是“边界未知的 int 数组”
int a[] = {1,2,3}; // a 的类型是“ 3 个 int 的数组”

在 struct 定义中，未知大小数组必须出现作最后一个元素（只要有一个具名成员），这种情况下，这是称为柔性数组成员的特殊情形。细节见 struct ： 

struct s { int n; double d[]; }; // s.d 是柔性数组成员
struct s *s1 = malloc(sizeof (struct s) + (sizeof (double) * 8)); // 如同 d 是 d[8]


 (C99 起)

限定符

若数组类型声明拥有 const 、 volatile 、 restrict (C99 起) 或 _Atomic (C11 起) 限定符（可以通过使用 typedef ），则数组类型无限定，但其元素类型有限定： 

typedef int A[2][3];
const A a = {{4, 5, 6}, {7, 8, 9}}; // const int 的数组的数组
int* pi = a[0]; // 错误： a[0] 拥有类型 const int*

赋值

数组类型的对象不是可修改左值，尽管它们可以取地址，它们不能出现于赋值运算符的左侧。不过，拥有数组成员的结构体是可修改左值，并可以赋值： 

int a[3] = {1,2,3}, b[3] = {4,5,6};
int (*p)[3] = &a; // OK ，可以取地址
// a = b;            // 错误，a 是数组
struct { int c[3]; } s1, s2 = {3,4,5};
s1 = s2; // OK ：可以赋值拥有数组成员的结构体

数组到指针转换

任何数组类型的左值表达式，当用于异于

(C11 起)

的语境时，会经历到指向其首元素指针的隐式转换。结果不是左值。

若声明数组为 register ，则尝试这么做的程序的行为未定义。 

int a[3] = {1,2,3};
int* p = a;
printf("%zu\n", sizeof a); // 打印数组大小
printf("%zu\n", sizeof p); // 打印指针大小

当数组类型用于函数参数列表是，它会转换成对应的指针类型： int f(int a[2]) 和int f(int* a) 声明同一个函数。因为函数实际参数类型为指针类型，使用数组参数的函数调用会进行一个数组到指针转换；参数数组的大小不为被调用函数可得，而必须显式传递： 

void f(int a[], int sz) // 实际上声明 void f(int* a, int sz)
{
    for(int i = 0; i < sz; ++i)
       printf("%d\n", a[i]);
}
int main(void)
{
    int a[10];
    f(a, 10); // 转换成 int* ，传递指针
}

多维数组

当数组的元素是另一个数组时，我们称数组是多维的： 

// 2 个元素为 3 个 int 的数组的数组
int a[2][3] = {{1,2,3},  // 可视作行主导排列的
               {4,5,6}}; // 2x3 矩阵

注意当应用数组到指针转换是，多维数组被转换成指向其首元素的指针，例如指针到首行： 

int a[2][3]; // 2x3 矩阵
int (*p1)[3] = a; // 指向首个 3 个元素行的指针
int b[3][3][3]; // 3x3x3 立方体
int (*p2)[3][3] = a; // 指向首个 3x3 平面的指针

多维数组可以在每一维度可变修改： 

int n = 10;
int a[n][2*n];
 (C99 起)

注解

不允许零长度数组，即使一些编译器作为扩展提供它们（典型例子是 C99 前的柔性数组成员实现）。

若 VLA 的大小 表达式 拥有副作用，则保证会正确产生副作用，除非它们是 sizeof 表达式的一部分，而结果不依赖副效应： 

int n = 5;
size_t sz = sizeof(int (*)[n++]); // n 可以自增也可以不自增

引用

  • C11 standard (ISO/IEC 9899:2011):
  • 6.7.6.2 Array declarators (p: 130-132)
  • C99 standard (ISO/IEC 9899:1999):
  • 6.7.5.2 Array declarators (p: 116-118)
  • C89/C90 standard (ISO/IEC 9899:1990):
  • 3.5.4.2 Array declarators

参阅