C語言函數不能返回數組，但可以返回結構體

為什么C語言函數可以返回結構體，卻不可以返回數組？有這樣的問題並不奇怪，因為C語言數組和結構體本質上都是管理一塊內存，那為何編譯器要區別對待二者呢？

C語言函數為什么不能返回數組？

在C語言程序開發中，我們不可以編寫下面這樣的代碼：

char f(void)[8] {
 char ret;
 // ...fill...
 return ret;
}
int main(int argc, char ** argv) {
 char obj_a[10];
 obj_a = f();
}

 

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這其實就是不能在C語言函數中返回數組。但是如果將數組定義在結構體里面，就可以將其返回了，例如下面這段C語言代碼，請看：

struct s { char arr[10]; }; struct s f(void) { struct s ret; // ...fill... return ret; } int main(int argc, char ** argv) { struct s obj_a; obj_a = f(); }

 

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結構體 s 只有一個數組成員 arr，顯然，函數可以返回結構體，即使結構體只有一個數組成員，這是為什么呢？

C語言沒有嚴格意義上的“數組類型”

基本上，C語言中的數據結構可以分為兩類，第一類數據結構可以被賦值，而第二類數據結構不可以被賦值，數組屬於第二類數據結構。

除了數組，還有其他第二類數據結構嗎？我想基本上沒有了，除非把函數算上。

與函數不能返回數組密切相關的事實是，C語言沒有嚴格意義上的“數組類型”。可能從C語言代碼角度來看，似乎有數組類型的變量，但是如果嘗試將該變量像其他變量一樣使用，得到的實際上是指向數組第一個元素的指針。例如下面這段C語言代碼：

char a[10], b[10]; a = b;

這並不能把數組 b 的內容拷貝給數組 a，實際上，上面兩行C語言代碼相當於下面這一行：

a = &b[0];

顯然，左邊是數組 a，而右邊其實是一個指針。即使數組在某種程度上可以看作能夠被賦值，但我們有很大幾率得到類型不匹配，例如下面這段C語言代碼：

a = f();

這里假設 f() 是一個返回數組的函數，它的核心C語言代碼如下：

char ret[10]; /* ... fill ... */ return ret;

不過按照前面所說的，其實上面的返回語句相當於下面這一句：

return &ret[0];

同樣的，我們若是嘗試將數組賦值給 a，最終實際得到仍然是將指針賦值給 a，熟悉C語言語法的讀者應該能夠看出不妥之處。

 

為什么把數組塞入結構體，情況就不同了呢？

文章開頭提到，雖然C語言的數組不可以被賦值，但是將其塞入結構體就可以賦值了。這是什么原因呢？

其實這涉及到C語言的設計初衷，以及相關的一些發展歷史了。C語言在語法和語義上與機器硬件很接近，它的基本操作可以被編譯為一個或者幾個機器指令，占用若干個處理器周期。

C語言中的數組是特殊的，它與指針一直都是非常曖昧的。這種曖昧的關系從C語言的前身B語言就開始了，並一直延續至今，而今天的結構體語法最初並不是包含在C語言中的。

因為C語言數組與指針的曖昧關系，編譯器也很難區分它們，所以我們不可能為C語言數組賦值。而且由於“賦值”操作也屬於C語言的基本操作，為了貼合硬件，要求其必須在幾個處理器周期完成，所以單個的“賦值”運算符 = 基本上不可能擴展到需要幾千乃至幾萬個機器周期，以對成千上萬個數組元素賦值。

基於這樣的原理，早期的C語言其實連結構體賦值都是不支持的。

到這里，相信不少讀者又有疑問了，既然C語言的基本操作需要控制在少量的機器周期內，那為什么結構體賦值卻是支持的呢？畢竟C語言中的結構體也是可以包含多個字節信息的。

 

正如前文所說，早期的C語言的確不支持結構體賦值，但是在后來的發展中卻增加了結構體賦值能力。對此只能說是結構體幸運，“將C語言基本操作控制在少量機器周期內”只是一個准則，而不是限制。

要知道，C語言結構體通常很小，只有幾十到幾百字節，增加結構體賦值能力無疑能夠大大方便程序員編寫代碼。大多數情況下，結構體賦值操作並不會嚴重“超時”，這其實是一種平衡。

程序設計語言一般都要處理一個天平，天平的兩端分別是機器和程序員，如果追求極致的機器效率，將編程語言設計的十分精簡，那么程序員就會非常痛苦。因此，即使是C語言，在追求高效率的同時，也要兼顧程序員的感受，所以稍稍違背一些設計准則，增加一些便利操作也是無可厚非的。

小結

C語言不支持數組賦值，更多的原因是C語言本身的特點（貼合硬件）以及一些歷史原因。不過，如果真的希望對數組賦值，也是有一些技巧的，例如將數組塞入結構體。