Question

在过去的几年里，我并没有非常使用过C语言。当我今天阅读this question时，我遇到了一些我不熟悉的C语法。

显然在C99中，以下语法有效：

void foo(int n) {
    int values[n]; //Declare a variable length array
}

这似乎是一个非常有用的功能。是否有关于将其添加到C ++标准的讨论，如果是，为什么它被省略？

一些可能的原因：

毛茸茸的编译器供应商实现
与标准的其他部分不兼容
可以使用其他C ++构造模拟功能

C ++标准规定数组大小必须是常量表达式（8.3.4.1）。

是的，当然我意识到在玩具示例中可以使用std::vector<int> values(m);，但这会从堆中分配内存而不是堆栈。如果我想要一个多维数组，如：

void foo(int x, int y, int z) {
    int values[x][y][z]; // Declare a variable length array
}

vector版本变得非常笨拙：

void foo(int x, int y, int z) {
    vector< vector< vector<int> > > values( /* Really painful expression here. */);
}

切片，行和列也可能遍布整个内存。

观察comp.std.c++的讨论很清楚，这个问题在争论的两个方面都有一些非常重要的名字引起争议。 std::vector始终是一个更好的解决方案当然不是很明显。

Answer 1

（背景：我在实现C和C ++编译器方面有一些经验。）

C99中的可变长度数组基本上是一个失误。为了支持VLA，C99必须对常识做出以下让步：

sizeof x不再是编译时常量;编译器有时必须生成代码以在运行时评估sizeof - 表达式。
允许二维VLA（int A[x][y]）需要一种新语法来声明将2D VLA作为参数的函数：void foo(int n, int A[][*])。
在C ++世界中不那么重要，但对于C的嵌入式系统程序员的目标受众来说非常重要，声明VLA意味着选择堆栈的任意大的块。这是保证堆栈溢出和崩溃。（无论何时声明int A[n]，你都隐含断言你有2GB的堆栈需要备用。毕竟，如果你知道“n肯定小于1000”，那么你只需声明{ {1}}。将{32}整数int A[1000]替换为n是承认你不知道你的程序的行为应该是什么。）

好的，现在让我们谈谈C ++。在C ++中，我们在C89所做的“类型系统”和“价值系统”之间有着相同的强烈区别......但我们真的开始以C没有的方式依赖它。例如：

如果template<typename T> struct S { ... }; int A[n]; S<decltype(A)> s; // equivalently, S<int[n]> s;不是编译时常量（即，如果n具有可变修改类型），那么A的类型究竟是什么？ S的类型也仅在运行时确定吗？

这个怎么样：

编译器必须为template<typename T> bool myfunc(T& t1, T& t2) { ... }; int A1[n1], A2[n2]; myfunc(A1, A2);的某些实例化生成代码。该代码应该是什么样的？如果我们在编译时不知道myfunc的类型，我们如何静态生成该代码？

更糟糕的是，如果在运行时发现A1，那么n1 != n2怎么办？在这种情况下，对!std::is_same<decltype(A1), decltype(A2)>() 的调用甚至不应该编译，因为模板类型扣除应该失败！我们怎么可能在运行时模拟这种行为？

基本上，C ++正朝着将越来越多的决策推向编译时：模板代码生成，myfunc函数评估等方向发展。与此同时，C99正忙于将传统的编译时决策（例如constexpr）推送到运行时。考虑到这一点，花费任何努力尝试将C99风格的VLA集成到C ++中是否真的有意义？

正如其他每个回答者已经指出的那样，C ++提供了许多堆分配机制（sizeof或std::unique_ptr<int[]> A = new int[n];是显而易见的）当你真的想传达这个想法时“我不知道我可能需要多少RAM。“ C ++提供了一个漂亮的异常处理模型，用于处理不可避免的情况，即您需要的RAM量大于您拥有的RAM量。但希望这个的答案可以让你清楚地知道为什么C99风格的VLA 不非常适合C ++ - 而且实际上并不适合C99。 ;）

有关该主题的更多信息，请参阅N3810 "Alternatives for Array Extensions"，Bjarne Stroustrup 2013年10月关于VLA的论文。 Bjarne的POV与我的非常不同; N3810更侧重于为事物找到一个好的C ++ ish 语法，并且不鼓励在C ++中使用原始数组，而我更关注元编程和类型系统的含义。我不知道他是否认为元编程/类型系统的含义已经解决，可解决或仅仅是无趣的。

Answer 2

最近在usenet上开始讨论这个问题：Why no VLAs in C++0x。

我同意那些似乎同意必须在堆栈上创建潜在大型数组的人，这通常只有很少的可用空间，并不好。参数是，如果您事先知道大小，则可以使用静态数组。如果您事先不知道大小，则会编写不安全的代码。

C99 VLA可以提供一个很小的好处，即能够创建小型数组而不浪费空间或为未使用的元素调用构造函数，但它们会对类型系统引入相当大的更改（您需要能够根据运行时指定类型）值 - 除了new运算符类型说明符之外，这在当前C ++中尚不存在，但它们是专门处理的，因此运行时不会逃避new运算符的范围）

您可以使用std::vector，但它并不完全相同，因为它使用动态内存，并使其使用自己的堆栈分配器并不是一件容易的事情（对齐也是一个问题）。它也没有解决同样的问题，因为向量是可调整大小的容器，而VLA是固定大小的。 C++ Dynamic Array提案旨在引入基于库的解决方案，作为基于语言的VLA的替代方案。但是，据我所知，它不会成为C ++ 0x的一部分。

Answer 3

如果您愿意，可以始终使用alloca（）在运行时在堆栈上分配内存：

void foo (int n)
{
    int *values = (int *)alloca(sizeof(int) * n);
}

在堆栈上分配意味着当堆栈展开时它将自动释放。

快速注意：正如在用于alloca（3）的Mac OS X手册页中所提到的，“alloca（）函数依赖于机器和编译器;它的使用是不受欢迎的。”你知道吗。

Answer 4

在某些情况下，与执行的操作相比，分配堆内存非常昂贵。一个例子是矩阵数学。如果你使用小型矩阵说5到10个元素并做很多算术，那么malloc开销将非常重要。同时使大小成为编译时间常数似乎非常浪费和不灵活。

我认为C ++本身是不安全的，“尝试不添加更多不安全功能”的论点并不是很强烈。另一方面，由于C ++可以说是运行时效率最高的编程语言特性，因此它更有用：总是有用的：编写性能关键程序的人在很大程度上使用C ++，并且他们需要尽可能多的性能。将东西从堆移到堆栈就是这种可能性。减少堆块的数量是另一个。允许VLA作为对象成员是实现此目的的一种方法。我正在研究这样的建议。诚然，实施起来有点复杂，但似乎很可行。

Answer 5

在我自己的工作中，我意识到每次我想要可变长度自动数组或alloca（）之类的东西时，我并不在乎内存实际位于cpu堆栈上，只是它来自一些堆栈分配器，它不会导致慢速跳转到一般堆。所以我有一个每线程对象拥有一些内存，可以从中推送/弹出可变大小的缓冲区。在某些平台上，我允许通过mmu增长。其他平台具有固定大小（通常伴随着固定大小的CPU堆栈，因为没有mmu）。我使用的一个平台（掌上游戏机）无论如何都拥有宝贵的小CPU堆栈，因为它存在于稀缺，快速的内存中。

我不是说从不需要将可变大小的缓冲区推送到cpu堆栈上。老实说，当我发现这不是标准时，我感到很惊讶，因为这个概念似乎很适合语言。但对我来说，“可变大小”和“必须物理上位于cpu堆栈”的要求从未出现过。这是关于速度的，所以我制作了自己的“数据缓冲区的并行堆栈”。

Answer 6

似乎它将在C ++ 14中提供：

https://en.wikipedia.org/wiki/C%2B%2B14#Runtime-sized_one_dimensional_arrays

更新：它没有进入C ++ 14。

Answer 7

考虑将其包含在C ++ / 1x中，but was dropped（这是对我之前所说的更正）。

无论如何，它在C ++中的用处不大，因为我们已经有std::vector来填补这个角色。

Answer 8

为此使用std :: vector。例如：

std::vector<int> values;
values.resize(n);

内存将在堆上分配，但这只会带来很小的性能缺陷。此外，明智的做法是不在堆栈上分配大型数据块，因为它的大小相当有限。

Answer 9

C99允许VLA。它对如何声明VLA提出了一些限制。有关详细信息，请参阅标准的6.7.5.2。 C ++不允许使用VLA。但是g ++允许它。

Answer 10

这样的数组是C99的一部分，但不是标准C ++的一部分。正如其他人所说的那样，向量总是一个更好的解决方案，这可能就是为什么变量大小的数组不在C ++标准中（或者在提议的C ++ 0x标准中）。

BTW，关于“为什么”C ++标准就是这样的问题，主持的Usenet新闻组comp.std.c++是可以去的地方。

Answer 11

如果您在编译时知道该值，则可以执行以下操作：

template <int X>
void foo(void)
{
   int values[X];

}

编辑：您可以创建一个使用堆栈分配器（alloca）的向量，因为分配器是模板参数。

Answer 12

我有一个实际上适合我的解决方案。我不想分配内存，因为需要多次运行的例程碎片化。答案非常危险，因此使用它需要您自担风险，但它利用程序集来保留堆栈上的空间。我下面的例子使用了一个字符数组（显然其他大小的变量需要更多的内存）。

void varTest(int iSz)
{
    char *varArray;
    __asm {
        sub esp, iSz       // Create space on the stack for the variable array here
        mov varArray, esp  // save the end of it to our pointer
    }

    // Use the array called varArray here...  

    __asm {
        add esp, iSz       // Variable array is no longer accessible after this point
    } 
}

这里的危险很多，但我会解释一下： 1.在中途改变可变大小会杀死堆栈位置超越数组边界会破坏其他变量和可能的代码 3.这在64位构建中不起作用...需要不同的程序集（但宏可能会解决该问题）。 4.编译器特定（可能在编译器之间移动有困难）。我没试过，所以我真的不知道。

Answer 13

您需要一个常量表达式来声明C / C ++中的数组。

对于动态大小的数组，您需要在堆上分配内存，然后管理此内存的生命周期。

void foo(int n) {
    int* values = new int[n]; //Declare a variable length array
    [...]
    delete [] values;
}

为什么变长数组不是C ++标准的一部分？

13 个答案: